Потоки парниковых газов и депонирование углерода в олиготрофных торфяных почвах Южной Тайги Западной Сибири

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучены запасы углерода (C) и темпы эмиссии парниковых газов (CO₂ и CH₄) в торфяных почвах южной тайги Западной Сибири. Исследуемые торфяные почвы относятся к олиготрофным типичным (Histosols), но развиваются в двух контрастных болотных экосистемах (залесенное и открытое болота), поэтому существенно различаются по современному растительному покрову, структуре почвенного профиля, гидрологическим и температурным условиям. Показано, что запасы углерода в исследуемых торфяных почвах в слое 0–50 см составляют 9.3 и 6.8 кг/м² на залесенном и открытом болотах соответственно. Измерения эмиссии CO₂ и CH₄ проводили камерным методом в течение вегетационных периодов с 1999 по 2014 гг. Результаты исследования показали, что почвы характеризуются близкими значениями потоков CO₂, 116.1 и 123.4 мг CO₂/(м² ч), для почв залесенного и открытого болот соответственно, в то же время значительно различаются по величине потоков CH4, 0.57 и 2.66 мг CH₄/(м² ч) соответственно. Результаты исследований указывают на важную роль видового состава растительности и гидрологического режима торфяных почв, сформированных в разных болотных экосистемах региона в процессах депонирования углерода и потоков парниковых газов.

Об авторах

Е. А. Головацкая

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: golovatskayaea@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4354-7156
Россия, Академический пр-т, 10/3, Томск, 634055

Е. Э. Веретенникова

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Сибирский государственный медицинский университет

Email: golovatskayaea@gmail.com
Россия, Академический пр-т, 10/3, Томск, 634055; Московский тракт, 2, Томск, 634050

Е. А. Дюкарев

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Югорский государственный университет

Email: golovatskayaea@gmail.com
Россия, Академический пр-т, 10/3, Томск, 634055; ул. Чехова, 16, Ханты-Мансийск, 628012

Список литературы

  1. Базин Е.Т., Копенкин В.Д., Косов В.И., Корчунов С./С., Петрович В.М. Технический анализ торфа. М.: Недра, 1992. 431 с.
  2. Вомперский С.Э. Роль болот в круговороте углерода // Чтения памяти академика В.Н. Сукачева. XI. Биогеоценотические особенности болот и их рациональное использование. М.: Наука, 1994. 37 c.
  3. Глаголев М.В., Шнырев Н.А. Летне-осенняя эмиссия CH₄ естественными болотами Томской области и возможности ее пространственно-временной экстраполяции // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2008. № 2. С. 24–36.
  4. Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А. Интенсивность продуцирования CO₂ сфагновыми торфами в нативных условиях // Материалы Второго междунар. полевого симп. “Торфяники Западной Сибири и цикл углерода: прошлое и настоящее”. Ханты-Мансийск: Изд-во НТЛ, 2007. C. 130–131.
  5. Головацкая Е.А. Интенсивность продуцирования углекислого газа торфами олиготрофного болота // Материалы докл. “Одиннадцатое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу”. Томск, 2015. С. 105–106.
  6. Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А., Веретенникова Е.Э., Никонова Л.Г., Смирнов С.В. Оценка динамики баланса углерода в болотах южнотаежной подзоны Западной Сибири (Томская область) // Почвы и окружающая среда. 2022. № 5(4). С. 1–18. https://doi.org/10.31251/pos.v5i4.194
  7. Ефремов С.П., Ефремова Т.Т., Мелентьева Н.В. Запасы углерода в экосистемах болот // Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск, 1994. С. 128–139.
  8. Кураков С.А., Крутиков В.А., Ушаков В.Г. Автономный измеритель профиля температуры АИПТ // Приборы и техника эксперимента. 2008. № 5. С. 166–167.
  9. Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А., Инишева Л.И., Курнишкова Т.В., Слука З.А. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула: Гриф и К, 2001. 584 с.
  10. Наумов А.В., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Паршина Е.К. Углеродный баланс в болотных экосистемах Западной Сибири // Сиб. экол. журн. 2007. № 5. С. 771–779.
  11. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Мачида Т., Максютов Ш.Ш. Эмиссия метана из болотных комплексов тайги Западной Сибири // Почвоведение. 2014. № 1. С. 58–70. https://doi.org/10.7868/S0032180X14010092
  12. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Воробьевой Л.А. М.: ГЕОС, 2006 г. 400 с.
  13. Титлянова А.А., Булавко Г.И., Кудряшова С.Я., Наумов А.В., Смирнов В.В., Танасиенко А.А. Запасы и потери органического углерода в почвах Сибири // Почвоведение. 1998. № 1. С. 51–59.
  14. Baiser B., Lockwood J.L. The relationship between functional and taxonomic homogenization // Global Ecology and Biogeography. 2011. V. 20(1). P. 134–144. https://doi.org/10.1111/j.1466–8238.2010.00583.x
  15. Blodau C., Siems M. Drainage-induced forest growth alters belowground carbon biogeochemistry in the Mer Bleue bog Canada // Biogeochemistry. 2012. V. 107. P. 107–123. https://doi.org/10.1007/s10533-010-9535-1
  16. Bridgham S.D., Cadillo-Quiroz H., Keller J.K., Zhuang Q. Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales // Glob. Chang. Biol. 2013. V. 19. P. 1325–1346. https://doi.org/10.1111/gcb.12131
  17. Bubier J.L., Crill P.M., Mosedale A., Frolking S., Linder E. Peatland responses to varying interannual moisture conditions as measured by automatic CO₂chambers // Global Biogeochem. Cycles. 2003. V. 17. № 2. P. 1066. https://doi.org/10.1029/2002GB001946
  18. de Graaff M.-A., Jastrow J.D., Gillette S., Johns A, Wullschleger S.D. Differential priming of soil carbon driven by soil depth and root impacts on carbon availability // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 69. P. 147–156. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.10.047
  19. Dyukarev E.A., Alekseeva M.N., Golovatskaya E.A. A study of the vegetation cover of bog ecosystems by satellite data // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2017. V. 53. P. 1029–1041. https://doi.org/10.1134/S0001433817090092
  20. Freeman C., Ostle N.J., Fenner N., Kang H. A regulatory role for phenol oxidase during decomposition in peatlands // Soil Biol. Biochem. 2004. V. 36. P. 1663–1667. https://doi. org/10.1016/j.soilbio.2004.07.012
  21. Golovatskaya E.A., Dyukarev E.A. Carbon budget of oligotrophic bog in southern taiga in Western Siberia // Plant and Soil. 2009. V. 315. P. 19–34.
  22. Gorham E. Canada’s peatlands: their importance for the global carbon cycle and possible effects of “greenhouse” climatic warming // Trans. Royal Soc. Canada. Ser. V. 1988. V. 3. P. 21–23. https://doi.org/10.2307/1941811
  23. Hirano T. Seasonal and diurnal variations in topsoil and subsoil respiration under snowpack in a temperate deciduous forest // Global Biogeochem. Cycles. 2005. V. 19. P. GB2011. https://doi.org/10.1029/2004GB002259
  24. IPCC, 2021: Index. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_FrontMatter.pdf (дата обращения 03.12.2022).
  25. Lafleur P.M., Moore T.R., Roulet N.T., Frolking S. Ecosystem respiration in a cool temperate bog depends on peat temperature but not water table // Ecosystems. 2005. V. 8. P. 619–629. https://doi.org/10.1007/s10021–003–0131–2
  26. Lai D.Y.F., Moore T.R., Roulet N.T. Spatial and temporal variations of methane flux measured by autochambers in a temperate ombrotrophic peatland // J. Geophys. Res. 2014. V. 119 P. 864–880. https://doi.org/10.1002/2013JG002410
  27. Mitsch W.J., Bernal B., Nahlik A., Mander Ü., Zhang L., Anderson C., Jørgensen S. et al. Wetlands, carbon, and climate change // Landsc. Ecol. 2013. V. 28. P. 583–597. https:// doi.org/10.1007/s10980-012-9758-8
  28. Moore T.R., Dalva M. The influence of temperature and water table position on carbon dioxide and methane emissions from laboratory columns of peatland soils // J. Soil Sci. 1993. V. 44. P. 651–664. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1993.tb02330.x
  29. Neubauer S. On the challenges of modeling the net radiative forcing of wetlands: reconsidering Mitsch et al. 2013 // Landsc. Ecol. 2014. V. 29. P. 571–577. https://doi.org/10.1007/s10980-014-9986-1
  30. Neubauer S., Megonigal J.P. Moving beyond global warming potentials to quantify the climatic role of ecosystems // Ecosystems. 2015. V. 18. P. 1000–1013. https://doi.org/10.1007/s10021-015-9879-4
  31. Poveda, G., Álvarez, D.M., Rueda, Ó.A. Hydro-climatic variability over the Andes of Colombia associated with ENSO: a review of climatic processes and their impact on one of the Earth’s most important biodiversity hotspots // Clim. Dyn. 2011. V. 36. P. 2233–2249. https://doi.org/10.1007/s00382-010-0931-y
  32. Rinne J., Tuittila E.S., Peltola O., Li X., Raivonen M., Alekseychik P., Haapanala S., Pihlatie M. et al. Temporal variation of ecosystem scale methane emission from a boreal fen in relation to temperature, water table position, and carbon dioxide fluxes // Global Biogeochem. Cycles. 2018. V. 32. P. 1087–1106. https://doi.org/10.1029/2017GB005747
  33. Ruiz, D., Moreno, H.A., Gutiérrez, M.E., Zapata, P.A. Changing climate and endangered high mountain ecosystems in Colombia // Sci. Total Environ. 2008. V. 398(1–3). P. 122–132. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.02.038
  34. Saarnio S., Alm J., Martikainen P.J., Silvola J. Effects of raised carbon dioxide on potential methane production and oxidation in, and methane emission from a boreal mire // J. Ecology. 1998. V. 86. P. 261–268.
  35. Shannon C.E., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication. Urbana: The University of Illinois Press, 1949. P. 1–117.
  36. Strack M., Waddington J.M. Response of peatland carbon dioxide and methane fluxes to a water table drawdown experiment // Glob. Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. № 1. https://doi.org/10.1029/2006GB002715
  37. Succow M. Landschafts ökologische Moorkunde. Stuttgart: Schweizerbart Science Publishers, 2001. 622 p.
  38. Updegraff K., Bridgham S.D., Pastor J., Weishampel P. Hysteresis in the temperature response of carbon dioxide and methane production in peat soils // Biogeochemistry. 1998. V. 43. P. 253–272. https://doi.org/10.1023/A:1006097808262
  39. Wang Y., Wang H., He J.-S., Feng X. Iron-mediated soil carbon response to watertable decline in an alpine wetland // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 15972.
  40. Wickland K.P., Striegl R.G., Mast M.A., Clow D.W. Carbon gas exchange at a southern Rocky Mountain wetland, 1996–1998 // Global Biogeochem. Cycles. 2001. V. 15(2). P. 321–335.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта-схема района исследований.

Скачать (201KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Относительное обилие видов растений на двух фитоценозах: a – по ярусам растительного покрова; b – видовое обилие, без учета сфагновых мхов.

Скачать (295KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Средняя месячная эмиссия CO₂ за десятилетний период: 1 – среднее, 2 – медиана, 3 – 25–75%, 4 – минимум (a); связь между эмиссией CO₂ и температурой воздуха на исследуемых торфяных почвах: 1 – залесенное болото, 2 – открытое болото (b).

Скачать (121KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Корреляционные зависимости между средней суточной эмиссией CH₄ и температурой почвы (a) – торфяная почва открытого болота на глубине 10 см и (b) – торфяная почва залесенного болота на глубине 40 см.

Скачать (94KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024