Productivity of the Bakchar bog plant communities in the initial stages of pyrogenic succession (southern taiga of Western Siberia)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a study on the productivity of plant communities after a crown fire in a drained oligotrophic bog in the southern taiga of Western Siberia are presented. A quantitative assessment of biological productivity in areas with varying degrees of pyrogenic disturbance is given. The reserves of the grass-shrub and moss layers in the most disturbed area in the second year of restoration amounted to 1220 g/m2, production was 324 g/m2 per year; in the third year, reserves increased to 1635 g/m2 and production increased to 1038 g/m2 per year due to the growth of blueberries, while the production in the control site with high reserves of living phytomass (2200 g/m2) amounted to 745 g/m2 per year. There was a change in the structure of the phytomass, compaction of the deposit by 34%, and an increase in the mortmass of vascular plants by three times. The living mass of roots in the disturbed area concentrated in the upper layer of 0–10 cm, while it was distributed in the control area in the layer of 10–30 cm. It was found that the roots of dead pines retain the morphological characteristics of living ones during the first two years and pass into the fraction of dead roots on the third year of pyrogenic succession. Carbon losses during burning of the top layer of tow up to 20 cm amounted to 3016 g C/m2, 500 g/m2 of which can be buried as a layer of coal in peat.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. P. Kosykh

Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: npkosykh@mail.ru
Russian Federation, Novosibirsk

N. P. Mironycheva-Tokareva

Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: npkosykh@mail.ru
Russian Federation, Novosibirsk

N. G. Koronatova

Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: npkosykh@mail.ru
Russian Federation, Novosibirsk

E. K. Vishnyakova

Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: npkosykh@mail.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Gorham E. Northern peatlands: Role in the carbon cycle and probable responses to climatic warming // Ecol. Appl. 1991. V. 1. P. 182–195. https://doi.org/10.2307/ 1941811
  2. Новиков С.М., Усова Л.И. Новые данные о площади болот и запасах торфа на территории России // Динамика болотных экосистем Северной Евразии в голоцене. Петрозаводск: Изд-во Карел. науч. центра РАН, 2000. С. 49–52.
  3. Yu Z.C. Northern peatland carbon stocks and dynamics: a review // Biogeoscience. 2012. V. 9. P. 4071–4085. https://doi.org/0.5194/bg-9-4071-2012
  4. Loisel J., van Bellen S., Pelletier L. et al. Insights and issues with estimating northern peatland carbon stocks and fluxes since the Last Glacial Maximum //Earth-Science Rev. 2017. V. 165. P. 59–80. https://doi.org/10.1016/j.earscirev. 2016.12.001.
  5. Turunen J., Tahvanainen T., Tolonen K. Carbon accumulation in west Siberian mires, Russian // Global Biogeochem. Cycles. 2001. V. 15. P. 285–296.
  6. Turetsky M.R., Benscoter B., Page S. et al. Global vulnerability of peatlands to fire and carbon loss // Nature Geoscience. 2015. V. 8 (1). Р. 11–14. https://doi.org/10.1038/NGEO2325
  7. Zoltai S.C., Morrissey L.A., Livingston G.P., de Groot W.J. Effects of fires on carbon cycling in North American boreal peatlands // Environ. Rev. 1998. V. 6. P. 13–24.
  8. Vitt D.H., Halsey L.A., Bauer I.E., Campbell C. Spatial and temporal trends in carbon storage of peatlands of continental western Canada through the Holocene // Can. Earth Sci. 2000. V. 37. P. 683–693.
  9. Сирин А.А., Макаров Д.А., Гуммерт и др. Глубина прогорания торфа и потери углерода при лесном подземном пожаре // Лесоведение. 2019. № 5. С. 410–422.
  10. Глухова Т.В., Сирин А.А. Потери почвенного углерода при пожаре на осушенном лесном верховом болоте // Почвоведение. 2018. № 5. С. 580–588.
  11. Копотева Т.А., Купцова В.А. Влияние пожаров на функционирование фитоценозов торфяных болот Среднеамурской низменности // Экология. 2016. № 1. C. 14–21.
  12. Иванова Г.А., Жила С.В., Иванов В.А. и др. Постпирогенная трансформация основных компонентов сосняков средней тайги //Сибирский лесной журн. 2018. № 3. С. 30–41.
  13. Sinyutkina A.A., Gashkova L.P., Koronatova N.G. et al. Post-fire ecological consequences within the drained site of the Great Vasyugan Mire: retrospective water-thermal regime and pyrogenic disturbance estimation // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2020. V. 408. Art. 012037. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012037
  14. Копотева Т.А., Купцова В.А. Влияние пожаров на динамику фитомассы и первичной продукции мезотрофного кустарничково-сфагнового болота в Приамурье // Журнал общ. биол. 2016. Т. 77. № 5. C. 397– 405.
  15. Вомперский С.Э., Вомперская М.И., Валяева М.А., Зазнобин М.Ю. Короткопериодичные колебания оторфованности заболоченных лесов // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования: Мат-лы Междунар. конф. М.: ГЕОС, 1999. С. 42–45.
  16. Ковалева И.М. Динамика фитомассы живого напочвенного покрова сосняков Нижнего Приангарья //Растительные ресурсы. 2015. Т. 51. Вып. 2. С. 145 –153.
  17. Буренина Т.А. Изменение запасов надземной фитомассы и эмиссии углерода при пожарах на лесоболотных комплексах о. Сахалин // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2006. № 2. С. 75–85.
  18. Копотева Т.А., Купцова В.А. Пирогенный фактор на маревых болотах Приамурья //Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2011. № 2. С. 14–21.
  19. Косых Н.П. Пирогенная сукцессия на болотах лесостепной зоны: Мат-лы VI Международного симпозиума «Степи Северной Евразии». Оренбург, 2012. С.408–411.
  20. Мульдияров Е.Я., Лапшина Е.Д. Датировка верхних слоев торфяной залежи, используемой для изучения космических аэрозолей // Метеоритные и метеорные исследования. Новосибирск: Наука, 1983. С. 75–84.
  21. Титлянова А.А., Афанасьев Н.Н., Наумова Н.Б. и др. Сукцессии и биологический круговорот / Отв. ред. Курачев В.М. Новосибирск: Наука, 1991. 157 с.
  22. Kosykh N.P., Koronatova N.G., Naumova N.B., Titlyanova A.A. Above- and below-graund phytomass and net primaty prodaction in boreal mire ecosystems of Western Siberia // Wetlands Ecology and Management. 2008. V. 16. P. 139–153.
  23. Углерод в экосистемах лесов и болот России / Под ред. Алексеева В.А., Бердси Р.А. Красноярск,1994. 170 с.
  24. Титлянова А.А., Кудряшова С.Я., Косых Н.П., Шибарева С.В. Биологический круговорот углерода и его изменение под влиянием деятельности человека на территории Южной Сибири // Почвоведение. 2005. № 10. С. 1240– 1250.
  25. Global Surface Summary of Day Data: банк гидрометеорологических данных. URL: ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/gsod
  26. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
  27. Brakke F. Root biomass changes after drainage and fertilization of a low-shrub pine bog // Plant and Soil. 1992. № 143. P. 33–43.
  28. Копотева Т.А., Косых Н.П. Сравнительная оценка структуры фитомассы и продуктивности мезотрофных кустарничково-сфагновых болот зоны тайги // Сибирский экологич. журн. 2011. № 2. С. 307–310.
  29. Murphy M.T., McKinley A., Moore T.R. Variation in above- and below-ground vascular plant biomass and water table on a temperate ombrotrophic peatland // Botany. 2009. V. 87. P. 845–853.
  30. Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Авертов Н.А. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула: Гриф и Ко, 2001. 584 c.
  31. Aerts R., Boot K.G.A., van der Aart P.J.M. The relation between aboveground and belowground biomass allocation patterns and competitive ability // Oecologia. 1991. V. 87. P. 551–559.
  32. Titlyanova A.A., Romanova I.P., Kosykh N.P., Mironycheva-Tokareva N.P. Pattern and process in above-ground and below-ground components of grassland ecosystems // J. of Veg. Sci. 1999. V. 10. № 3. P. 307–320.
  33. Moore T.R., Bubier J.L., Frolking S.E. Plant biomass and production and CO2 exchange in an ombrotrophic bog //J. Ecol. 2002. V. 90. P. 25–36.
  34. Косых Н.П., Махатков И.Д. Структура растительного вещества в лесоболотных экосистемах средней тайги Западной Сибири // Вестник ТГПУ. Сер.: Биологические науки. 2008. Вып. 4 (78). С. 77–80.
  35. Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Блейтен В. Продуктивность болот южной тайги Западной Сибири // Вестник Томского ун-та. 2003. № 7. С. 142–152.
  36. Вишнякова Е.К., Миронычева-Токарева Н.П., Косых Н.П., Вишнякова Е.К. Продукционно-деструкционные процессы в болотных экосистемах Васюганья // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2013. Т.4. №1. С. 1–9.
  37. Михайлова Е.В., Миронычева-Токарева Н.П. Послепожарная сукцессия в лесоболотных комплексах // Интерэкспо ГЕО-Сибирь: Международная научная конференция «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология». Новосибирск: СГУГиТ, 2019. Т. 4. № 2. C. 98–106.
  38. Софронов М.А., Волокитина А.В. Методика оценки баланса углерода по динамике биомассы в пирогенных сукцессиях // Лесоведение. 1998. № 3. С. 36–42.
  39. Turetsky M.R., Amiro B.D., Bosch E., Bhatti J.S. Historical burn area in western Canadian peatlands and its relationship to fire weather indices // Global Biogeochem. Cycles. 2004. V. 18. № 4. P. 1–9.
  40. Kuhry P. The role of fire in the development of Sphagnum-dominated peatlands in western boreal Canada // J. Ecol. 1994. V. 82. P. 899–910.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structure of above-ground mortmass: S - severely burned area, PB - partially burned area, C - control area. Dry burnt pine stand is not included

Download (156KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Phytomass structure of blueberry Vaccinium uliginosum L. at the heavily disturbed site (P) and in the control (C)

Download (108KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Stock structure: a - living underground organs in 0-10 cm layer; b - dead roots in 0-10 cm layer; c - dead plant matter in 0-10 cm layer; d - living underground organs in 0-30 cm layer; e - dead roots in 0-30 cm layer; f - dead plant matter in 0-30 cm layer

Download (622KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of underground organs of shrubs by depth

Download (91KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences