СО2 fluxes between clear-cut surface and atmosphere in the protective zone of the Central Forest State Nature Biosphere Reserve

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Timber harvesting is currently one of the main reasons for the alteration of the natural carbon cycle in forest ecosystems. The evaluation of the related changes in CO2 fluxes can be complicated by the heterogeneity of vegetation in naturally regrowing clear-cut areas. This study presents the results of experimental measurements of CO2 fluxes at a clear-cut site in the southwest of the Valdai Upland (European Russia) with herbaceous vegetation and patchy aspen regeneration surrounded by spruce-birch-aspen forest. The measurements of CO2 flux from soil with herbaceous vegetation were made by the static chamber method. Estimates of total primary production, balance, and CO2 emissions from undisturbed soils were obtained. The parallel measurements were carried out in various plant communities of the clear-cut area, as well as in a forest stand adjacent to it and similar to the cut one. It is shown that CO2 emission in the clear-cut was significantly (p = 0.001) higher than in the adjacent forest. For instance, mean daytime midsummer soil CO2 efflux was 8.3 and 10.7 µmol × m-2 × s-1in the forest and clear-cut area, respectively. During three years of observation soil CO2 efflux in the clear-cut increased from year to year from 6.9 to 12.3 µmol × m-2 × s-1. The emission fluxes in the clear-cut site are statistically significantly higher in areas with meadow vegetation compared to areas overgrown with woody vegetation, with median values in the last year 11.5 and 7.5 µmol × m-2 × s-1, respectively. The assessment of integration fluxes in the clear-cut area using chamber methods of observation must be carried out considering the heterogeneity of the vegetation cover.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

F. Tatarinov

Weizmann Institute of science

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Израиль, Rehovot

A. Molchanov

Institute of forest science of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Uspenskoye

D. Ivanov

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Moscow

V. Mamkin

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Moscow

V. Avilov

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Moscow

S. Trusova

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Moscow

J. Kurbatova

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian academy of sciences

Email: fedor.tatarinov@weizmann.ac.il
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Amiro B.D., Barr A.G., Barr J.G., Black T.A., Bracho R., Brown M., Chen J., Clark K.L., Davis K.J., Desai A.R., Dore S., Engel V., Fuentes J.D., Goldstein A.H., Goulden M.L., Kolb T.E., Lavigne M., Law B.E., Margolis H.A., Martin T., McCaughey J.H., Misson L., Montes‐Helu M., Noormets A., Randerson J.T., Starr G., Xiao J. 2010. Ecosystem carbon dioxide fluxes after disturbance in forests of North America. Journal of Geophysical Research, 115: G00K02. doi: 10.1029/2010JG001390
  2. Aubinet M., Grelle A., Ibrom A., Rannik Ü., Moncrieff J., Foken T., Kowalski A.S., Martin P.H., Berbigier P., Bernhofer Ch., Clement R., Elbers J., Granier A., Grünwald T., Morgenstern K., Pilegaard K., Rebmann C., Snijders W., Valentini R., Vesala T. 1999. Estimates of the annual net carbon and water exchange of forests: the EUROFLUX methodology. Advances in Ecological Research, 30: 113-175. doi: 10.1016/S0065-2504(08)60018-5
  3. Baldocchi D. 2014. Measuring fluxes of trace gases and energy between ecosystems and the atmosphere - the state and future of the eddy covariance method. Global Change Biology, 20(12): 3600-3609. doi: 10.1111/gcb.12649
  4. Bjornlund L. 2010. Deforestation. San Diego: Reference Point Press. 96 p.
  5. Burba G. 2013. Eddy covariance method for scientific, industrial, agricultural and regulatory applications: A field book on measuring ecosystem gas exchange and areal emission rates. Lincoln: LI-Cor Biosciences. 331 p.
  6. Fiedler, Jan; Fuß, Roland; Glatzel, Stephan; Hagemann, Ulrike; Huth, Vytas; Jordan, Sabine; Jurasinski, Gerald; Kutzbach, Lars; Maier, Martin; Schäfer, Klaus; Weber, Tobias; Weymann, Daniel. 2022. Best practice guideline measurement of carbon dioxide, methane and nitrous oxide fluxes between soil-vegetation-systems and the atmosphere using non-steady state chambers., Arbeitsgruppe Bodengase, Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft, 70 p., doi: 10.23689/fidgeo-5422
  7. Giasson M.A., Coursolle C., Margolis H.A. 2006. Ecosystem-level CO2 fluxes from a boreal cutover in eastern Canada before and after scarification. Agricultural and Forest Meteorology, 140(1-4): 23-40. doi: 10.1016/j.agrformet.2006.08.001
  8. Humphreys E.R., Black T.A., Morgenstern K., Cai T., Drewitt G.B., Nesic Z., Trofymow J.A. 2006. Carbon dioxide fluxes in coastal Douglas-fir stands at different stages of development after clearcut harvesting. Agricultural and Forest Meteorology, 140(1-4): 6-22. doi: 10.1016/j.agrformet.2006.03.018
  9. Ivanov D.G., Avilov V.K., Kurbatova Y.A. 2017. CO2 fluxes at south taiga bog in the European part of Russia in summer. Contemporary Problems of Ecology, 10(2): 97-104. doi: 10.1134/S1995425517020056
  10. Ivleva T.Yu., Leonova N.B. 2019. Spatial-functional heterogeneity of post-cutting communities in the Central Forest State Biosphere Reserve. Ecosystems: Ecology and Dynamics, 3(4): 24-52. DOI: 0.24411/ 2542-2006-2019-10045
  11. Карпов В.Г., Шапошников Е.С. 1983. Еловые леса территории // Факторы регуляции экосистем еловых лесов / Под ред. В.Г. Карпова. Л.: Наука. С. 7-34.
  12. Keenan R.J., Kimmins J.P. 1993. The ecological effects of clear-cutting. Environmental Reviews, 1(2): 121-144. doi: 10.1139/a93-010
  13. Kurbatova J., Li C., Varlagin A., Xiao X., Vygodskaya N. 2008. Modeling carbon dynamics in two adjacent spruce forests with different soil conditions in Russia. Biogeosciences, 5: 969-980. doi: 10.5194/bg-5-969-2008
  14. Кузнецов М.А. 2017 Эмиссия СО2 с поверхности почвы вырубок ельников с учетом условий технической нагрузки (пасека, волок) // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов: XХIV Всероссийская молодежная научная конференция. Сыктывкар: Коми научный центр Уральского отделения РАН. С. 98-100.
  15. Lavoie M., Kellman L., Risk D. 2013. The effects of clear-cutting on soil CO2, CH4, and N2O flux, storage and concentration in two Atlantic temperate forests in Nova Scotia, Canada. Forest Ecology and Management, 304: 355-369. doi: 10.1016/j.foreco.2013.05.016
  16. Lindroth A., Holst J., Heliasz M., Vestin P., Lagergren F., Biermann T., Cai Z., Mölder M. 2018. Effects of low thinning on carbon dioxide fluxes in a mixed hemiboreal forest. Agricultural and Forest Meteorology, 262: 59-70. doi: 10.1016/j.agrformet.2018.06.021
  17. Lytle D.E., Cronan C.S. 1998. Comparative soil CO₂ evolution, litter decay, and root dynamics in clearcut and uncut spruce-fir forest. Forest Ecology and Management, 103(2-3): 121-128. doi: 10.1016/S0378-1127(97)00182-5
  18. Machimura T., Kobayashi Y., Hirano T., Lopez L., Fukuda M., Fedorov A.N. 2005. Change of carbon dioxide budget during three years after deforestation in eastern Siberian larch forest. Journal of Agricultural Meteorology, 60(5): 653-656. doi: 10.2480/agrmet.653
  19. Mamkin V.V., Kurbatova J.A., Avilov V.V., Ivanov D.G., Kuricheva O.A., Varlagin A.V., Yaseneva I.A., Olchev A.V. 2019a. Energy and CO2 exchange in an undisturbed spruce forest and clear-cut in the southern taiga. Agricultural and Forest Meteorology, 265: 252-268. doi: 10.1016/j.agrformet.2018.11.018
  20. Mamkin V.V., Mukhartova Y.V., Diachenko M.S., Kurbatova J.A. 2019b. Three-year variability of energy and carbon dioxide fluxes at clear-cut forest site in the European southern taiga. Geography, Environment, Sustainability, 12(2): 197-212. doi: 10.24057/2071-9388-2019-13
  21. Медведева М.В., Мошкина Е.В., Геникова Н.В., Карпечко А.Ю., Туюнен А.В., Мамай А.В., Дубровина И.А., Сидорова В.А., Толстогузов О.В., Кулакова Л.М. 2022. Биологическая активность почвы в условиях изменения режима землепользования в Нечерноземной зоне России // Плодородие. №3. С. 71-76. doi: 10.25680/S19948603.2022.126.19
  22. Molchanov A.G., Kurbatova Y.A., Olchev A.V. 2017. Effect of clear-cutting on soil CO2 emission. Biology Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 44: 218-223. doi: 10.1134/S1062359016060121
  23. Молчанов А.Г., Татаринов Ф.А. 2017. Эмиссия CO₂ с поверхности почвы и стволов деревьев в еловых и сосновых лесах // Материалы Всероссийской научной конференции, посвящённой 85-летию Центрально‑Лесного государственного природного биосферного заповедника. пос. Заповедный, Тверская обл. с 374-380.
  24. Молчанов А.Г. 2020. Зависимость дыхания стволов дуба разных классов роста от условий окружающей среды // Лесоведение. № 4. C. 367–376.) doi: 10.31857/S0024114820040087
  25. Петров В.В. 1985. Жизнь леса и человека. Москва: Наука. 132 с.
  26. Phillips C.L., McFarlane K.J., Risk D., Desai A.R. 2013. Biological and physical influences on soil 14CO2 seasonal dynamics in a temperate hardwood forest. Biogeosciences, 10: 7999-8012. doi: 10.5194/bg-10-7999-2013
  27. Priestley C.H.B., Taylor R.J. 1971. On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameter. Monthly Weather Review, 100(2): 81-92.
  28. Пугачевский А.В. 1992. Физико-географические условия и растительность территории // Еловые ценопопуляции: структура, динамика, факторы регуляции / Под ред. А.В. Пугачевского. Минск: Наука и техника. С. 9–13.
  29. Pumpanen J., Westman C.J., Ilvesniemi H. 2004. Soil CO2 efflux from a podzolic forest soil before and after forest clearcutting and site preparation. Boreal Environment Research, 9(3): 199-212.
  30. Qubaja R., Tatarinov F., Rotenberg E., Yakir D. 2020. Partitioning of canopy and soil CO2 fluxes in a pine forest at the dry timberline. Biogeosciences, 17: 699-714. doi: 10.5194/bg-2019-291
  31. Rayment M.B., Jarvis P.G. 1997. An improved open chamber in the field. Journal of Geophysical Research, 102: 28779-28784.
  32. Šantrůčková H., Kaštovská E., Kozlov D., Kurbatova J., Livečková M., Shibistova O., Tatarinov F., Lloyd J. 2010. Vertical and horizontal variation of carbon pools and fluxes in soil profile of wet southern taiga in European Russia. Boreal Environment Research, 15: 357-369.
  33. Швиденко А.З., Щепаченко Д.Г., Нильссон С. 2008. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы. М.: Министерство природных ресурсов Российской Федерации. 886 с.
  34. Татаринов Ф.А., Молчанов А.Г., Ольчев А.В. 2009. Оценка и минимизация ошибок при измерении дыхания почвы по открытой схеме // Известия Самарского научного центра РАН. №11(1-7). С. 1592-1595.
  35. Vestin P., Mölder M., Kljun N., Cai Z., Hasan A., Holst J., Klemedtsson L., Lindroth A. 2020. Impacts of clear-cutting of a boreal forest on carbon dioxide, methane and nitrous oxide fluxes. Forests, 11: 961. doi: 10.3390/f11090961
  36. Williams C.A., Vanderhoof M.K., Khomik M., Ghimire B. 2014. Post‐clearcut dynamics of carbon, water and energy exchanges in a midlatitude temperate, deciduous broadleaf forest environment. Global Change Biology, 20(3): 992-1007.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Fig. 1. Location of Central-Forest state biosphere reserve (CFSNBR) on the map (A); aerial photo of the clear-cut area (B); photo of the vegetation cover on the clear-cut (C)

Жүктеу (233KB)
3. Fig. 2. Relationship between chamber-measured and upscaled respiration of soil with ground vegetation(Rch) and total ecosystem respiration (TER) across study years. The black dashed line shows the overall regression, while the green line is the 1:1 reference. Regression statistics: F(1,17) = 14.836, p < 0.00128, Std. Error = 2.33 μmol·m⁻²·s⁻¹.

Жүктеу (63KB)
4. Fig. 3. (A-C) Seasonal dynamics of CO2 fluxes (gross primary production - GPPch, respiration Rch and balance NEEch) at the clear-cut in different years averaged among measuring points in the same vegetation type ((A-B) only meadow) with standard deviations as error bars. Indices m and u at (C) correspond to meadow and undergrowth, respectively. (D) Median values of CO2 fluxes in the meadow and undergrowth sites according to the measurements by the chamber method on the clear-cut plots at noontime in the summer months of 2018. Boxes and whiskers show quartiles and non-outlier ranges, respectively.

Жүктеу (87KB)

© Tatarinov F.A., Molchanov A.G., Ivanov D.G., Mamkin V.V., Avilov V.K., Trusova S.N., Kurbatova J.A., 2025

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімдіCreative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».