Грант РФФИ №14-45-03610 р_центр_а «Биогеохимический цикл азота в лесах Подмосковья в условиях роста техногенной эмиссии NOx: индикация изменений, анализ современных трендов и модельные оценки на примере ключевых участков». Руководитель И.В. Припутина

Проблемная область и обоснование тематики проекта. Правомочность постановки вопроса о влиянии техногенной эмиссии NOx на биогеохимический цикл азота в лесах Подмосковья и необходимость прогноза динамики их экологического состояния при повышенном поступлении азота с атмосферными выпадениями определяется следующими моментами.

  • Высокий уровень техногенной эмиссии соединений азота (NOx и NH4), характерный для стран Европы в 1970-90-ые годы (Vestreng et al., 2009), стал причиной повышенных выпадений азота из атмосферы. Дополнительное поступление легкодоступного азота привело к росту продуктивности европейских лесов (Spiecker et al., 1996; Dentener et al., 2006) и, одновременно, стало причиной процессов эвтрофирования лесных экосистем, с чем связывают нарушения биоразнообразия лесов и потери плодородия лесных почв из-за ускоренной минерализации органического вещества, вымывания нитратов и денитрификации (De Vries et al., 2007; Jenssen, 2009; Bobbink, Hettelingh, 2011; Sutton et al., 2011).
  • Отечественными исследованиями (Маслов, 2000; Рысин и др., 2003, 2010; Полякова и др., 2011) выявлен тренд «эвтрофикации» заповедных лесных сообществ центра Русской равнины за период 1950-2000-х гг., что выражается в увеличении числа видов, более требовательных к условиям азотного питания. В качестве причин изменения состава лесных сообществ названы процессы естественной смены производных древесных пород коренными и распад древостоя с интенсивным формированием окон, атмосферное загрязнение азотом, потепление климата и др.» (Маслов, 1998).
  • Насколько процессы эвтрофирования экосистем Европы могут быть характерны для лесов Московской области, где уровень техногенной эмиссии NOx сопоставим со среднеевропейским показателям (Свистов и др., 2004; Безуглая и др., 2007)? Какие индикаторы могут быть использованы для анализа возможных изменений биогеохимического цикла азота в лесных ландшафтах?

Цель проекта – оценка влияния повышенного поступления выпадений азота на современную динамику показателей биогеохимического цикла азота в лесных биогеоценозах Московской области и модельный прогноз изменений масс-баланса азота в ландшафтах ключевых участков при разных сценариях техногенных нагрузок.

Проект предполагает реализацию следующих задач:

  1. Индикация изменений трофического статуса лесов Подмосковья и анализ условий обеспеченности их доступным азотом в период повышенных азотных выпадений в 1970-1990 гг.
  2. Оценка параметров емкости и интенсивности биологического круговорота азота в схожих типах лесных биогеоценозов при разных уровнях азотных нагрузок.
  3. Сравнительный анализ основных показателей внутрипочвенного цикла азота лесных почв (суммарный пул, запасы N в органических и минеральных горизонтах, соотношение минеральных форм, интенсивность нитрификации и др.) при разных уровнях атмосферных нагрузок соединений азота.
  4. Модельные оценки вклада техногенной эмиссии NOx и связанного с ней дополнительного поступления в лесные ландшафты азота атмосферных выпадений в изменение основных параметров биогенного и почвенного циклов азота.
  5. Модельный прогноз динамики биогеохимического масс-баланса азота в лесных биогеоценозах ключевых участков при разных сценариях поступления соединений азота с атмосферными выпадениями.

Обоснование объектов исследования. Важным методическим моментом данных исследований является выбор ключевых участков – сосновых биогеоценозов Серебряноборского опытного лесничества и Приокско-Террасного биосферного заповедника – в качестве ландшафтов-аналогов. Широко представленные на их территориях сосновые леса имеют близкий видовой состав древостоев, схожие генезис и химико-морфологические показатели почв. Начиная с 1960-х годов, они испытывают разный уровень азотных нагрузок, что позволяет оценить влияние данного техногенного фактора на биогеохимический цикл азота в этих экосистемах на основе анализа индикаторных показателей их азотного статуса.

Методы, использованные в данном проекте объединяют (а) полевые исследования на ключевых участках (ландшафтно-геохимические, геоботанические, почвенно-биологические), (б) лабораторные химико-аналитические исследования, (в) биогеохимические оценки масс-баланса элементов и (г) математическое моделирование процессов биогеохимического круговорота органического вещества и азота в лесных экосистемах с использованием системы моделей EFIMOD (Komarov et al., 2003).

Общая информация о проекте и основные результаты за 2014-2015 гг. (pdf-файл)  

Публикации по результатам проекта:

  1. Irina Priputina, Elena Zubkova, Vladimir Shanin, Vadim Smirnov, Alexander Komarov (2014) Evidence of plant biodiversity changes as a result of nitrogen deposition in permanent pine forest plots in central Russia // Ecoscience. Vol. 21 no 3-4. рр. 286-300. DOI: 10.2980/21-(3-4)-3681.
  2. Припутина И.В., Зубкова Е.В., Комаров А.С. Ретроспективная оценка динамики обеспеченности азотом сосновых лесов ближнего Подмосковья по данным фитоиндикации // Лесоведение. – 2015, № 3. – С. 172-181. (Текст статьи доступен через регистрацию на сайте - http://elibrary.ru/item.asp?id=23775896).
  3. Priputina I.V., Zubkova E.V., Komarov A.S. (2015) Retrospective Assessment of the Dynamics of Nitrogen Availability in Pine Forests of the Near-Moscow Region based on the Data of Phytoindication // Contemporary Problems of Ecology. Vol.8, No 7. pp. 916-924.
  4. Припутина И.В., Шанин В.Н., Комаров А.С. Динамика запасов и пула доступного азота в сосняках Серебряноборского лесничества: модельные оценки с учетом вклада азота атмосферных выпадений. Математическое моделирование в экологии / Материалы Четвертой Национальной научной конференции с международным участием, 18-22 мая 2015 г. – Пущино: ИФХиБПП РАН. – 2015. – С. 161-162.

Припутина И.В., Зубкова Е.В. Фитоиндикация условий азотного питания в лесных почвах промышленно-урбанизированного региона. Роль почв в биосфере и жизни человека. Международная научная конференция: К 100-летию Г.В. Добровольского, к Международному году почв; Москва, Россия, МГУ им. М.В. Ломоносова, 5-7 октября 2015 г.: Материалы докладов. – М.: МАКС Пресс. – 2015. – С. 225-227. (http://elibrary.ru/item.asp?id=24371268).