Long-term dynamics of carbon emission in artificial soil structures underneath lawns in steppe zone conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article considers the issues of carbon emission by soil structures of different composition functioning in the conditions of urban landscapes of the steppe zone. The study was conducted on the basis of an experimental station for the study of soil constructions, created in 2020 in the Botanical Garden of the Southern Federal University (SFU) using lawn grasses as a vegetation cover. The background area was Haplic Chernozem of the “Priazovskaya steppe” exposition with restored steppe vegetation in the final stage of ecological succession. As a result of long-term monitoring the dependence of carbon emission on hydrothermal conditions was studied: the highest values were observed at humidity of 20–30% and rooting layer temperature of 25–35°C. The main differences in the emission dynamics are caused by the genesis of materials composing the RAT horizon. The intensity of carbon emission by soil structures formed on the basis of peat in the first year was significantly higher (up to 25 g С/(m2 day)); interquartile range – 5.9–13.7 g С/(m2 day)) than in Control sites (up to 17.5 g С/(m2 day); interquartile range – 4.7–12.0 g С/(m2 day)) and in soil structures created on the basis of dark Chernozem topsoil (up to 15 g С/(m2 day); interquartile range – 2.5–7.6 g С/(m2 day)).

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. N. Gorbov

aSirius University of Science and Technology; Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Author for correspondence.
Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

I. V. Terekhov

Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

O. S. Bezuglova

Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

S. S. Tagiverdiev

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

P. N. Skripnikov

Sirius University of Science and Technology; Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Federal Territory “Sirius”, 354340; Rostov-on-Don, 344006

G. N. Nosov

Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Email: gorbow@mail.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

V. I. Vasenev

Wageningen University

Email: gorbow@mail.ru

Soil and Landscape Geography Group

Netherlands, Wageningen, 6707

References

  1. Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 251 с.
  2. Асылбаев И.Г., Мирсаяпов Р.Р. Пилотный карбоновый полигон: анализ запасов углерода в почвах сельхозугодий // Вестник Казанского гос. аграрного ун-та. 2023. № 4. С. 6–12. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-6-12
  3. Безуглова О.С., Горбов С.Н., Скрипников П.Н. Гумусное состояние почв Ростовской агломерации. Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2022. 138 с. https://doi.org/10.18522/801300097
  4. Бобрик А.А., Рыжова И.М., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Макаров М.И., Волкер Д.А. Эмиссия СО2 и запасы органического углерода в почвах северотаежных экосистем западной Сибири в различных геокриологических условиях // Почвоведение. 2018. № 6. С. 674–682. https://doi.org/10.7868/S0032180X18060035
  5. Бобылёва С.Н., Завалеева А.И., Завалеев И.С., Ховавко И.Ю. Развитие «зеленой» инфраструктуры в городах // Научные исследования экономического факультета. Электронный журнал. 2022. Т. 14. № 3. С. 48–61. https://doi.org/10.38050/2078-3809-2022-14-3-48-61
  6. Брянская И.П., Васенев В.И., Брыкова Р.А., Маркелова В.Н., Ушакова Н.В., Госсе Д.Д., Гавриленко Е.В., Благодатская Е.В. Анализ ввозимых почвогрунтов для прогнозирования запасов углерода в почвенных конструкциях Московского мегаполиса // Почвоведение. 2020. № 12. С. 1537–1546. https://doi.org/10.31857/S0032180X20120047
  7. Васенев В.И., Варенцов М.И., Саржанов Д.А., Махиня К.И., Госсе Д.Д., Петров Д.Г., Долгих А.В. Влияние мезо- и микроклиматических условий на эмиссию СО2 почв объектов городской зеленой инфраструктуры Московского мегаполиса // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1089–1102. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600385
  8. Гитарский М.Л., Замолодчиков Д.Г., Мухин В.А., Диярова Д.К., Грабар В.А., Карелин Д.В., Иващенко А.И., Марунич А.С. Сезонная изменчивость эмиссии диоксида углерода при разложении елового валежа южной тайги Валдая // Лесоведение. 2020. № 3. С. 239–249. https://doi.org/10.31857/S0024114820030055
  9. Голубятников Л.Л., Курганова И.Н., Лопес Де Гереню В.О. Оценки потоков углерода в степных залежах России // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2023. Т. 1. № 8. С. 10–16. https://doi.org/10.23885/2500-395X-2023-1-8-10-16
  10. 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.
  11. Горбов С.Н., Васенев В.И., Минаева Е.Н., Тагивердиев С.С., Скрипников П.Н., Безуглова О.С. Краткосрочная динамика эмиссии СО2 и содержания углерода в городских почвенных конструкциях степной зоны // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1103–1115. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600282
  12. Горностаева А.А., Демежко Д.Ю., Хацкевич Б.Д. Временная изменчивость городского острова тепла Екатеринбурга // Известия Иркутского гос. ун-та. 2023. № 43. С. 3–18. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2023.43.3
  13. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Звягинцев Д.Г. Анализ экологических факторов, ограничивающих деструкцию верхового торфа // Почвоведение. 2014. № 3. С. 304. https://doi.org/10.7868/S0032180X14030046
  14. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Краев Г.Н. Методическое руководство по анализу эмиссий углерода из почв поселений в тундре. М.: Изд-во ЦЭПЛ РАН, 2015. 64 с.
  15. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  16. Корнейкова М.В., Васенев В.И., Салтан Н.В., Слуковская М.В., Сошина А.С., Заводских М.С., Сотникова Ю.Л., Долгих А.В. Анализ эмиссии СО2 городскими почвами в условиях крайнего севера // Почвоведение. 2023. № 11. С. 1385–1399. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600373
  17. Кочкина М.В., Солдаткина М.А., Сатосина Е.М., Ильичев И.А., Романенко В.А., Кременецкий В.В., Ольчев А.В. и др. Пространственная и временная изменчивость потоков диоксида углерода и метана у поверхности почвы на береговом участке карбонового полигона в Краснодарском крае // Грозненский естественнонаучный бюлл. 2023. № 4. С. 58–64. https://doi.org/10.25744/genb.2023.62.4.010
  18. Кудрявцев А.Е., Ваганов Е.С., Канунников С.В., Локтионов В.А. Факторы, определяющие секвестрацию, депонирование, эмиссию углекислого газа в агроценозах // Вестник Алтайского гос. аграрного ун-та. 2024. № 1. С. 37–44. https://doi.org/10.53083/1996-4277-2024-231-1-37-44
  19. Мягков М.С. Механизм формирования теплового баланса в городской застройке на примере г. Москвы. Дис. … канд. техн. наук. М., 2004. 129 с.
  20. Никитин Д.А., Лысак Л.В., Мергелов Н.С., Долгих А.В., Зазовская Э.П., Горячкин С.В. Микробная биомасса, запасы углерода и эмиссия СО2 в почвах Земли Франца-Иосифа: высокоарктические тундры или полярные пустыни? // Почвоведение. 2020. № 4. С. 444–462. https://doi.org/10.31857/S0032180X20040115
  21. Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. Ростов-на-Дону, 1993. 167 с.
  22. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И., Безуглова О.С., Бахматова К.А., Гольева А.А., Горбов С.Н., Жарикова Е.А., Матинян Н.Н., Наквасина Е.Н., Сивцева Н.Е. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1155–1164. https://doi.org/10.7868/S0032180X14100104
  23. Саржанов Д.А., Васенев И.И., Валентини Р. Анализ пространственного разнообразия и временной динамики почвенных потоков парниковых газов (CO2, СH4, N2O) в условиях представительных урбоэкосистем г. Курска // АгроЭкоИнфо. 2015. № 6.
  24. Сергалиев Н.Х., Нагиева А.Г., Жиенгалиев А.Т. Изменение эмиссии диоксида углерода на антропогенно-нарушенных угодьях Западно-Казахстанской области // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина (междисциплинарный). 2018. № 3. С. 92–101.
  25. Смагин А.В., Суранов А.В., Садовникова Н.Б., Кокорева А.А., Исаева А.В., Беляева Е.А. Балансовая оценка динамики диоксида углерода в почве больших лизиметров МГУ // Почвоведение. 2021. № 3. С 38–44. https://doi.org/10.3103/S014768742103008X
  26. Степанов А.Л. Образование и поглощение парниковых газов в почвах // Почвы в биосфере и жизни человека. 2012. С. 118–134.
  27. Стома Г.В., Манучарова Н.А., Белокопытова Н.А. Биологическая активность микробных сообществ в почвах некоторых городов России // Почвоведение. 2020. № 6. С. 703–715. https://doi.org/10.31857/S0032180X2006012X
  28. Тимофеева М.В., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Чуванов С.В. Потоки углерода в экосистеме торфяно-болотного комплекса криолитозоны Западной Сибири // Геосферные исследования. 2022. № 3. С. 109–125. https://doi.org/10.17223/25421379/24/7
  29. Федоров Ю.А., Сухоруков В.В., Трубник Р.Г. Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. Экологические проблемы // Антропогенная трансформация природной среды. 2021. № 1. С. 6–34. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2021-1-6-34
  30. Шеин Е.В. Курс физики почв. Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  31. 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. 115039. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115039
  32. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Science (IUSS), Vienna, Austria.
  33. Rationale Bhoobun Bhavish, Vasenev V.I., Hajiaghayeva R.A. Analysis of carbon dioxide emission from lawn ecosystem with contrasting soil profiles // RUDN J. Agronomy Animal Industries. 2016. № 4. P. 10–7. https://doi.org/10.22363/2312-797X-2016-4-10-17
  34. Roxon J., Ulm F.-J., Pellenq R.J.-M. Urban heat island impact on state residential energy cost and CO2 emissions in the United States // Urban Climate. 2020. V. 31. P. 100546. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2019.100546
  35. Sarzhanov D.A., Vasenev V.I., Vasenev I.I., Sotnikova Y.L., Ryzhkov O.V., Morin T. Carbon stocks and CO2 emissions of urban and natural soils in Central Chernozemic region of Russia // Catena. 2017. V. 158. P. 131–140. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.06.021
  36. Shang K., Xu L., Liu X., Yin Z., Liu Z., Li X., Yin L. Study of Urban Heat Island Effect in Hangzhou Metropolitan Area Based on SW-TES Algorithm and Image Dichotomous Model // Sage Open. 2023. V. 13. P. 4. https://doi.org/10.1177/21582440231208851
  37. Singkran N. Carbon sink capacity of public parks and carbon sequestration efficiency improvements in a dense urban landscape // Environ. Monit. Assess. 2022. V. 194. P. 750. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10432-x
  38. Velasco E., Segovia E., Choong A.M.F., Lim B.K.Y., Vargas R. Carbon dioxide dynamics in a residential lawn of a tropical city // J. Environ. Managem. 2021. V. 280. P. 111752. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111752
  39. Wachiye S., Merbold L., Vesala T., Rinne J., Räsänen M., Leitner S., Pellikka P. Soil greenhouse gas emissions under different land-use types in savanna ecosystems of Kenya // Biogeosciences. 2019. V. 17. P. 2149–2167. https://doi.org/10.5194/bg-17-2149-2020
  40. Zhang X., Brandt M., Tong X., Ciais P., Yue Y., Xiao X., Zhang W. A large but transient carbon sink from urbanization and rural depopulation in China // Nat. Sustain. 2022. V. 5. P. 321–328. https://doi.org/10.1038/s41893-021-00843-y
  41. Zhang Y., Meng W., Yun H., Xu W., Hu B., He M., Mo X., Zhang L. Is urban green space a carbon sink or source? – A case study of China based on LCA method // Environ. Impact Assess. Rev. 2022. V. 94. P. 106766. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2022.106766

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Additional materials
Download (330KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Soil station on the territory of the Botanical Garden of SFedU.

Download (844KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Average values ​​of C-CO2 emissions with standard deviations by season for 2020–2024.

Download (102KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Characteristics of carbon emission samples for the study period 2020–2024 (dots are emissions, cross is average value, vertical lines are percentiles: from bottom to top 0th, 25th, 50th (median), 75th and 100th).

Download (122KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Long-term dynamics of C–CO2 emission, humidity and temperature: (a) – background; (b) – constructozem 5; (c) – constructozem 1; (d) – constructozem 4.

Download (999KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Intensity of C emission (g C/(m2 day)) depending on hydrothermal conditions on: (a) – constructions 1 (P + S + LLL / TS) in the first 3 years of operation; (b) – constructions 1 (P + S + LLL / TS) in the fourth and fifth years of operation; (c) – on constructozems 2–5; (d) – background. Version for temperature at a depth of 10 cm.

Download (468KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».