Soil Respiration of Forest Ecosystems in the South of the Far East

A. V. Ivanov; Иванов А. В.; D. G. Zamolodchikov; Замолодчиков Д. Г.; M. A. Salo; Сало М. А.; A. V. Kondratova; Кондратова А. В.; O. A. Piletskaya; Пилецкая О. А.; S. V. Bryanin; Брянин С. В.

doi:10.31857/S0032180X23600397

Soil Respiration of Forest Ecosystems in the South of the Far East

Authors: Ivanov A.V.¹, Zamolodchikov D.G.²^,3, Salo M.A.⁴, Kondratova A.V.¹, Piletskaya O.A.¹, Bryanin S.V.¹
Affiliations:
1. Institute of Geology and Nature Management of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
2. Center for Ecology and Forest Productivity of the Russian Academy of Sciences
3. National Research University “Higher School of Economics”
4. Sikhote-Alinsky State Natural Biosphere Reserve
Issue: No 9 (2023)
Pages: 1023-1033
Section: ДЫХАНИЕ ПОЧВ В ПРИРОДНЫХ ЦЕНОЗАХ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/138179
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X23600397
EDN: https://elibrary.ru/FKKVGO
ID: 138179

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The Far East has been and remains the part of Russia least studied with respect to carbon fluxes. We reviewed the results of in situ measurements of carbon emission from the surface of forest soils obtained at 26 points in the southern part of the Far East on the territory of 4 constituent entities of Russia. The measurements were taken in different forest formations (larch, cedar, oak, ash, and elm forests), including forests in the permafrost zone. Information on seasonal and daily dynamics of emission is presented. Equations are presented for 14 sites to estimate the emission from the air temperature of the nearest weather station. Annual fluxes vary by measurement points in the range of 5.5–10.1 t C/ha, with a maximum value in the old-growth cedar-fir forest of southern Primorye. The contribution of the summer season to the annual flux is 49–81%. In the western part of the territory under consideration (Buryatia), carbon emission from the soil surface strongly depends on soil temperature and moisture. In over moistened soils, the emission is significantly affected by the groundwater level (R² = 0.42). In Primorye forests, the soil moisture factor ceases to have a significant effect on the emission. Discussion of the results in the context of modern studies in other regions shows comparability of the survey estimates and possibility of their use for analysis of global trends and regularities. Translated with www.DeepL.com/Translator (free version).

Keywords

CO₂ emissions, soil organic carbon, soil temperature, air temperature, forest formations

References

Барталев С.А., Егоров В.А., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Стыценко Ф.В., Флитман Е.В. Оценка площади пожаров на основе комплексирования спутниковых данных различного пространственного разрешения MODIS и Landsat-TM/ETM+ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли их Космоса. 2012. Т. 9. № 2. С. 9–26.
Ваганов Е.А., Порфирьев Б.Н., Широв А.А., Колпаков А.Ю., Пыжев А.И. Оценка вклада российских лесов в снижение рисков климатических изменений // Экономика региона. 2021. Т. 17. Вып. 4. С. 1096–1109. https://doi.org/10.17059/ekon.reg.2021-4-4
Иванов А.В., Замолодчиков Д.Г., Линев Д.А., Осипов Э.А. Почвенная эмиссия CO2 в дубняках разного возраста в условиях южного Сихотэ-Алиня // Инновации и технологии в лесном хозяйстве. Тез. докл. IV межд. науч.-пр. конф. СПб., 2014. С. 52.
Иванов А.В., Момот А.А. Эмиссия углерода с поверхности почв пойменных лесов на юге Приморского края // Вестник Поволжского гос. технол. ун-та. Сер. Лес. Экология. Природопользование. 2016. № 1. С. 69–78.
Карелин Д.В., Азовский А.И., Куманяев А.С., Замолодчиков Д.Г. Значение пространственного и временно́го масштаба при анализе факторов эмиссии СО2 из почвы в лесах Валдайской возвышенности // Лесоведение. 2019. № 1. С. 29–37.
Коровицкий С.А., Маркезини Л.Б., Трегубова В.Г. Оценка сезонной динамики эмиссии углекислого газа и метана почвами островных территорий (на примере почв о. Русский, Приморский край) // Природа без границ. Сб. мат-лов. Владивосток, 2018. С. 145–147.
Малханова Е.В., Егорова Р.А., Чимитдоржиева Г.Д. Сезонная динамика эмиссии СО2 мерзлотными почвами Забайкалья // Агрохимия. 2008. № 2. С. 66–69.
Махныкина А.В., Прокушкин А.С., Ваганов Е.А. и др. Динамика потоков СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири // Журн. Сибирского федерального ун-та. Сер. Биология. 2016. Т. 9. № 3. С. 338–357. https://doi.org/10.17516/1997-1389-2016-9-3-338-357
Мильхеев Е.Ю., Чимитдоржиева Г.Д. Сезонная эмиссия углекислого газа из почв дельты р. Селенга (Западное Забайкалье) // Агрохимия. 2015. № 2. С. 46–51.
Пилецкая О.А. Эмиссия углекислого газа в нарушенных бореальных лесах // Сборник избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ “Нацразвитие”. Мат. науч. конф. СПб., 2019. С. 82–84.
Распоряжение Правительства Российской Федерации “Об утверждении стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации” до 2030 года от 20.09.2018 № 1989-р. https://inlnk.ru/9PP7Ra (дата обращения 01.03.2023).
Шарков И.Н. Совершенствование абсорбционного метода определения выделения СО2 из почвы в полевых условиях // Почвоведение. 1987. № 1. С. 127–133.
Duan B., Xiao R., Cai T., Man X., Ge Z. et al. Strong responses of soil greenhouse gas fluxes to litter manipulation in a boreal larch forest, Northeastern China // Forests. 2022. V. 13. P. 1–16. https://doi.org/10.3390/f13121985
Duan B., Cai T., Man X., Xiao R., Gao M. et al. Different variations in soil CO2, CH4, and N2O fluxes and their responses to edaphic factors along a boreal secondary forest successional trajectory // Sci. Total Environ. 2022. V. 838. P. 155983. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155983
Hashimoto S., Carvalhais N., Ito A., Migliavacca M., Nishina K., Reichstein M. Global spatiotemporal distribution of soil respiration modeled using a global database // Biogeosciences. 2015. V. 12. P. 4121–4132. https://doi.org/10.5194/bg-12-4121-2015
Huang N., Wang L., Song X.-P., Black T.A., Jassal R.S., Myneni R.B. et al. Spatial and temporal variations in global soil respiration and their relationships with climate and land cover // Sci. Adv. 2020. V. 6. P. 8508. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb8508
Ivanov A.V., Tataurov V.A., Braun M. Seasonal and daily dynamics of the CO2 emission from soils of pinus koraiensis forests in the south of the Sikhote-Alin range // Eurasian Soil Science. 2018. T. 51. P. 290–295. https://doi.org/10.1134/S1064229318030043
Ivanov A.V., Salo M.A., Tolstikova V.Yu., Bryanin S.V.; Zamolodchikov D.G. Effects of Windfall on Soil Surface Carbon Emission and Fine Root Stocks in the Central Sikhote-Alin // Eurasian Soil Science. V. 55. P. 1405–1413. https://doi.org/10.1134/s1064229322100052
Jian J., Vargas R., Anderson-Teixeira K.J., Stell E., Herrmann V., Horn M., Kholod N. et al. // A Global Database of Soil Respiration Data, Version 5.0. ORNL DAAC, 2021. Oak Ridge, Tennessee, USA. https://doi.org/10.3334/ornldaac/1827
Karelin D.V., Goryachkin S.V., Kudikov A.V. et al. Changes in carbon pool and CO2 emission in the course of postagrogenic succession on gray soils (Luvic Phaeozems) in European Russia // Eurasian Soil Science. 2017. V. 50. P. 559–572. https://doi.org/10.1134/S1064229317050076
Kudeyarov V.N. Soil Respiration and Biogenic Carbon Dioxide Sink in the Territory of Russia: An Analytical Review // Eurasian Soil Science. 2018 V. 5. P. 599–612. https://doi.org/10.1134/S1064229318060091
Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., Sapronov D.V., Zhmurin V.A., Kudeyarov V.N., Romashkin I.V. Experimental and model estimates of respiration of the forest sod-podzolic soil in the Prioksko-Terrasny nature reserve // Contemporary Problems of Ecology. 2020. V. 7. P. 813–824.
Menyailo O.V., Matvienko A.I., Stepanov A.L., Makarov M.I. Measuring soil CO2 efflux: Effect of collar depth // Russ. J. Ecology. 2015. V. 46. P. 152–156. https://doi.org/10.1134/S1067413615020071
Qin L., Lv G.H., He X. M. et al. Winter soil CO2 efflux and its contribution to annual soil respiration in different ecosystems of Ebinur Lake Area // Eurasian Soil Science. 2015. V. 48. P. 871–880. https://doi.org/10.1134/S1064229315080050
Raich J.W., Schlesinger W.H. The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate // Tellus. 1992. V. 44B. P. 81–89. https://doi.org/10.3402/tellusb.v44i2.15428
Song X., Wang G., Ran F., Chang R. et al. Effects of topography and fire on soil CO2 and CH4 flux in boreal forest underlain by permafrost in northeast China // Ecological Engineering. 2017. V. 106. P. 35–43. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.05.033