Пространственная или временная изменчивость: что важнее учитывать при оценках скорости дыхания почвы в разных масштабах наблюдений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проанализированы данные полевых наблюдений дыхания почвы (ДП), или эмиссии СО2 из почвы, полученные за пять лет (2020–2024 гг.) в четырех регионах европейской части России (Республика Чувашия, Рязанская, Тульская, Курская области) в пределах биома широколиственных лесов и лесостепей. В каждом из регионов измерения ДП проводили в одинаковом наборе природных (леса, степи) и аграрных (пашни, сенокосы, пастбища) экосистем. ДП оценивали портативными инфракрасными газоанализаторами и статическим камерным методом в 10-кратной повторности в периоды максимума сезонов вегетации. В Курской области исследования проводили в более интенсивном режиме (1–2 раза в месяц) в рамках круглогодичного мониторинга. Целью было количественно оценить относительные вклады пространственной и временнóй изменчивости ДП для разных масштабов наблюдений, что позволяет повысить доверие к полевым оценкам ДП при последующей экстраполяции на более крупные регионы или прогнозировании. Использовали непараметрический дисперсионный анализ PERMANOVA. В масштабах года или биотопа вклад временнóй изменчивости (49–59.8%) в общую дисперсию ДП существенно превосходит вклад пространственной (5.4–9%). Уменьшение пространственно-временнóго масштаба наблюдений до многолетнего ряда и региональных экосистем снижает вклад временнóй изменчивости до 27%, а пространственной – увеличивает до 23.2%. В целом в рассмотренных масштабах временнáя изменчивость оказывается важнее для общей вариации ДП. Это приводит к методической рекомендации повышать частоту оценок внутригодовой динамики ДП, а не увеличивать количество точек измерений в местных экосистемах.

Об авторах

Д. В. Карелин

Институт географии РАН

Москва, 119017 Россия

О. Э. Суховеева

Институт географии РАН

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Москва, 119017 Россия

А. Н. Золотухин

Курский федеральный аграрный научный центр

Курск, 305021 Россия

Д. А. Никитин

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Москва, 119017 Россия

Список литературы

  1. Карелин Д.В., Азовский А.И., Куманяев А.С., Замолодчиков Д.Г. Значение пространственного и временного масштаба при анализе факторов эмиссии СО2 из почвы в лесах Валдайской возвышенности // Лесоведение. 2019. № 1. C. 29–37. https://doi.org/10.1134/S0024114819010078
  2. Огуреева Г.Н., Леонова Н.Б., Микляева И.М., Бочарников М.В., Федосов В.Э., Мучник Е.Э, Урбанавичюс Г.П. и др. Биоразнообразие биомов России. Равнинные биомы. М.: ИГКЭ, 2020. 623 с.
  3. Anderson M.J., Gorley R.N., Clarke K.R., PERMANOVA+ for primer: Guide to software and statistical methods. Plymouth: PRIMER-e, 2008.
  4. Anderson M.J., Walsh D.C.I. PERMANOVA, ANOSIM, and the Mantel test in the face of heterogeneous dispersions: What null hypothesis are you testing? // Ecol. Monogr. 2013. V. 83. P. 557–574. https://doi.org/10.1890/12-2010.1
  5. Bond-Lamberty B., Ballantyne A., Berryman E., Fluet-Chouinard E., Jian J., Morris K.A., Rey A., Vargas R. Twenty years of progress, challenges, and opportunities in measuring and understanding soil respiration // J. Geophys. Res. G: Biogeosciences. 2024. V. 129. P. e2023JG007637. https://doi.org/10.1029/2023JG007637
  6. Bond–Lamberty B., Thomson A. Temperature associated increases in the global soil respiration record // Nature. 2010. V. 464. P. 579–582. https://doi.org/10.1038/nature08930
  7. 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
  8. Hashimoto S., Ito A., Nishina K. Divergent data-driven estimates of global soil respiration // Commun. Earth Environ. 2023. V. 4. P. 460. https://doi.org/10.1038/s43247-023-01136-2
  9. Huang N., Wang L., Song X.-P., Black T.A., Jassal R.S., Myneni R.B., Wu C., Wang L., Song W., Ji D., Yu S., Niu Z. Spatial and temporal variations in global soil respiration and their relationships with climate and land cover // Sci. Advanc. 2020. V. 6. P. eabb8508. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb8508
  10. Jiang J., Feng L., Hu J., Liu H., Zhu C., Chen B., Chen T. Global soil respiration predictions with associated uncertainties from different spatio-temporal data subsets // Ecol. Inform. 2024. V. 82. P. 102777. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2024.102777
  11. Karelin D.V., Zolotukhin A.N., Ryzhkov O.V., Lunin V.N., Zamolodchikov D.G., Sukhoveeva O.E. The use of long-term soil respiration measurements for calculating the net carbon balance in ecosystems of the central chernozemic region // Eurasian Soil Science. 2024. V. 57. P. 1638–1649. https://doi.org/10.1134/S1064229324601318
  12. Kuzyakov Y., Blagodatskaya E. Microbial hotspots and hot moments in soil: Concept & review // Soil Biol. Biochem. 2015. V. 83. P. 184–199. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2015.01.025.
  13. Lankreijer H., Janssens I., Buchmann N., Longdoz B., Epron D., Dore S. Measurement of soil respiration, in: Kröner, F., Valentini, R. (Eds.). Ecological Studies. 2003. 163 Fluxes in Carbon, Water and Energy of European Forests. Berlin: Springer-Verlag, P. 37–54. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05171-9_3
  14. Lei J., Guo X., Zeng Y., Zhou J., Gao Q., Yang Y. Temporal changes in global soil respiration since 1987 // Nature Comm. 2021. V. 12. P. 403. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20616-z
  15. Leon E., Vargas R., Bullock S., Lopez E., Panosso A.R., La Scala N. Hot spots, hot moments, and spatio-temporal controls on soil CO2 efflux in a water-limited ecosystem // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 77. P. 12–21. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.05.029.
  16. Martin J.G., Bolstad P.V. Variation of soil respiration at three spatial scales: Components within measurements, intra-site variation and patterns on the landscape // Soil Biol. Biochem. 2009. V. 41. P. 530–543. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.12.012
  17. Niu S., Chen W., Liáng L.L., Sierra C.A., Xia J., Wang S., Heskel M. et al. Temperature responses of ecosystem respiration // Nat. Rev. Earth Environ. 2024. V. 5. P. 559–571. https://doi.org/10.1038/s43017-024-00569-3
  18. Sukhoveeva O., Karelin D., Lebedeva T., Pochikalov A., Ryzhkov O., Suvorov G., Zolotukhin A. Greenhouse gases fluxes and carbon cycle in agroecosystems under humid continental climate conditions // Agriculture, Ecosyst. Environ. 2023. V. 352. P. 108502. https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108502
  19. Wang X., Ren T. Spatial and temporal variability of soil respiration between soybean crop rows as measured continuously over a growing season // Sustainability. 2017. V. 9. P. 436. https://doi.org/10.3390/su9030436
  20. Yao Y., Ciais P., Viovy N., Li W., Cresto-Aleina F., Yang H., Joetzjer E., Bond-Lamberty B. A data-driven global soil heterotrophic respiration dataset and the drivers of its inter-annual variability // Glob. Biogeochem. Cycles. 2021. V. 35. P. e2020GB006918. https://doi.org/10.1029/2020GB006918
  21. Yu J.C., Chiang P.N., Lai Y.J. Seasonal and spatial variation in soil respiration in afforested sugarcane fields on Entisols, Taiwan // Geoderma Reg. 2021. V. 26. P. e00421. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2021.e00421

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

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».