Межгодовая и сезонная изменчивость углеродного обмена широколиственного леса Северного Кавказа по результатам биогеохимического моделирования

Abstract

Актуальность работы.Леса Северного Кавказа обладают значительным потенциалом поглощения диоксида углерода (CO2), однако их углеродный баланс и устойчивость к климатическим аномалиям, особенно в горных районах с высокой ландшафтной неоднородностью, изучены недостаточно. Целью исследования является оценка пространственно-временной изменчивости потоков CO2 и определение влияния температурного режима и условий увлажнения на углеродный баланс широколиственного леса предгорной зоны Северного Кавказа. Методы исследования. Расчеты выполнены с использованием биогеохимической модели Forest-DNDC для эталонного участка «Рошни-Чу» карбонового полигона Чеченской Республики за 2005–2025 гг. В качестве входных параметров использованы данные региональных ландшафтных исследований и реанализа ERA5. Результаты.Выявлена высокая межгодовая и сезонная изменчивость потоков CO2 и чувствительность углеродного баланса к температурному и гидрологическому режимам. В благоприятные по увлажнению годы экосистема поглощала до 2000–2500 кг С/га в год, тогда как в жаркие и засушливые периоды становилась источником CO2 с эмиссией до 800–900 кг С/га. Межгодовая изменчивость нетто экосистемного обмена (NEE) преимущественно определялась изменениями валовой первичной продукции (GPP) и гетеротрофного дыхания почвы (Rh), тогда как автотрофное дыхание (Ra) характеризовалось большей инерционностью. В условиях летней засушливости снижение GPP опережало уменьшение экосистемного дыхания (RE), что приводило к ослаблению поглощения CO2. Полученные результаты указывают на уязвимость углеродного баланса широколиственных лесов Северного Кавказа к дальнейшему потеплению и увеличению повторяемости климатических аномалий Relevance. The forests of the North Caucasus have significant potential for carbon dioxide (CO2) absorption. However, their carbon balance and resilience to climatic anomalies, especially in mountainous areas with high landscape heterogeneity, have not yet been thoroughly investigated. This study aims to evaluate the spatiotemporal variability of CO2 fluxes and determine how temperature and moisture conditions influence the carbon balance of a broadleaf forest in the North Caucasus foothills. Methods.Calculations were performed using the Forest-DNDC biogeochemical model for the “Roshni-Chu” reference plot in the Chechen Republicʼs carbon supersite from 2005 to 2025. Data from regional landscape studies and the ERA5 reanalysis were used as input parameters. Results.The study revealed high interannual and seasonal variability in CO2fluxes, as well as the sensitivity of the carbon balance to temperature and hydrological conditions. In years with favorable moisture conditions, the ecosystem absorbed 2000–2500 kg C/ha/year. During hot and dry periods, however, it released CO2 into the atmosphere at rates of up to 800–900 kg C/ha/year. Interannual variability in net ecosystem exchange (NEE) was primarily determined by changes in gross primary production (GPP) and soil heterotrophic respiration (Rh). Autotrophic respiration (Ra), however, was characterized by greater inertia. Under summer drought conditions, the decline in GPP preceded the decrease in ecosystem respiration (RE), leading to a reduction in CO2 uptake. These results suggest that the carbon balance of broadleaf forests in the North Caucasus is highly sensitive to further warming and an increase in the frequency of climate anomalies