Carbon Dioxide and Methane Distribution in Peat Deposits of an Oligotrophic Forest Swamp in Western Siberia and Their Emission

L. I. Inisheva; Инишева Л. И.; M. A. Sergeeva; Сергеева М. А.; A. V. Golovchenko; Головченко А. В.; B. V. Babikov; Бабиков Б. В.

doi:10.31857/S0024114823010060

Распределение диоксида углерода и метана в торфяной залежи олиготрофного лесного болота и их эмиссия в Западной Сибири

Авторы: Инишева Л.И.¹, Сергеева М.А.¹, Головченко А.В.², Бабиков Б.В.³
Учреждения:
1. Томский государственный педагогический университет
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
3. Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет
Выпуск: № 1 (2023)
Страницы: 52-65
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0024-1148/article/view/137847
DOI: https://doi.org/10.31857/S0024114823010060
EDN: https://elibrary.ru/NHLQDM
ID: 137847

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Болотные и заболоченные территории лесопокрытых площадей и открытых болот принимают совместное участие в глобальном цикле углерода. Им принадлежит важная роль в депонировании парниковых газов. В этой статье проанализирована многолетняя динамика концентрации парниковых газов СО₂ и СН₄ в торфяной залежи и их эмиссия на естественном и мелиорируемом олиготрофном болоте в южнотаежной зоне Западной Сибири. Показано, что значительная роль в динамике концентрации СО₂ и СН₄ в торфяной залежи принадлежит погодным условиям каждого месяца теплого периода, ботаническому составу, активности биохимических процессов, структуре и физико-механическим свойствам торфяной залежи. Выявлена внутризалежная, пространственная и временна́я динамика показателей концентрации парниковых газов. Доказано, что существуют многокомпонентные зависимости концентрации СО₂ и СН₄ от параметров внешних и внутризалежных условий. Определены параметры концентрации в торфяной залежи олиготрофного болота на малом заболоченном водосборе реки Ключ: экстремальные концентрации СО₂ составили 0.002–3.64 ммоль/дм³, СН₄ – 0.003–2.03 ммоль/дм³; значения удельных потоков варьировали по СО₂ в пределах от /–22.2/ до 157.8 мг С/(м² ч), удельные потоки СН₄ были равны в экстремальных величинах /–3.0/ – 5.3 мг С/(м² ч), потоки за теплый период по СО₂ составили 20–110 г С/(м² год), по СН₄ – 0.8–3.7 С/(м² год). На объекте лесомелиорации выявлено незначительное увеличение активности удельных потоков СO₂ по сравнению с естественным болотом при близких концентрациях парниковых газов в торфяной залежи. Показано, что в условиях отсутствия эксплуатации осушительной системы наблюдается процесс повторного заболачивания. Из-за огромных площадей болот на Западно-Сибирской равнине и агрессивного характера процесса заболачивания предполагается проведение на территории ее таежной зоны умеренной и выборочной лесомелиорации.

Ключевые слова

Западная Сибирь, олиготрофное болото, торфяная залежь, лесомелиорация, мониторинг, парниковые газы, заболачивание

Список литературы

Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Рыжова И.М., Макаров М.И., Тимофеева М.В. Распределение компонентов углеродного цикла почв лесных экосистем северной, средней и южной тайги Западной Сибири // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1328–1340.
Будыко М.И. Изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 280 с.
Веретенникова Е.Э., Дюкарев Е.А. Эмиссия метана с поверхности верховых болот Западной Сибири // Тринадцатое Сибирское совещание и школа молодых ученых по климато-экологическому мониторингу. Томск: Аграф – Пресс, 2019. С. 162–163.
Вомперский С.Э., Цыганова О.П., Ковалев А.Г., Глухова Т.В., Валяева Н.А. Заболоченность территории России как фактор связывания атмосферного углерода // Глобальные изменения природной среды и климата. М.: Изд-во РАН, 1999. С. 124–145.
Головацкая Е.А. Биологическая продуктивность олиготрофных и эвтрофных болот южнотаежной подзоны Западной Сибири // Журн. Сибирского федерального университета. Биология. 2009. Т. 2. № 1. С. 38–53.
Головацкая Е.А. Биогеохимические циклы углерода в болотных экосистемах // Материалы 19-й Международной конференции “Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса”. М.: ИКИ РАН, 2021. С. 431.
Гольдин Д.И. Развитие лесоосушительных работ в Томской области // Теория и практика лесного болотоведения и гидролесомелиорации. Красноярск: Институт леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР. 1976. С. 113–119.
Дюкарев Е.А., Сабреков А.З., Глаголев М.В., Киселев М.В., Филиппов И.В., Лапшина Е.Д. Оценка эмиссии и поглощения парниковых газов болотными экосистемами Нефтюганского района Ханты-Мансийского автономного округа // Избранные труды Международной конференции и школы молодых ученых по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды. Томск, 2020. С. 177–180.
Ефремов С.П. Пионерные древостои осушенных болот. Новосибирск: СО РАН, 1987. 248 с.
Инишева Л.И. Закономерности функционирования болотных экосистем в условиях воздействия природных и антропогенных факторов. Томск: ТГПУ, 2020. 482 с.
Инструкция по проведению лесоустройства в лесном фонде России. Ч. 1. М.: Изд-во ВНИИЦлесресурс ФС ЛХ России, 1995. 174 с.
Карелин Д.В., Почикалов А.В., Замолодчиков Д.Г., Гитарский М.Л. Факторы пространственно-временной изменчивости потоков СО2 из почв южнотаежного ельника на Валдае // Лесоведение. 2014. № 4. С. 56–66.
Коженкова З.П., Рутковская Н.В. Климат Томской области и его формирование // Вопросы географии Сибири. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1974. Т. 6. С. 3–36.
Константинов В.К. Гидролесомелиоративная энциклопедия. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 275 с.
Кузнецова А.И., Лукина Н.В., Горнов А.В., Горнова М.В., Тихонова Е.В., Смирнов В.Э., Данилова М.А., Тебенькова Д.Н., Браславская Т.Ю., Кузнецов В.А., Ткаченко Ю.Н., Геникова Н.В. Запасы углерода в песчаных почвах сосновых лесов на западе России // Почвоведение. 2020. № 8. С. 959‑969.
Кузьмин Г.Ф. Болота и их использование // Сборник научных трудов НИИ торфяной промышленности. СПб, 1993. 140 с.
Махов Г.А., Бажин Н.М., Ефремова Т.Т. Эмиссия метана из болот междуречья рек Оби и Томи // Химия в интересах устойчивого развития. 1999. № 2. С. 619–622.
Методические указания по расчетам стока с неосушенных и осушенных болот // М-во природ. ресурсов и экологии РФ; Федер. Служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Санкт-Петербург: Петербургский модный базар, 2011. 150 с.
Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 6. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 384 с.
Наумов А.В. К вопросу об эмиссии углекислого газа и метана из болотных почв южного Васюганья // Сибирский экологический журн. 1994. № 3. С. 269–274.
Наумов А.В. Углекислый газ и метан в почвах и атмосфере болотных экосистем Западной Сибири // Сибирский экологический журн. 2002. № 3. С. 313–318.
Смагин А.В. Абиотическое поглощение газов органогенными почвами // Почвоведение. 2007. № 12. С. 1482–1488.
Технический анализ торфа. М.: Недра, 1992. 358 с.
Титлянова А.А. Продуктивность травяных экосистем // Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности. Новосибирск: Наука, 1988. С. 109–127.
Торфяные болота России: к анализу отраслевой информации / Под ред. А.А. Сирина и Т.Ю. Минаевой. М.: ГЕОС, 2001. 190 с.
Шарков И.Н. Абсорбционный метод определения эмиссии СО2 из почв // Методы исследований органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия: ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. С. 401–407.
Шнырев Н.А. Режимные наблюдения и оценка газообмена на границе почвы и атмосферы (на примере потоков метана стационара среднетаежной зоны Западной Сибири “Мухрино”): автореф. дис. … кандидата биологических наук: 06.01.03. М., 2016. 26 с.
Bohn T.J., Lettenmaier D.P., Sathulur K., Bowling L.C., Podest E., McDonald K.C., Friborg T. Methane emissions from western Siberian wetlands: heterogeneity and sensitivity to climate change // Environmental Research Letters. 2007. V. 2. № 4. https://doi.org/10.1088/1748-9326/2/4/045015
Cardinael R., Chevallier T., Cambou A., Beral C., Barthes B.G., Dupraz C., Durand C., Kouakoua E., Chenu C. Increased soil organic carbon stocks under agroforestry: A survey of six different sites in France // Agric. Ecosyst. Environ. 2017. V. 236. P. 243–255.
Cardinael R., Umulisa V., Toudert A., Olivier A., Bockel L., Bernoux M. Revisiting IPCC Tier 1 coefficients for soil organic and biomass carbon storage in agroforestry systems // Environ. Res. Lett. 2018. V. 13. № 12. P. 124020.
De Stefano A., Jacobson M.G. Soil carbon sequestration in agroforestry systems: a meta-analysis // Agroforestry Systems. 2018. V. 92. № 2. P. 285–299.
Eilrich B. Formation and transport of CH4 and CO2 in deep peatlands: Presentee a la Faculte des Sciences de l’Universite de Neuchatel (Suisse) pour l’obtantien du grade de Docteures es Sciences. 2002. P. 168.
Heyer J., Berger U., Kuzin I.L., Yakovlev O.N. Methane emissions from different ecosystem structures of the subarctic tundra in Western Siberia during midsummer and during the thawing period // Tellus B. 2002. V. 54. Issue 3. P. 231–249. https://doi.org/10.1034/j.1600-0889.2002.01280.x
Inisheva L.I., Golovatskaya E.A. Elements of carbon balance in oligotrophic bogs // Russian J. Ecology. 2002. V. 33. № 4. P. 242–248.
Joosten H., Sirin A., Couwenberg J., Laine J., Smith P. The role of peatlands in climate regulation // Peatland Restoration and Ecosystem Services: Science, Policy and Practice. Cambridge University Press. 2016. P. 66–79.
Kankaala P., Taipale S., Jones R.I., Nykanen H. Oxidation, efflux, and isotopic fractionation of methane during autumnal turnover in a polyhumic, boreal lake // J. Geophysical Research. 2007. V. 112. № 2.
Leroy F., Gogo S., Guimbaud C., Bernard-Jannin L., Hu Z., Laggoun-Defarge F. Vegetation composition controls temperature sensitivity of CO2 and CH4 emissions and DOC concentration in peatland // Soil Biology and Biochemistry. 2017. V. 107. P. 164–167.
Nadeshina E.D., Molkentin E.K., Kiselev A.A., Semioshina A.A., Shkolnic I.M. Investigation of parameterization effect on the methane flux estimation from the regional climate model of the main geophysical observatory for the territory of Russia // Russia Meteorology and Hydrology. 2011. 36. № 6. P. 371–382.
Naumov A.V., Smolentseva E.N. Estimation of carbon dioxide exchange of cascade geochemically conjugated steppe ecosystems in salinity condition. // Steppe ecosystems: biological diversity, management and restoration. Chapter 7. Nova Science Publishers. N.Y. 2013. P. 153–163.
Nilsson M., Bohlin E. Methane and Carbon Dioxide Concentrations in Bogs and Fens – with Special Reference to the Effects of the Botanical Composition of the Peat // J. Ecology. 1993. V. 81. № 4. P. 615–625.
Romanovskaya A.A., Korotkov V.N., Polumieva P.D., Trunov A.A., Vertyankina V.Yu., Karaban R.T. Greenhouse gas fluxes and mitigation potential for managed lands in the Russian Federation // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2020. V. 25. № 4. P. 661.
Romanowicz E.A., Siegel D.I., Chanton J.P., Glaser P.H. Temporal variations in dissolved methane deep in the Lake Agassiz Peatlands, Minnesota // Global Biogeochemical Cycles. 1995. № 9. P. 197–212.
Steinmann Ph., Shotyk W. Sampling anoxic pore water in peatlands using “peepers” for in situ-filtration // Fresenius J. Analytical Chemistry. 1996. V. 354. P. 709–713.
Wiesmeier M., Mayer S., Paul C., Helming K., Don A., Franko U., Steffens M., Kögel-Knabner I. CO2 certificates for carbon sequestration in soils: methods, management practices and limitations // BonaRes Series. 2020. № 4. P. 1–23. https://doi.org/10.20387/BonaRes-NE0G-CE98