Экология

Целью работы была оценка эмиссии CO₂ из почвы при внесении нескольких разновидностей биоуглей. В лабораторном эксперименте исследовали последствия внесения в почву разных биоуглей, рекомендованных на основе их свойств для разных целей применения: мелиорации почвы (из биомассы Amaranthus cruentus) или секвестрации углерода (из древесины Betula sp. и биомассы Miscanthus sacchariflorus). Оценивали собственно почвенное (при отсутствии вегетирующих растений) и экосистемное (в присутствии вегетирующих особей M. sacchariflorus) дыхание. Внесение всех разновидностей биоуглей приводило к снижению эмиссии CO₂ с поверхности почвы. Поток CO₂ при отсутствии в вегетационных сосудах живых растений M. sacchariflorus в сходной степени уменьшался при внесении биоуглей всех разновидностей. Однако в присутствии в вегетационных сосудах живых растений M. sacchariflorus установлены различия в интенсивности экосистемного дыхания в вариантах с разными разновидностями биоуглей. В присутствии растений M. sacchariflorus наибольший поток CO₂ был при внесении биоугля из A. cruentus, наименьший – при внесении биоугля из Betula sp. Таким образом, во-первых, добавление биоугля снижало поток CO₂ из почвы и, во-вторых, наличие вегетирующих растений – существенный фактор, модифицирующий различия дыхательной активности между субстратами с биоуглями разного происхождения.

В экотоне верхней границы древесной растительности исследованы взаимосвязи между значениями биометрических параметров лиственницы сибирской (средний радиус горизонтальной проекции кроны, диаметр дерева у шейки корня и его высота) с использованием данных наземных измерений на круговых пробных площадях и аэроснимков сверхвысокого пространственного разрешения, полученных при помощи беспилотного летательного аппарата. Созданы нелинейная регрессионная модель, модель с использованием метода «случайный лес» и ансамбль моделей с использованием методов машинного обучения, устанавливающие взаимосвязь значений диаметра у шейки корня от радиуса кроны экземпляра лиственницы сибирской. Полученные модели обладают высоким уровнем адекватности на качественном и количественном (R² > 0.95) уровнях. Предсказательные возможности модели нелинейной регрессии вне пределов обучающей выборки были лучше, чем у моделей машинного обучения, поэтому она была использована совместно с аллометрическими уравнениями для количественной оценки фитомассы лиственницы сибирской по величине диаметра у шейки корня и депонирования углерода на исследуемой территории по данным, полученным в результате дешифрирования крон 88 608 экз. лиственницы сибирской. Установлено, что в экотоне верхней границы древесной растительности на площади 7.32 км² величина надземной и подземной фитомассы лиственницы сибирской составляет 1355.2 т сухой массы, которая содержит 677.6 т углерода, или 2484.5 т CO₂-эквивалента.

Годовой поток углекислого газа из почв различных биомов играет ключевую роль в создании глобальных климатических моделей и при анализе циклов углерода в наземных экосистемах. Тем не менее существуют значительные пробелы в подобных исследованиях регионального масштаба. Из-за высокой трудоемкости получения ежедневных показателей почвенного дыхания используются различные методы моделирования. В данной работе на основе 2760 измерений дыхания почвы в еловых лесах карбонового полигона «Урал-Карбон» (Средний Урал), выполненных осенью 2021 г. и с апреля по октябрь 2022 г., с применением классических регрессионных подходов и машинного обучения были оценены годовые показатели дыхания почвы. Мы также исследовали зависимость результатов от сложности модели (числа предикторов) и используемых методов (экстраполяции моделью случайного леса и комбинированными подходами для оценки зимних потоков CO₂). «Упрощенная» модель с 7 предикторами показала лишь незначительное снижение точности по сравнению с полной моделью с 21 предиктором (R² = 0.89, MSE = 0.31 против R² = 0.92, MSE = 0.22). Предикторы, основанные на дистанционном зондировании, оказались более значимыми для точности модели, чем данные, полученные в полевых условиях. Хотя первоначальные результаты разных подходов различались, добавление значений зимнего дыхания, взятых из литературы, в модель случайного леса и усреднения значения комбинированных подходов позволило добиться схожих величин годового дыхания почвы: 830.3 ± 6.4 и 851.6 ± 8.0 г C/м² · год соответственно.

Проведена дистанционная оценка депонирования углерода на бывших пашнях (Республика Башкортостан, Евразийский карбоновый полигон, геопарк «Янган-Тау», участок «Насибаш»), заросших сосной (Pinus sylvestris L.). Были отобраны образцы древесных и травянистых растений на 8 пробных площадях, расположенных в древостоях, находящихся на разных стадиях сукцессии (1, 3, 4-я и 4-я разреженная). Оценен запас фитомассы и содержание углерода в живой фитомассе (ствол, хвоя, ветви, травянистые растения) и мортмассе. Рассчитан запас углерода для каждой стадии сукцессии. Наибольшее изменение запаса углерода отмечено для сосновых древостоев, находящихся на 4-й стадии сукцессии – в среднем 2.7 т/га в год. Проведен корреляционный анализ связи значений запаса углерода и данных о высоте деревьев, полученных в результате лазерного сканирования, а также значений некоторых вегетационных индексов. Результаты показали, что можно оценивать динамику изменения запаса углерода в древостое, основываясь на данных о высоте деревьев (R² = 0.85) и по значениям вегетационного индекса NDVI (R² = 0.79).