Influence of precipitation on CO 2 soil emission in pine forests of the Central Siberia boreal zone

Бореальные леса в Сибири занимают более 70% площади исследуемого региона. Эти экосистемы являются очень чувствительными к климатическим изменениям и представляют собой значительный источник углерода. В лесных экосистемах, в общем экосистемном дыхании преобладает дыхание почвы, на которое приходится примерно 70% от этого потока. Глобальные модели предсказывают, что дыхание почвы увеличится больше, чем общая чистая первичная продуктивность в ответ на потепление климата и увеличение количества осадков. Как следствие, ожидается, что уменьшится связывание углерода наземными экосистемами. Однако в бореальных лесах Сибири все еще существует пробел в понимании будущей реакции почвенной эмиссии на засуху или условия переувлажнения. В нашем исследовании мы оценили, как различные условия увлажнения могут изменить интенсивность почвенной эмиссии в бореальной зоне. Из данных полевых наблюдений, мы определили оптимальные условия влажности почвы. Наибольшая зависимость между температурой почвы и интенсивностью почвенной эмиссии была получена при оптимальных условиях влажности почвы

Dynamics of the CO2 Fluxes from the Soil Surface in Pine Forests in Central Siberia

В лесных экосистемах на поток СО2 из почвы может приходиться 40–80 % от суммарного количества высвобожденного СО2. Доминирование потерь углерода на дыхание над продуктивностью может изменить функциональную роль экосистемы и превратить ее из стока в источник углерода. Одним из наиболее важных направлений по изучению дыхания почвы считается выявление единой методики измерения потоков СО2 с поверхности почвы и ее стандартизация. В нашей работе было проведено исследование сезонной и суточной динамики эмиссии СО2 для разных типов подстилающей поверхности с использованием метода закрытых камер динамического типа (DC-метод) в пределах среднетаежных лесов Сибири. Измерения почвенного дыхания проводились в течение вегетационного сезона с июня до октября 2013 г. Максимальные величины эмиссии СО2 приходились на временной промежуток со второй половины июля по конец августа 2013 г. Наличие напочвенного покрова существенно влияет на величину почвенного дыхания. На участке без напочвенного покрова флуктуации потоков минимальные (0.11 – 1.24 μмоль CO2 м-2 с-1), а их величина в среднем в 8 раз ниже, чем на лесопокрытых участках. Максимальные потоки СО2 с поверхности почвы наблюдаются в смешанном лесу и варьируют от 2.31 до 8.41 μмоль CO2 м-2 с-1. Важным условием для получения достоверных результатов является частота измерений. Установлено, что при измерениях с частотой пять и более раз в месяц коэффициент вариации не превышает 10 %, что свидетельствует о высокой достоверности полученных значенийIn forest ecosystems, the CO2 efflux from the soil may account for 40–80 % of the total amount of released CO2. Domination carbon breath losses over productivity may change the functional role of the ecosystem and transform it from a carbon sink to source. One of the most important field of study in soil respiration research is to identify a uniform methodology for measuring CO2 fluxes from the soil surface and its standardization. In our study, we assessed the investigation of the temporal and spatial dynamics of CO2 flux from the soil surface using the method based on the dynamic closed chambers in the middle taiga forests of Central Siberia. Soil respiration measurements were carried out during the growing season from June to October 2013. The period, when the soil respiration reached to maximum development – the second half of July to the end of August 2013. The ground cover substantially affected the value of soil respiration. The smallest value observed at the site without any plant cover – pp_sand (0.11–1.24 μmol CO2 m-2 s-1), which is 8 times lower than in the forested areas. The greatest values were attended at the site with mixed forest ranged from 2.31 to 8.41 μmol CO2 m-2 s-1. An important condition to obtain reliable results is the frequency of measurements. It was found that the measurements with a frequency of 5 or more times per month does not exceed the variation coefficient of 10 %, which indicates high reliability of the obtained value

PHYTOMASS STOCK AND STRUCTURE IN DERIVATIVE FOREST STAND OF CENTRAL SIBERIA

Текст статьи не публикуется в открытом доступе в соответствии с политикой журнала

The Pulses of Soil CO₂ Emission in Response to Rainfall Events in Central Siberia: Revisiting the Overall Frost-Free Season CO₂ Flux

Boreal forests nowadays act as a sink for atmospheric carbon dioxide; however, their sequestration capacity is highly sensitive to weather conditions and, specifically to ongoing climate warming. Extreme weather events such as heavy rainfalls or, conversely, heat waves during the growing season might perturb the ecosystem carbon balance and convert them to an additional CO2 source. Thus, there is an urgent need to revise ecosystem carbon fluxes in vast Siberian taiga ecosystems as influenced by extreme weather events. In this study, we focused on the soil CO2 pulses appearing after the rainfall events and quantification of their input to the seasonal cumulative CO2 efflux in the boreal forests in Central Siberia. Seasonal measurements of soil CO2 fluxes (both soil respiration and net soil exchange) were conducted during three consecutive frost-free seasons using the dynamic chamber method. Seasonal dynamics of net soil exchange fluxes demonstrated positive values, reflecting that soil respiration rates exceeded CO2 uptake in the forest floor vegetation layer. Moreover, the heavy rains caused a rapid pulse of soil emissions and, as a consequence, the release of additional amounts of CO2 from the soil into the atmosphere. A single rain event may cause a 5–11-fold increase of the NSE flux compared to the pre-rainfall values. The input of CO2 pulses to the seasonal cumulative efflux varied from near zero to 39% depending on precipitation patterns of a particular season. These findings emphasize the critical need for more frequent measurements of soil CO2 fluxes throughout the growing season which capture the CO2 pulses induced by rain events. This approach has inevitable importance for the accurate assessment of seasonal CO2 soil emissions and adequate predictions of response of boreal pine forests to climatic changes

The Impact of Climatic Factors on CО2 Emissions from Soils of Middle-Taiga Forests in Central Siberia: Emission as a Function of Soil Temperature and Moisture

Текст статьи не публикуется в открытом доступе в соответствии с политикой журнала.Soil CO2 emission is one of the most important components of the global carbon cycle. This study analyzes the seasonal dynamics of soil emission for various land cover types in the middle taiga subzone of central Siberia during five growing seasons. It is shown that, throughout a vast area covered by pine forests and their derivatives formed on sandy soils, seasonal CO2 emission values are determined primarily by the moisture conditions and only secondarily by the temperature regime and ecosystem type. The effect of the forest type is manifested only under the most favorable moisture conditions. A new approach is proposed: divide the growing season into dry and moist periods depending on the threshold soil moisture for areas with different vegetation types

Dynamics of the CO2 Fluxes from the Soil Surface in Pine Forests in Central Siberia

В лесных экосистемах на поток СО2 из почвы может приходиться 40–80 % от суммарного количества высвобожденного СО2. Доминирование потерь углерода на дыхание над продуктивностью может изменить функциональную роль экосистемы и превратить ее из стока в источник углерода. Одним из наиболее важных направлений по изучению дыхания почвы считается выявление единой методики измерения потоков СО2 с поверхности почвы и ее стандартизация. В нашей работе было проведено исследование сезонной и суточной динамики эмиссии СО2 для разных типов подстилающей поверхности с использованием метода закрытых камер динамического типа (DC-метод) в пределах среднетаежных лесов Сибири. Измерения почвенного дыхания проводились в течение вегетационного сезона с июня до октября 2013 г. Максимальные величины эмиссии СО2 приходились на временной промежуток со второй половины июля по конец августа 2013 г. Наличие напочвенного покрова существенно влияет на величину почвенного дыхания. На участке без напочвенного покрова флуктуации потоков минимальные (0.11 – 1.24 μмоль CO2 м-2 с-1), а их величина в среднем в 8 раз ниже, чем на лесопокрытых участках. Максимальные потоки СО2 с поверхности почвы наблюдаются в смешанном лесу и варьируют от 2.31 до 8.41 μмоль CO2 м-2 с-1. Важным условием для получения достоверных результатов является частота измерений. Установлено, что при измерениях с частотой пять и более раз в месяц коэффициент вариации не превышает 10 %, что свидетельствует о высокой достоверности полученных значенийIn forest ecosystems, the CO2 efflux from the soil may account for 40–80 % of the total amount of released CO2. Domination carbon breath losses over productivity may change the functional role of the ecosystem and transform it from a carbon sink to source. One of the most important field of study in soil respiration research is to identify a uniform methodology for measuring CO2 fluxes from the soil surface and its standardization. In our study, we assessed the investigation of the temporal and spatial dynamics of CO2 flux from the soil surface using the method based on the dynamic closed chambers in the middle taiga forests of Central Siberia. Soil respiration measurements were carried out during the growing season from June to October 2013. The period, when the soil respiration reached to maximum development – the second half of July to the end of August 2013. The ground cover substantially affected the value of soil respiration. The smallest value observed at the site without any plant cover – pp_sand (0.11–1.24 μmol CO2 m-2 s-1), which is 8 times lower than in the forested areas. The greatest values were attended at the site with mixed forest ranged from 2.31 to 8.41 μmol CO2 m-2 s-1. An important condition to obtain reliable results is the frequency of measurements. It was found that the measurements with a frequency of 5 or more times per month does not exceed the variation coefficient of 10 %, which indicates high reliability of the obtained value