Поиск
Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
О лаборатории  

Лаборатория биогенных экосистем была организована...

Основными научными направлениями являются...

Разделение влияния роста температуры, повышения концентрации двуокиси углерода и азотной фертилизации в приросте, клеточно-функциональной структуре и элементном составе годичных колец деревьев  

Описание научного исследования

Рост глобальной температуры, содержания углекислого газа и азотсодержащих соединений в атмосфере не может не влиять на рост и распространение древесной растительности. Однако результаты воздействия этих факторов варьируют в связи с экологическими условиями (Gundale et al., 2012). Растущие в условиях вечной мерзлоты древесные растения, особенно на северном пределе леса, лимитированы не только температурой, но и дефицитом азота (Morford et al.2011; Agren et al.,2012). В таком случае поступление азота из атмосферы в почву стимулирует рост, что сопряжено, по нашим данным, с ростом содержания фосфора и калия в древесине (Marklein et al., 2011; Bai et al., 2013; Vaganov et al., 2013). Динамика содержания одних элементов в древесине отражает ускорение в темпах роста, а динамика других – увеличение валовой фитомассы, а динамика третьих – содержание этих же элементов в почве (Agren et al., 2012).

Анализ чувствительности растений к содержанию углекислого газа показывает, что отклик стабилен как в отношении ограничений в накоплении углерода при дефиците влаги, так и в условиях дефицита азота (Franks et al., 2013). Клеточное строение годичных колец хвойных характеризуется размерами люменов и толщиной клеточных стенок, которые отражают потенциал водопроведения и накопление продуктов фотосинтеза в древесине (Vaganov et al., 2006; Fonti et al., 2013).

Детальные измерения сезонной динамики этих показателей, наложенные на изменения изотопов углерода в древесине, позволяют восстановить сезонную динамику накопления углерода, в сопряжении с сезонной динамикой роста годичных колец (Vaganov et al., 2009). Таким образом, комбинируя данные о радиальном росте, гистометрической структуре годичных колец, их элементного и изотопного состава можно, во-первых, многопараметрически измерить результат влияния трех исследуемых факторов, а отбирая особые условия произрастания, ослабить или усилить влияние
одного из них.

Север Сибири удален от источников антропогенного загрязнения, а по количеству
выпадающих азотистых продуктов относится к слабо загрязненным. Кроме того, деревья, растущие на вечной мерзлоте, сильно лимитированы как по температуре, так и по азотному питанию. В таком случае следует ожидать заметный отклик на поступление даже небольших количеств азота из атмосферы в почву (Simpson et al., 2011).

Особенности топологии в данных условиях позволяют.

Область наук

Науки о Земле и смежные экологические науки

Раздел области наук

Естественные и точные науки

Цель проекта

Текущие условия в глобальном и региональном масштабе характеризуются ускоренным ростом температуры воздуха, концентрации двуокиси углерода (основным парниковым газом) и содержания соединений азота в атмосфере. Все три фактора оказывают разное влияние на сезонный и многолетний прирост древесных растений. Цель проекта – используя мультидисциплинарный подход к анализу радиального прироста и структуры годичных колец древесных растений оценить вклад каждого из данных факторов на интенсивность радиального прироста и построить феноменологическую модель изменчивости радиального прироста деревьев как интегратора этих воздействий.

Задачи проекта

1. Оценить механизмы комбинированного эффекта повышения температуры, содержания
углекислого газа и азота на темпы радиального роста у деревьев из условий лимитирования по температуре.

2. Количественно оценить тренды в изменении темпов радиального роста и структуры
годичных колец с помощью мультидисциплинарного подхода: методы дендроклиматологии,
гистометрический анализ, элементный и изотопный анализ, математическое моделирование.

3. Собрать образцы почвы и древесины в регионе распространения вечномерзлотных почв из мест обитания а) различающихся почвенной структурой; б) с преобладанием лишайниковой или травяной флоры; в) хорошо прогреваемых с песчаными почвами.

4. Используя многомерные статистические модели выявить индикаторы влияния трех основных факторов (температуры, двуокиси углерода, лимитирования азотом ) на радиальный рост и структуру годичных колец.

5. Усовершенствовать имитационную модель для описания сезонного роста и формирования структуры годичных колец включением дополнительных внешних блоков, описывающих влияние повышения концентрации углекислоты и лимитированием азотом.

6. Разработать модель для расчета по гистометрическим данным функциональных характеристик годичных колец и оценить влияние роста концентрации углекислоты и азотного питания на их временную динамику.

7. Выявить влияние повышения доступного азота на минерализацию органического вещества и рассчитать температурную зависимость минерализации в криогенных почвах разного теплового.

Ожидаемые результаты проекта

1. Механизмы реакции древесных растений на факторы, имеющие глобальное значение для
планеты: изменение климата, рост концентрации углекислоты, азотных осадков.

2. Прогнозные модели, позволяющие оценивать изменения в продуктивности (и составе) древесной растительности для субарктической области Северной Евразии при ожидаемых изменениях основных исследуемых факторов.

3. Механизмы влияния повышения азотного питания на минерализацию органического вещества почвы в зависимости от температуры.

4. База данных о временной изменчивости элементного состава древесины в условиях вечной мерзлоты за последние несколько сотен лет.

5. Математическая модель, позволяющая оценивать функциональные характеристики (водопроведение, устойчивость к дисфункции, метаболические затраты) отдельных трахеид и годичных колец по гистометрическим данным.

6. Рекомендации по возможным мероприятиям, снижающим негативный эффект.

7. Учебные модели для специализированного курса магистратуры: «Глобальные и региональные тренды климатических изменений и концентрации парниковых газов и древесная растительность». 8. Оригинальные зарегистрированные в Информрегистре компьютерные программы для расчетов по разработанным модельным алгоритмам.

Назначение и предполагаемое использование результатов проекта

1. Для обучения студентов по магистерским программам, в том числе иностранных студентов на английском языке.

2. Расширение регионов исследования в кооперации с иностранными
партнерами.

3. Подготовка раздела коллективной монографии в международном издательстве.

4. Разработанные модели будут использоваться для многопараметрической оценки динамики аналогичных характеристик роста и структуры годичных колец деревьев в других регионах России и за рубежом.

Ключевые слова

Годичные кольца, структура годичных колец, прирост деревьев, дендроклиматология, изменения температуры, концентрация двуокиси углерода в атмосфере, биогеохимические циклы, азотная фертилизация.

© 2008–2019 Институт фундаментальной биологии и биотехнологии, СФУ