Оценка запасов органического углерода в городских почвах Ростовской агломерации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования и расчета удельных запасов органического углерода в селитебной, рекреационной и промышленной зонах городов ядра Ростовской агломерации. Результаты базируются на анализе почвенных проб, отобранных более чем в ста почвенных разрезах и скважинах, а также более 500 проб из поверхностного десятисантиметрового слоя. Содержание углерода определяли методом сухого высокотемпературного каталитического сжигания. Установлено среднее содержание органического углерода для верхних (слой 0–10 см) почвенных горизонтов (3.89 ± 1.11%). Зафиксировано его изменение в завсимости от принадлежности к определенной функциональной зоне. Наибольшее значение отмечено в почвах парково-рекреационной зоны (городские парки, скверы и лесопарки) – 4.24 ± 0.85, наименьшее в селитебной зоне и залежных участках агломерации (2.35 ± 0.92 и 2.80 ± 0.64 соответственно). Проведен анализ удельных запасов углерода (на единицу площади), выделены наиболее и наименее обеспеченные органическим углеродом почвенные комбинации различных функциональных зон. Наибольшими удельными запасами обладают парково-рекреационная и промышленная зоны города (52.18 ± 10.42 и 63.35 ± 17.81 т/га соответственно), а наименьшими – селитебная зона и залежные участки (38.75 ± 15.25, 31.68 ± 7.28 т/га). В городах степной зоны европейской части России почвенный покров городских лесов играет особую роль с точки зрения сохранения пула органического углерода. Содержание органического углерода в слое 10–100 см в пределах ядра Ростовской агломерации в среднем составляет 1.30 ± 0.73%. В нем не было выявлено статистически значимых различий в содержании и запасах органического углерода при сравнении почв различных типов землепользования. Сопоставление запасов углерода в метровом слое почв города с литературными данными исследований черноземов степной зоны показывает схожие величины. Результаты исследования в перспективе позволят оценить роль городских почв в региональном углеродном балансе и необходимость их учета при планировании мер по снижению выбросов парниковых газов.

Об авторах

П. Н. Скрипников

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7726-2178
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

С. Н. Горбов

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

О. С. Безуглова

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

А. А. Меженков

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

С. С. Тагивердиев

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

Н. В. Сальник

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

М. О. Кравченко

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

Г. Н. Носов

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

И. В. Терехов

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

А. Ю. Матецкая

Южный федеральный университет

Email: 2s-t@mail.ru
Россия, пр. Стачки, 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

Список литературы

  1. Безуглова О.С., Тагивердиев С.С., Горбов С.Н. Физические характеристики городских почв Ростовской агломерации // Почвоведение. 2018. № 9. С. 1153–1159.
  2. Васенев В.И., Ананьева Н.Д., Макаров О.А. Особенности экологического функционирования конструктоземов на территории Москвы и Московской области // Почвоведение. 2012. № 2. С. 224–235.
  3. Васенев В.И., Прокофьева Т.В., Макаров О.А. Разработка подхода к оценке запасов почвенного органического углерода мегаполиса и малого населенного пункта // Почвоведение. 2013. № 6. С. 725–725.
  4. Вахненко Д.В. Антропогенная трансформация флоры Северо-Восточного Приазовья в пределах Ростовской городской агломерации. Дис. … канд. биол. наук. Ростов на Дону, 2000. 326 с.
  5. Горбов С.Н. Генезис, классификация и экологическая роль городских почв Европейской части Юга России (на примере Ростовской агломерации). Дис. … докт. биол. наук. М., 2018. 488 с.
  6. Горбов С.Н. Почвы урболандшафтов г. Ростов-на-Дону, их экологическое состояние и оценка загрязнения. Дис. … канд. биол. наук. Ростов-на-Дону, 2002. 217 с.
  7. Горбов С.Н., Безуглова О.С. Специфика органического вещества почв Ростова-на-Дону // Почвоведение. 2014. № 8. С. 953–953.
  8. Горбов С.Н., Безуглова О.С. Элементный состав гуминовых кислот почв урбанизированных территорий (на примере Ростова-на-Дону) // Почвоведение. 2013. № 11. С. 1316–1324. https://doi.org/10.7868/S0032180X13090025
  9. Неаман А., Яньез К. Дождевые черви как биоиндикаторы экологического состояния почв, загрязненных предприятиями меднодобывающей промышленности в Чили // Почвоведение. 2023. № 1. С. 81–88. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600627
  10. Прокофьева Т.В., Розанова М.С., Попутников В.О. Некоторые особенности органического вещества почв на территориях парков и прилегающих жилых кварталов Москвы // Почвоведение. 2013. № 3. С. 302–314.
  11. Скрипников П.Н. Особенности накопления и профильного распределения углерода в почвах Ростовской агломерации. Дис. … канд. биол. наук. Ростов-на-Дону, 2023. 196 с.
  12. Скрипников П.Н., Горбов С.Н., Матецкая А.Ю., Тагивердиев С.С., Сальник Н.В. Особенности накопления и профильного распределения различных форм углерода в почвах парково-рекреационной зоны Ростовской агломерации // Наука Юга России. 2023. Т. 19. № 4. С. 52–66.
  13. Сычев В.Г., Налиухин А.Н., Шевцова Л.К., Рухович О.В. Беличенко М.В. Влияние систем удобрения на содержание почвенного органического углерода и урожайность сельскохозяйственных культур: результаты длительных полевых опытов Географической сети России // Почвоведение. 2020. № 12. С. 1521–1536.
  14. Тагивердиев С.С. Влияние урбопедогенеза на морфологические и физические свойства почв Ростовской агломерации. Дис. … канд. биол. наук. Ростов на Дону, 2020. 206 с.
  15. Тагивердиев С.С., Безуглова О.С., Горбов С.Н. Структурное состояние антропогенно-преобразованных почв разных зон землепользования Ростовской агломерации // Фундаментальные исследования. 2015. № 8-1. С. 47–53.
  16. Тагивердиев С.С., Скрипников П.Н., Безуглова О.С., Горбов С.Н., Козырев Д.А. Содержание и распределение органического и неорганического углерода в городских почвах Ростовской агломерации // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2020. № 4. С. 118–129.
  17. Тюрин И.В. Географические закономерности гумусообразования. М.: Изд-во АН СССР, 1949. С. 85–101.
  18. Холодов В А., Ярославцева Н.В., Яшин М.А., Фарходов Ю.Р., Ильин Б.С., Лазарев В.И. Содержание органического углерода и азота в размерных фракциях агрегатов типичных черноземов // Почвоведение. 2021. № 3. С. 320–326.
  19. Чендев, Ю.Г., Геннадиев, А.Н., Смирнова, М.А., Лебедева, М.П., Плотникова, О.О., Заздравных, Е.А., Шаповалов, А.С. Ранние стадии эволюции черноземов под лесной растительностью (Белгородская область) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 387–404.
  20. Численность постоянного населения Российской Федерации по муниципальным образованиям на 1 января 2024 года. Федеральная служба государственной статистики (27 апреля 2024). https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282. Дата обращения 10.09.2024.
  21. Щепащенко Д.Г. Мухортова Л.В., Швиденко А.З., Ведрова, Э.Ф. Запасы органического углерода в почвах России // Почвоведение. 2013. № 2. С. 123–132.
  22. Экологический атлас Москвы. Рук. проекта Ильина И.Н. М.: АБФ/ABF, 2000. 96 с.
  23. Яцута К.З. Природа Ростовской области. Ростов-на-Дону: Ростовское областное книгоиздательство, 1940. 310 с.
  24. Arnfield A.J. Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island // Int. J. Climatol.: J. Royal Meteorolog. Soc. 2003. V. 23. № 1. P. 1–26. https://doi.org/10.1002/joc.859
  25. Beyer L., Kahle P., Kretschmer H., Wu Q. Soil organic matter composition of man‐impacted urban sites in North Germany // J. Plant Nutrition Soil Sci. 2001. V. 164. № 4. P. 359–364. https://doi.org/10.1002/1522-2624(200108)164:4<359::AID-JPLN359>3.0.CO;2-M
  26. Cambou A., Saby N.P., Hunault G., Nold F., Cannavo P., Schwartz C., Vidal-Beaudet L. Impact of city historical management on soil organic carbon stocks in Paris (France) // J. Soils Sediments. 2021. V. 21. P. 1038–1052. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02869-9
  27. Canedoli C., Ferrè C., El Khair D.A., Padoa-Schioppa E., Comolli R. Soil organic carbon stock in different urban land uses: high stock evidence in urban parks // Urban Ecosystems. 2020. V. 23. P. 159–171. https://doi.org/10.1007/s11252-019-00901-6
  28. Chai L., Huang M., Fan H., Wang J., Jiang D., Zhang M., Huang Y. Urbanization altered regional soil organic matter quantity and quality: Insight from excitation emission matrix (EEM) and parallel factor analysis (PARAFAC) // Chemosphere. 2019. V. 220. P. 249–258. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.12.132
  29. Chien S. C., Krumins J. A. Natural versus urban global soil organic carbon stocks: A meta-analysis // Science of The Total Environment. 2022. V. 807. P. 150999. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150999
  30. Churkina G. The role of urbanization in the global carbon cycle // Frontiers in Ecology and Evolution. 2016. V. 3. P. 144. https://doi.org/10.3389/fevo.2015.00144
  31. Delgado-Baquerizo M. et al. Biogenic factors explain soil carbon in paired urban and natural ecosystems worldwide // Nature Climate Change. 2023. V. 13. P. 450–455. https://doi.org/10.1038/s41558-023-01646-z
  32. Dvornikov Y.A., Vasenev V.I., Romzaykina O.N., Grigorieva V.E., Litvinov Y.A., Gorbov S.N., Dolgikh A.V., Korneykova M.V., Gosse D.D. Projecting the urbanization effect on soil organic carbon stocks in polar and steppe areas of European Russia by remote sensing // Geoderma. 2021. V. 399. P. 115039. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115039
  33. Feller C., Bernoux M. Historical advances in the study of global terrestrial soil organic carbon sequestration // Waste Management. 2008. V. 28. № 4. P. 734–740. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2007.09.022
  34. Gorovtsov A., Minkina T.M., Morin T., Zamulina I.V., Mandzhieva S.S., Sushkova S.N., Rajput V. Ecological evaluation of polymetallic soil quality: the applicability of culture-dependent methods of bacterial communities studying // J. Soils and Sediments. 2019. V. 19. P. 3127–3138. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2019-y
  35. Griggs D.J., Noguer M. Climate change 2001: the scientific basis. Contribution of working group I to the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change // Weather. 2002. V. 57. № 8. P. 267–269.
  36. Grimm N.B., Faeth S.H., Golubiewski N.E., Redman C.L., Wu J., Bai X., Briggs J.M. Global change and the ecology of cities // Science. 2008. V. 319. № 5864. P. 756–760. https://doi.org/10.1126/science.1150195
  37. Guo H., Du E., Terrer C., Jackson R. B. Global distribution of surface soil organic carbon in urban greenspaces // Nature Communications. 2024 V. 15. № 1. 806. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44887-y
  38. Hutchinson J.J., Campbell C.A., Desjardins R.L. (2007). Some perspectives on carbon sequestration in agriculture // Agricultural and Forest Meteorology. 2007. V. 142. № 2-4. P. 288–302. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2006.03.030
  39. Jackson R. B., Lajtha K., Crow S. E., Hugelius G., Kramer M. G., Piñeiro G. The ecology of soil carbon: pools, vulnerabilities, and biotic and abiotic controls. // Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2017. V. 48. № 1. P. 419–445. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-112414-054234
  40. Janzen H.H. Carbon cycling in earth systems—a soil science perspective // Agriculture, Ecosystems Environ. 2004. V. 104. № 3. P. 399–417. https://doi.org/10.1016/j.agee.2004.01.040
  41. Jobbágy E. G., Jackson R. B. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation // Ecological applications. 2000. V. 10. № 2. P. 423–436. https://doi.org/10.1890/1051-0761(2000)010[0423:TVDOSO]2.0.CO;2
  42. Lorenz K., Preston C.M., Kandeler E. Soil organic matter in urban soils: Estimation of elemental carbon by thermal oxidation and characterization of organic matter by solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy // Geoderma. 2006. V. 130. № 3–4. P. 312–323. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.02.004
  43. Pulikova E., Ivanov F., Gorovtsov A., Dudnikova T., Zinchenko V., Minkina T., Mandzhieva S., Barahov A., Sherbakov A., Sushkova, S. Microbiological status of natural and anthropogenic soils of the Taganrog Bay coast at different levels of combined pollution with heavy metals and PAHs // Environ. Geochem. Health. 2023. V. 45. № 12. P. 9373–9390. https://doi.org/10.1007/s10653-022-01405-7
  44. Qian Y.L., Follett R.F. Assessing soil carbon sequestration in turfgrass systems using longterm soil testing data // Agronomy J. 2002. V. 94. P. 930–935. https://doi.org/10.2134/agronj2002.9300
  45. Roper W.R. Robarge W.P., Osmond D.L., Heitman J.L. Comparing four methods of measuring soil organic matter in North Carolina soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2019. V. 83. № 2. P. 466-474. https://doi.org/10.2136/sssaj2018.03.0105
  46. Rosenfeld D. Suppression of rain and snow by urban and industrial air pollution // Science. 2000. V. 287. № 5459. P. 1793–1796. https://doi.org/10.1126/science.287.5459.1793
  47. Schaldach R., Alcamo J. Simulating the effects of urbanization, afforestation and cropland abandonment on a regional carbon balance: a case study for Central Germany // Regional Environ. Change. 2007. V. 7. P. 131–148. https://doi.org/10.1007/s10113-007-0034-4
  48. Schneider A., Friedl M. A., Potere D. A new map of global urban extent from MODIS satellite data // Environ. Research Lett. 2009. V. 4. №. 4. P. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/4/4/044003/meta
  49. Schulp C.J.E., Verburg P.H. Effect of land use history and site factors on spatial variation of soil organic carbon across a physiographic region // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2009. V. 133. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/j.agee.2009.05.005
  50. Seto K.C., Fragkias M., Güneralp B., Reilly M.K. A meta-analysis of global urban land expansion // PloS One. 2011. V. 6. № 8. P. e23777. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023777
  51. Shepherd J.M., Pierce H., Negri A.J. Rainfall modification by major urban areas: Observations from spaceborne rain radar on the TRMM satellite // J. Appl. Meteorol. Climatology. 2002. V. 41. № 7. P. 689–701. https://doi.org/10.1175/1520-0450(2002)041<0689:RMBMUA>2.0.CO;2
  52. Skripnikov P.N., Gorbov S.N., Tagiverdiev S.S., Salnik N.V., Kozyrev D.A., Terekhov I.V., Nosov G.N., Melnikova I.P. Carbon accumulation features in different functional zones of cities in the steppe zone // Environ. Monitoring Assessment. 2024. V. 196. № 7. P. 601. https://doi.org/10.1007/s10661-024-12773-1
  53. Sleutel S., De Neve S., Singier B., Hofman G. Quantification of organic carbon in soils: A comparison of methodologies and assessment of the carbon content of organic matter // Commun. Soil Sci. Plant Analysis. 2007. V. 38. № 19–20. P. 2647–2657. https://doi.org/10.1080/00103620701662877
  54. Vasenev V., Kuzyakov Y. Urban soils as hot spots of anthropogenic carbon accumulation: Review of stocks, mechanisms and driving factors // Land Degradation Development. 2018. V. 29. № 6. P. 1607–1622. https://doi.org/10.1002/ldr.2944
  55. Vodyanitskii Y.N. Organic matter of urban soils: A review // Eurasian Soil Sci. 2015. V. 48. P. 802–811. https://doi.org/10.1134/S1064229315080116
  56. Weissert L.F., Salmond J.A., Schwendenmann L. Variability of soil organic carbon stocks and soil CO2 efflux across urban land use and soil cover types // Geoderma. 2016. V. 271. P. 80–90. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2016.02.014
  57. Wu Q., Blume H.P., Beyer L., Schleuß U. Method for characterization of inert organic carbon in Urbic Anthrosols // Commun. Soil Sci. Plant Analysis. 1999. V. 30. № 9-10. P. 1497–1506. https://doi.org/10.1080/00103629909370302
  58. Xu X., Sun Z., Hao Z., Bian Q., Wei K., Wan C. Effects of urban forest types and traits on soil organic carbon stock in Beijing // Forests. 2021. V. 12. № 4. P. 394. https://doi.org/10.3390/f12040394
  59. Zhang P., Wang Y., Sun H., Qi L., Liu H., Wang Z. Spatial variation and distribution of soil organic carbon in an urban ecosystem from high-density sampling. // Catena. 2021. V. 204, 105364. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105364
  60. Zhang Z., Gao X., Zhang S., Gao H., Huang J., Sun S., Xia X. Urban development enhances soil organic carbon storage through increasing urban vegetation // Journal of Environmental Management. 2022. V. 312/ 114922. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114922

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Картосхема расположения точек отбора почвенных образцов. Коричневыми пунсонами отмечены рекреационная (залежи), зелеными – рекреационная (лесопарки), голубым – селитебная, розовым – промышленная зоны.

Скачать (910KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Характеристика медианы и межквартильного размаха для содержания (a) и удельных запасов (b) органического углерода в слое 0–10 см в различных функциональных зонах: 1 – рекреационная (залежи), 2 – рекреационная (лесопарки), 3 – селитебная, 4 – промышленная, 5 – контрольный участок.

Скачать (270KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025