Methane Emissions from Rice Fields of the Rostov Region

D. N. Gar’kusha; Гарькуша Д. Н.; Yu. A. Fedorov; Фёдоров Ю. А.; N. S. Tambieva; Тамбиева Н. С.; E. V. Mel’nikov; Мельников Е. В.

doi:10.31857/S0032180X23600051

Эмиссия метана рисовыми полями Ростовской области

Авторы: Гарькуша Д.Н.¹, Фёдоров Ю.А.¹, Тамбиева Н.С.², Мельников Е.В.³
Учреждения:
1. Институт наук о Земле Южного федерального университета
2. Гидрохимический институт
3. ООО “Энергия”
Выпуск: № 8 (2023)
Страницы: 889-902
Раздел: ХИМИЯ ПОЧВ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/138146
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X23600051
EDN: https://elibrary.ru/OIJNQM
ID: 138146

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проанализированы результаты полевых измерений камерным методом потоков метана в атмосферу с рисовых полей Ростовской области (юг Европейской России). Помимо измерения потоков метана в фазы всходов и полной спелости риса, в воде и различных горизонтах обводненных почв рисового чека определены концентрация метана и сероводорода, Eh, рН, плотность и влажность. Поток метана в атмосферу с рисового чека варьировал в диапазоне от 0.195 до 0.531 мг СН₄/(м² ч) и в фазе полной спелости риса в среднем был в 2.1 раза выше, чем в фазе всходов. Скорость потока метана в атмосферу с поверхности необводненных почв, расположенных между рисовыми чеками, в среднем была в 4.9–12.1 раз ниже, чем скорость его потока с рисовых чеков, изменяясь в пределах 0.034–0.045 мг СН₄/(м² ч). Показано, что после обводнения рисовых чеков в изолированных слоем воды почвах снижаются значения Eh и, как следствие, происходит увеличение концентраций метана в почвах и его потоков в атмосферу. Согласно проведенной оценке, суммарная эмиссия метана рисовыми полями Ростовской области ориентировочно достигает 1.253 т/сут или 150 т/год, что составляет 0.4–1.5% от годового выделения метана почвами Ростовской области.

Ключевые слова

почвы рисовых чеков, парниковые газы, анаэробные газы, сероводород

Список литературы

Бажин Н.М. Метан в окружающей среде: аналитический обзор // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. Сер. Экология. Вып. 93. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2010. 56 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=12992797. Дата обращения 27.10.2022.
Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А. Влияние растений на процессы цикла метана в донных отложениях и ризосфере почв // Сибирский экологический журн. 2016. № 6. С. 919–934.
Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С. Метан в почвах различных географических зон России // Известия РАН. Сер. географическая. 2018. № 3. С. 47–55. https://doi.org/10.7868/S2587556618030068
Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Трубник Р.Г., Крукиер М.Л. Концентрация и эмиссия метана в различных типах почв Ростовской области // Вопросы степеведения. 2022. № 4. С. 13–24.
Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Цибарт А.С., Смирнова М.А. Углеводороды в почвах: происхождение, состав, поведение (обзор) // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1195–1209.
Израэль Ю.А., Назаров И.М., Нахутин А.И., Яковлев А.Ф., Гитарский М.Л. Вклад России в изменение концентрации парниковых газов в атмосфере // Метеорология и гидрология. 2002. № 5. С. 17–27.
Кудеяров В.Н. Эмиссия закиси азота из почв в условиях применения удобрений (аналитический обзор) // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1192–1205.
Кудеяров В.Н., Демкин В.А., Гиличинский Д.А., Горячкин С.В., Рожков В.А. Глобальные изменения климата и почвенный покров // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1027–1042.
Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Велл Р., Лофтфильд Н., Флесса X. Газообразные потери и трансформация минерального азота в пахотной буроземной почве в зависимости от влажности // Агрохимия. 2007. № 10. С. 5–13.
Макаров В.В., Середа М.В. Особенности агротехники возделывания риса в Ростовской области // Научный журн. КубГАУ. 2012. № 79. С. 1–10.
Минько О.И., Каспаров С.В., Аммосова Я.М. Газообразные вещества – продукты метаболизма микробных ценозов переувлажненных почв // Журн. общей биологии. 1987. Т. 48. № 2. С. 182–193.
Минько О.И., Каспаров С.В., Аммосова Я.М., Зборищук Н.Г. Образование газообразных углеводородов орошаемыми почвами // Биологические науки. 1989. № 1. С. 106–112.
Назаров И.М., Фридман А.И., Фридман Ш.Д. и др. Антропогенная эмиссия метана в странах СНГ и Прибалтики // Метеорология и гидрология. 1992. № 11. С. 15–20.
Олейник О.А. Мелиоративное состояние земель рисовых оросительных систем Ростовской области // Научный журн. Российского НИИ проблем мелиорации. 2011. № 4. С. 1–19.
Пиковский Ю.И., Смирнова М.А., Геннадиев А.Н., Завгородняя Ю.А., Жидкин А.П., Ковач Р.Г., Кошовский Т.С. Параметры нативного углеводородного состояния почв различных биоклиматических зон // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1307–1321.
РД 52.24.511-2013. Массовая доля метана в донных отложениях. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “Гидрохимический институт”. 2013. 19 с.
РД 52.24.512-2012. Объемная концентрация метана в водах. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “Гидрохимический институт”. 2012. 23 с.
РД 52.24.525-2011. Массовая доля сульфидной серы в донных отложениях. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с N,N-диметил-п-фенилендиамином. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “Гидрохимический институт”, 2011. 26 с.
Романовская А.А. Выбросы метана и закиси азота в аграрном секторе России // Метеорология и гидрология. 2008. № 2. С. 87–97.
Романовская А.А., Коротков В.Н., Смирнов Н.С., Карабань Р.Т., Трунов А.А. Оценка вклада землепользования в антропогенную эмиссию парниковых газов на территории России в течение 2000–2011 гг. // Метеорология и гидрология. 2014. № 3. С. 5–18.
Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. Боевой Л.В. Ростов-на-Дону: НОК, 2009. Ч. 1. 1044 с.
Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов. Программа МГЭИК по национальным кадастрам парниковых газов. Хаяма, Канагава: МГЭИК, 2006. 26 с. chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https:// www.un-gsp.org/sites/default/files/documentos/ghg_ booklet_russian_final.pdf. Дата обращения 27.10.2022.
С 2017 по 2020 год урожайность риса в Ростовской области выросла на 23%. ФГБУ “Центр Агроаналитики”. 08.06.2021 г. https://specagro.ru/news/202106/v-rostovskoy-oblasti-aktivno-razvivaetsya-proizvodstvo-risa. Дата обращения 27.10.2022.
Федоров Ю.А., Сухоруков В.В., Трубник Р.Г. Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. Экологические проблемы // Антропогенная трансформация природной среды. 2021. Т. 7. № 1. С. 6–35. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2021-1-6-34
Федоров Ю.А., Гарькуша Д.Н. Эмиссия метана почвами степной зоны Ростовской области // Известия Русского географического общества. 2010. Т. 142. Вып. 2. С. 45–52.
Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов-на-Дону: ЗАО “Ростиздат”, 2007. 330 с.
Akiyama H., Yagi K. Direct N2O emissions from rice paddy fields: Summary of Available Data // Global Biogeochemical Cycles. 2005. V. 19. P. GB1005. https://doi.org/10.1029/2004GB002378
Conrad R. Control of microbial methane production in wetland rice fields // Nutr. Cycl. Agroecosys. 2002. V. 64. P. 59–69. https://doi.org/10.1023/A:1021178713988
Conrad R. The global methane cycle: recent advances in understanding the microbial processes involved // Env. Microbiol. Rep. 2009. V. 1. P. 285–292. https://doi.org/10.1111/j.1758-2229.2009.00038.x
Denier van der Gon H.A.C., Neue H.U. Influence of organic matter incorporation on the methane emission from a wetland rice field // Global Biogeochem. Cycl. 1995. V. 9. P. 11–22.
Gaihre Y.K., Wassmann R., Villegas-Pangga G. Impact of elevated temperatures on greenhouse gas emissions in rice systems: Interaction with straw incorporation studied in a growth chamber experiment // Plant and Soil. 2013. V. 373. P. 857–875. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1852-4
Gar’kusha D.N., Sukhorukov V.V. Methane Emissions by Reed Formations on the Azov Sea Coast // OnLine J. Biol. Sci. 2019. V. 19. P. 286–295. https://doi.org/10.3844/ojbsci.2019.286.295
Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories. IPC-IGES-OECD-IEA, Japan, 2000. https://www.ipcc-nggip.iges. or.jp/public/gp/english
IPCC Climate Change 1996. Scientific and technical analysis of impacts, adaptions and mitigation // Contribution of working group II to the second assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. London: Cambridge University Press, 1996. 1535 p.
IPCC Climate Change 2014. Synthesis Report // Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.
Khalil M.A., Shearer M.J. Decreasing emissions of methane from rice agriculture // Int. Congress Series. 2006. V. 1293. P. 33–41. https://doi.org/10.1016/j.ics.2006.03.003
Matthews E., Fung I., Lerner J. Methane emission from rice cultivation: geographic and seasonal distribution of cultivated areas and emission // Global Biogeochem. Cycles. 1991. V. 5. P. 3–24. https://pubs.giss.nasa.gov/abs/ma03400p.html. Дата обращения 27.10.2022
Nazaries L., Murrell J.C., Millard P., Baggs L., Singh B.K. Methane, microbes and models: Fundamental understanding of the soil methane cycle for future predictions // Environ. Microbiol. 2013. V. 15. P. 2395–2417. https://doi.org/10.1111/1462-2920.12149
Nguyen C. Rhizodeposition of organic C by plants: mechanisms and controls // Sustainable Agriculture. Dordrecht: Springer, 2009. P. 97–123. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2666-8_9
Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reference Manual. Workbook. V. 2. Module 4: Agriculture. P. 1–20. https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/invs5c.html
Saunois M., Stavert A.R., Poulter B., Bousquet P., Canadell J.G. et al. The Global Methane Budget 2000–2017 // Earth Sys. Sci. 2020. V. 12. P. 1561–1623. https://doi.org/10.5194/essd-12-1561-2020
Seinfeld J.H. Insights on Global warming // AIChE J. 2011. V. 57. P. 3259–3284. https://doi.org/10.1002/aic.12780
Serrano-Silva N., Sarria-Guzman Y., Dendooven L., Luna-Guido M. Methanogenesis and methanotrophy in soil: A review // Pedosphere. 2014. V. 24. P. 291–307. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(14)60016-3
Smartt A.D., Brye K.R., Norman R.J. Methane Emissions from Rice Production in the United States: A Review of Controlling Factors and Summary of Research // Greenhouse Gases. Ch.: 8. London: In-Tech, 2016. P. 179–207. https://doi.org/10.5772/62025
Wallenius A.J., Dalcin Martins P., Slomp C.P., Jetten M.S.M. Anthropogenic and Environmental Constraints on the Microbial Methane Cycle in Coastal Sediments // Front. Microbiol. 2021. V. 12. P. 631621. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.631621
Wang Z.P., Delaune R.D., Patrick W.H., Jr., Masscheleyn P.H. Soil Redox and pH Effects on Methane Production in a Flooded Rice Soil // Soil Sci. Soc. Am. J. 2009. V. 57. P. 382–385. https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700020016x
Wang Z.-Y., Xu Y.-C., Li Z., Guo Y.-X., Wassmann R., Nene H.U., Lantin R.S., Buendia L.V. Methane emission from irrigated rice fields and its control // Acta Agron. Sinica. 2001. V. 27. P. 757–768.