Около 4 тысяч взвешенных фракций фитомассы, более 5,3 тысяч измерений по торфяным образцам, около 350 анализов воды, более 500 измерений потоков климатически активных газов – диоксида углерода и метана. Столькими данными по итогам полевого сезона пополнят учёные ЮГУ национальную базу данных «Углерод Э», которая разрабатывается в Институте космических исследований РАН. Добавим, что ЮГУ является участником консорциума «РИТМ углерода», который создает «Российскую систему климатического мониторинга» в части учёта и мониторинга климатически активных веществ в наземных экосистемах. Результатами исследований смогут воспользоваться не только учёные и исследователи, но педагоги, школьники и все интересующиеся экологической тематикой.
Работа в «поле»
Чтобы собрать необходимый полевой материал, экологи преодолевают десятки километров. При этом вес полевого рюкзака исследователей может доходить до 50 килограммов.
«Рюкзак для удобства закрепляется на пояснице, то есть ты несёшь его не на плечах - нагрузка распределяется на спину. Важно, чтобы обувь была удобная, но при этом непромокаемая. Это должны быть либо вспененные болотные сапоги, потому что они самые лёгкие, либо трекинговые ботинки, чтобы на десятки километров можно было переносить такой огромный груз», - отмечает Юлия Куприянова, научный сотрудник лаборатории экосистемно-атмосферных связей лесоболотных комплексов ЮГУ.
Не менее важна экипировка. Ведь чтобы выполнить работу качественно, учёный должен комфортно себя чувствовать в поле. Самой удобной одеждой без преувеличения является энцефалитный костюм, а также дождевик, который защитит не только от дождя, но и от ветра.
Инструментарий, который берётся в поле, соответствует дизайну полевого исследования. Для этого заранее прописывается полевой протокол, который учитывает всё - вплоть до количества карандашей и ластиков. Не обойтись в поле без сотен (и это на каждый день!) упаковочных пакетов с заранее нанесёнными этикетами, маркировочных лент и колышков.
«Если отталкиваться от наших задач по измерению параметров круговорота углерода в экосистемах, то обычно мы в поле берем торфяной или почвенный бур для отбора почвенных образцов, лопату для выкапывания почвенных разрезов, от 3 до 6 металлических оснований и приборы для измерения парниковых газов, температуры, влажности, ФАР и другие приборы в зависимости от задачи: ножницы, секаторы и хлебные ножи для отбора фитомассы, блокноты с прописанным протоколом, много карандашей, ручек, маркеров, сумки и рюкзаки для переноса образцов. Обязателен GPS-трекер и фотоаппарат для фиксации координат и облика места проведения исследований. В последние года очень приветствуется наличие БПЛА для съемки объекта с воздуха», - добавила Юлия Куприянова.
Отбор материала
Полевой сезон 2023 года начался в середине мае и закончился в конце октября. Учёные провели исследования в рамках проекта «Российская система климатического мониторинга» (ВИП ГЗ) на двух основных площадках – полигонах «Мухрино» и «Кондинские озёра». «Мухрино» - единственный в России болотный полигон интенсивного уровня I типа (где осуществлялся комплексный отбор проб для оценки запасов углерода). Добавим, что полигон «Мухрино» выступил в этом проекте в качестве пилотного – на нём отрабатывалась методика работы, которая начиная со следующего года будет использоваться на остальных болотных полигонах России. Здесь провели комплексные исследования по оценке запасов углерода в вертикальной торфяной толще. Так, всего было отобрано 1340 образцов из 100 торфяных кернов и 8 опорных колонок.
Помогали опытным учёным студенты. Они внесли посильный вклад в отбор образцов и тем самым прошли студенческую практику. Благодаря общим усилиям и командной работе учёные смогли осуществить масштабное комплексное исследование, очень важное для региона. Отметим, что это уникальные оценки, которые в дальнейшем позволят учёным оценить, насколько болото является стоком углерода. Все полученные данные пополнят национальную базу данных «Углерод Э», разрабатываемую в Институте космических исследований РАН.
«Мы отбирали образцы растительной и древесной фитомассы, а также образцы торфа. Помимо этого, брали образцы болотной воды для определения содержания в ней растворённых органических соединений. Затем всё это передавалось в лабораторию для анализа», - комментирует Юлия Викторовна.
Работа в лаборатории
Лаборатории ЮГУ располагают всем необходимым оборудованием для проведения высокоточных исследований. Здесь есть элементный анализатор, анализатор для измерения влажности, спектрометры, лиофильные сушки, печи, весы для взвешивания образцов и другое.
«Мы работаем с жидкостями, поэтому используем разные ёмкости. Например, диспенсеры используются для того, чтобы быстро наливать точные объёмы специальных растворов для экстрагирования (выделения) микробов из торфа. Есть приборы для измерения дыхания микробов – это система банок с манометрическими датчиками, которые измеряют количество произведённого микробами углекислого газа по изменению давления в банке. Соответственно, мы получаем значение – дельту изменения. Потом мы пересчитываем этот показатель в «дыхание» - получаем активность микробной массы в почвенном образце», - комментирует научный сотрудник лаборатории.
Например, каждый торфяной образец был проанализирован по показателям влажности, зольности, объемной плотности и элементному составу.
Современный эколог
Современный эколог – это универсальный солдат, считает Александр Сабреков, научный сотрудник лаборатории экосистемно-атмосферных связей лесоболотных комплексов ЮГУ. Во-первых, современный специалист должен разбираться в геоботанике - хорошо уметь узнавать доминирующие растения, узнавать и описывать растительные сообщества. Эколог должен быть и знатоком почв – нужно уметь описывать почвы в поле, разбираться в разных типах почв, иметь общие представления о том, какие процессы в них происходят и как их можно исследовать.
«Третий компонент – химический. Современному экологу необходимо разбираться в том, как устроен круговорот элементов в экосистемах и иметь общие представления об основных процессах – о фотосинтезе, разложении органического вещества, дыхании экосистем, смежных вопросах», - подчёркивает Александр Сабреков.
Ещё один аспект связан со статистикой. «Современный эколог – это прежде всего практик. Он имеет дело с измерениями – лабораторными или полевыми. Эколог результаты этих измерений должен уметь однозначно статистически грамотно обрабатывать и интерпретировать», - отмечает Александр Фаритович. Современная статистика требует от экологов и владение языками программирования.
«Холерики» и «меланхолики» среди экосистем
Экосистемы, которые исследуют учёные ЮГУ, репрезентативные - характерные для нашего региона и страны в целом: болота и леса. Эти два типа экосистем – основные аккумуляторы углерода из атмосферы на планете Земля. В Югре это, в основном, верховые болота и смешанные темнохвойные леса.
«И леса, и болота – это основные и в масштабе всей планеты, и в масштабе нашего региона игроки на углеродном рынке. Если углерод не будет в них, он попадёт в атмосферу в виде СО2 или метана и будет нагревать атмосферу, создавать тот самый парниковый эффект, всячески портя нашу жизнь», - замечает учёный.
Болота и леса отличаются по скорости накопления углерода и реакции на природные и производимые человеком нарушения. Их можно сопоставить с разными типами характера – меланхоликами и холериками, – которыми обычно описывают людей. «Болота – это спокойные, меланхоличные аккумуляторы углерода, которые постепенно, в течение тысяч лет, накапливают углерод в себе примерно с одинаковой скоростью каждый год, пусть и с не очень высокой. Леса по сравнению с ними, наоборот, холерики, они очень эмоциональные, быстро накапливают углерод по сравнению с болотами, также быстро его и теряют вследствие пожаров, вырубок, ветровалов, но потом снова сравнительно быстро восстанавливаются. Леса очень эмоционально реагируют на изменения окружающей среды», - прокомментировал Александр Сабреков.
Важные функции экосистем
Ещё одна важная функция лесных и болотных экосистем – климато- и погодорегулирующая. Помимо эмиссии парниковых газов или, наоборот, их поглощения, леса и болота напрямую влияют на круговорот воды.
«Хорошо известно, что после вырубки лесов на определённых территориях изменяется распределение осадков. Они начинают выпадать более концентрированно, становится больше ливневых осадков и засух. Все эти изменения в экосистемах принципиально влияют и на другие циклы, не только на цикл углерода, но и на цикл воды», - замечает Александр Сабреков.
Ещё одной важной составляющей экосистем учёные называют функцию биоразнообразия. И болота, и леса представляют собой уникальные резервуары для живущих в них видов.
«Те виды, которые живут в этих экосистемах (растения, животные, микроорганизмы, грибы, которые тоже у нас в ЮГУ изучают), позволяют экосистемам осуществлять их функции. Выпадение каждого следующего вида (разумеется, выпадает в первую очередь более редкие) сужает набор функций экосистем, их обеспеченность и надёжность осуществления. В какой-то момент потеря экосистемами видов, потеря биоразнообразия может стать критической, и экосистемы перестанут выполнять свои поддерживающие и регулирующие функции. Это нужно контролировать и этого нельзя допускать», - подчёркивает исследователь.
Уникальные экосистемы Югры
Югра - территория с уникально высокой заболоченностью. В мире практически нет регионов, где настолько распространены болота. Заболоченность округа составляет около 50%, то есть половина региона покрыта болотами, в первую очередь, верховыми. Сравниться с Югрой по заболоченности могут одна-две провинция в Канаде, тропические регионы Бразилии и ЯНАО, но по сравнению с северными соседями в Югре болота гораздо глубже, гораздо мощнее слой торфа.
«Что касается лесов, у нас есть уникальные экосистемы – сосняки-беломошники. Они распространены в России довольно локально, а в Югре их много. Эти сообщества ещё и очень хрупкие, они очень легко горят и разрушаются от проезда техники. Поскольку они растут на песчаных почвах, после повреждения растительного покрова из-за пожара или прохода тяжёлой техники начинается ветровая эрозия, формируются дюны и барханы. Растительности тяжело снова закрепляться на песке, поэтому сосняки-беломошники очень медленно восстанавливаются. И такой персональной задачей для нашего региона является сохранение именно сосняков-беломошников, иначе на их месте появятся пустыни», - резюмировал Александр Сабреков.
