Год издания: 2021
Ключевые слова: стабильные изотопы, dD, d18O, d13C, дейтериевый эксцесс, многопараметрический подход, целлюлоза в годичных кольцах деревьев, лесные экосистемы, хвойные, засуха, наводнения, вулканы, пожары, деградация вечной мерзлоты, моделирование
Аннотация: Впервые в рамках ЭКО-ГИДРОТРИ проекта будет разработан и применен новый эквилибрационный метод для измерения изотопов водорода и применения дейтериевого эксцесса (d- excess) в целлюлозе годичных колец хвойных с целью выявления отклика бореальных лесных экосистем на экстремальные эко-гидрологические изменения в течение последних 150Показать полностью0 лет. Применение d-excess в водных образцах для выявления источника влаги, атмосферных осадков и относительной влажности было предложено еще в прошлом веке [Dansgaard, 1964] и нашло широкое применение в гляциологических исследованиях. Однако, измерение dD в целлюлозе годичных колец деревьев все еще лимитировано, вследствие методологических ограничений [Augusti et al., 2006], которые усложняют интерпретацию dD в целлюлозе годичных колец. Поэтому новый метод, который позволит уравновесить образцы целлюлозы с образцами воды известного изотопного состава до проведения анализа, является инновационным, и необходимым для дальнейших научных исследований как на Российском, так и на международном уровнях. В настоящее время, число экофизиологических исследований в районах покрытых многолетней мерзлотой увеличивается [Boike et al., 2013; Bryukhanova et al., 2015; Saurer et al., 2015; Prokushkin et al., 2018; Churakova (Sidorova) et al., 2019, 2020ab]. Однако, применение многопараметрического подхода с включением изотопной композиции углерода, кислорода и дейтерия, построение качественных временных рядов для хвойных, произрастающих в зоне многолетней мерзлоты и их включение в экофизиологические модели остаются слабо изученными.Многопараметрический подход, предложенный в данном проекте, объединяющий анализ стабильных изотопов (d13C-d18O-dD) позволит выявить экофизиологические механизмы реакции деревьев на изменение эко-гидрологических условий окружающей среды (атмосферные осадки, талая мерзлотная вода, относительная влажность воздуха, дефицит упругости водяного пара), а также выявить и оценить стратегии и механизмы адаптации разных видов хвойных (Larix cajandri Mayr., Larix gmelinii Rupr., Picea glauca (Moench) Voss.) к изменениям окружающей среды после экстремальных климатических изменений (например, стратосферные вулканические извержения, пожары, засухи, наводнения).Выявление эффективности использования воды (iWUE) деревьями в меняющихся условиях окружающей среды под воздействием увеличения СО2 и температуры воздуха, а также уменьшение атмосферных осадков позволит оценить адаптационные возможности и стратегию использования воды хвойными.Проект включает три основных рабочих пакета (РП), направленных на:РП 1) разработку и применение нового эквилибрационного метода для измерения dD и дейтериевого эксцесса (d-excess) в целлюлозе годичных колец хвойных из субарктических районов (Россия и Канада), наиболее чувствительных к климатическим изменениям с целью выявления отклика деревьев на экстремальные климатические события (извержения вулканов, пожары, засухи, наводнения) за последние 1500 лет (для России) и последнее столетие (1900-2019, для Канады);РП 2) применение многопараметрического подхода С-О-D (d13C-d18O-dD) для выявления экофизиологического и климатического откликов хвойных, а также расчета и оценки эффективности использования воды (iWUE) разными видами хвойных (Larix cajandri Mayr., Larix gmelinii Rupr., Picea glauca (Moench) Voss.) и их стратегий использования воды;РП 3) экофизиологическое [Roden et al., 2000; Churakova et al., 2016] и процессное (LPX-Bern) [Spahni et al., 2013; Keel et al., 2016; Churakova et al., 2016a; Keel et al., 2016; Keller, Churakova (Sidorova), 2017; Churakova (Sidorova) et al., 2020] моделирование с целью оценки и прогнозирования адаптации хвойных видов из субарктических районов к меняющимся условиям окружающей среды и воздействия климата, в результате увеличения СО2 и изменения термического и гидрологического режимов в течение последнего столетия.