Long-term dynamics of carbon emission in artificial soil structures underneath lawns in steppe zone conditions
- Authors: Gorbov S.N.1,2, Terekhov I.V.2, Bezuglova O.S.2, Tagiverdiev S.S.3,2, Skripnikov P.N.3,2, Nosov G.N.2, Vasenev V.I.4
-
Affiliations:
- aSirius University of Science and Technology
- Southern Federal University, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology
- Sirius University of Science and Technology
- Wageningen University
- Issue: No 5 (2025): SPECIAL ISSUE devoted to the study of the role of natural and anthropogenic transformed soils in urban ecosystems
- Pages: 728-738
- Section: DEGRADATION, REHABILITATION, AND CONSERVATION OF SOILS
- URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/295079
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X25050135
- EDN: https://elibrary.ru/BVLNIV
- ID: 295079
Cite item
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)).
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, 6707References
- Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 251 с.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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.
- Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
- 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
- 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
- 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
- Мягков М.С. Механизм формирования теплового баланса в городской застройке на примере г. Москвы. Дис. … канд. техн. наук. М., 2004. 129 с.
- 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
- Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. Ростов-на-Дону, 1993. 167 с.
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- Степанов А.Л. Образование и поглощение парниковых газов в почвах // Почвы в биосфере и жизни человека. 2012. С. 118–134.
- 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
- 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
- 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
- Шеин Е.В. Курс физики почв. Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
