Effects of Forest Reclamation on Carbon Stocks and Respiration in Soils of Natural and Technogenic Ecosystems of Southern Karelia
- 作者: Pridacha V.1, Akhmetova G.1, Semin D.1
-
隶属关系:
- Forest Research Institute, Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences
- 期: 编号 2 (2024)
- 页面: 315-329
- 栏目: АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
- URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/261913
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X24020092
- EDN: https://elibrary.ru/XYCGQR
- ID: 261913
如何引用文章
详细
The paper presents the results of studies on soil carbon stock dynamics, CO₂emissions and soil microbial respiration during post-industrial succession upon reforestation of a sand and gravel pit in southern Karelia. The soils of the territories of different reforestation options were studied in July 2021 and 2022. In 1991, annual Scots pine (Pinus sylvestris L.) seedlings were planted on the plots: 1) in sand and gravel mineral soil (SP 1, SP 2); 2) in peat-improved substrate (SP 3). Natural soils (Entic Podzol) of an undisturbed lingonberry-type pine forest (SP 4) served as the control. Soil total (organic) carbon, microbial activity (by using the basal and substrate-induced respiration method in the laboratory), and CO₂emission from the soil surface (under field conditions) were determined. The assessment of the properties of post-industrial soils revealed the similarity of the studied parameters in replantozem SP 3 and podzolized podbur SP 4, which indicates a positive effect of peat-enriched substrate on the recovery of the soil and vegetation cover of the sand and gravel pit. The higher values of the carbon stocks (6–10-fold) and CO₂fluxes (2–4-fold) from the surface of the replantozem (Umbric Leptosol (Novic)) SP 3 relative to those in psammozems (Skeletic Leptosol) of SP 1 and SP 2 are due to intensive organic matter accumulation processes and the application of peat substrate rich in nutrients and plant diaspores during planting. SP 1 and SP 2 had the lowest values of soil carbon stocks, CO₂emissions, microbial activity, simultaneously with low stand productivity as compared to SP 3 and SP 4. To make more accurate predictions of the dynamics of the said parameters of disturbed soils, it is necessary to take into account their spatial and temporal variability.
全文:
作者简介
V. Pridacha
Forest Research Institute, Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences
编辑信件的主要联系方式.
Email: pridacha@krc.karelia.ru
俄罗斯联邦, Petrozavodsk, 185910
G. Akhmetova
Forest Research Institute, Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences
Email: akhmetovagv@gmail.com
俄罗斯联邦, Petrozavodsk, 185910
D. Semin
Forest Research Institute, Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences
Email: pridacha@krc.karelia.ru
俄罗斯联邦, Petrozavodsk, 185910
参考
- Абакумов Е.А., Гагарина Э.И. Гумусовое состояние почв заброшенных карьерно-отвальных комплексов Ленинградской области // Почвоведение. 2008. № 3. С. 287–298.
- Абакумов Е.А., Гагарина Э.И. Почвообразование в посттехногенных экосистемах карьеров на Северо-Западе русской равнины. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2006. 208 с.
- Абакумов Е.В., Поляков В.И., Чуков С.Н. Подходы и методы изучения органического вещества почв карбоновых полигонов России (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 773–786. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070024
- Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 223 с.
- Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М., Бочарникова Е.О., Стольникова Е.В. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биоценозов и коренных ельников Южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1109–1116.
- Ананьева Н.Д., Сушко С.В., Иващенко К.В., Васенев В.И. Микробное дыхание почв подтайги и лесостепи европейской части России: полевой и лабораторный подходы // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1276–1286. https://doi.org/10.31857/S0032180X20100044
- Андроханов В.А., Курачев В.М. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. 224 с.
- Арчегова И.Б., Кузнецова Е.Г., Лиханова И.А., Панюков А.Н., Хабибуллина Ф.М., Виноградова Ю.А. Формирование лесных экосистем на посттехногенных территориях в таежной зоне. Сыктывкар: Изд-во Коми НЦ УрО РАН, 2015. 140 с.
- Бахмет О.Н. Запасы углерода в почвах сосновых и еловых лесов Карелии // Лесоведение. 2018. № 1. С. 48–55. https://doi.org/10.7868/S0024114818010047
- Бахмет О.Н., Медведева М.В. Изменение свойств почв Карелии в процессе искусственного лесовосстановления // Лесоведение. 2013. № 3. С. 38–45.
- Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д., Мякишина Т.Н. Характеристика состояния микробного сообщества почвы по величине метаболического коэффициента // Почвоведение. 1995. № 2. С. 205–210.
- Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
- Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2021 г. Петрозаводск, 2022. 263 с.
- Гродницкая И.Д., Трефилова О.В., Шишикин А.С. Агрохимические и микробиологические свойства техногенных почв отвалов (Канско-Рыбинская котловина) // Почвоведение. 2010. № 7. С. 867–878.
- Добровольский Г.В., Бабьева И.П., Богатырев Л.Г. и др. Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. М.: Наука, 2003. 364 с.
- Долгая В.А., Бахмет О.Н. Свойства лесных подстилок на ранних этапах естественного лесовозобновления после сплошных рубок в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2021. № 1. С. 65–77. https://doi.org/10.31857/S0024114821010022
- Дубровина И.А., Мошкина Е.В., Туюнен А.В., Геникова Н.В., Карпечко А.Ю., Медведева М.В. Динамика свойств почв и экосистемные запасы углерода при разных типах землепользования (средняя тайга Карелии) // Почвоведение. 2022. № 9. C. 1112–1125. https://doi.org/10.31857/S0032180X22090052
- Завьялова Н.Е., Васбиева М.Т., Фомин Д.С. Микробная биомасса, дыхательная активность и азотфиксация в дерново-подзолистой почве Предуралья при различном сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 2020. № 3. С. 372–378. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030120
- Кадулин М.С., Копцик Г.Н. Изменения потока диоксида углерода из почв лесных экосистем под воздействием техногенного загрязнения в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1281–1292. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100075
- Костина Е.Э., Ахметова Г.В., Пеккоев А.Н., Харитонов В.А., Крышень А.М. Формирование растительного покрова при лесной рекультивации песчано-гравийного карьера в Республике Карелия // Растительные ресурсы. 2022. № 3. С. 290–310. https://doi.org/10.31857/S0033994622030074
- Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А., Благодатский С.А., Борисов А.В., Воронин П.Ю., Демкин В.А., Демкина Т.С., Евдокимов И.В., Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.В., Комаров А.С., Курганова И.Н., Ларионова А.А., Лопес де Гереню В.О., Уткин А.И., Чертов О.Г. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.
- Кузнецова А.И., Лукина Н.В., Горнов А.В., Горнова М.В., Тихонова Е.В., Смирнов В.Э., Данилова М.А., Тебенькова Д.Н., Браславская Т.Ю., Кузнецов В.А., Ткаченко Ю.Н., Геникова Н.В. Запасы углерода в песчаных почвах сосновых лесов на западе России // Почвоведение. 2020. № 8. С. 959–969. https://doi.org/10.31857/S0032180X20080109
- Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мостовая А.С., Овсепян Л.А., Телеснена В.М., Личко В.И., Баева Ю.И. Влияние процессов естественного лесовосстановления на микробиологическую активность пост-агрогенных почв европейской части России // Лесоведение. 2018. № 1. С. 3–23.
- Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Савин И.Ю., Шорохова Е.В. Баланс углерода в лесных экосистемах южного Подмосковья в условиях усиления засушливости климата // Лесоведение. 2016. № 5. С. 332–345.
- Курганова И.Н., Семенов В.М., Кудеяров В.Н. Климат и землепользование как ключевые факторы стабильности органического вещества в почвах // Доклады Академии наук. 2019. Т. 489. № 6. С. 646–650. https://doi.org/10.31857/S0869-56524896646-650
- Лиханова И.А., Кузнецова Е.Г., Лаптева Е.М., Денева С.В., Макеев Б.А. Почвообразование на карьерах после проведения лесной рекультивации в среднетаежной подзоне на европейском северо-востоке России // Почвоведение. 2021. № 4. С. 502–520. https://doi.org/10.31857/S0032180X21040109
- Лиханова И.А., Кузнецова Е.Г., Холопов Е.Г., Денева С.В., Лаптева Е.В. Почвенное органическое вещество и запасы углерода в почвах техногенных ландшафтов средней тайги европейского Северо-Востока России // Лесохозяйственная информация. 2022. № 3. C. 125–134.
- Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования техногенных экосистем Урала. Екатеринбург, 2003. 356 с.
- Медведева М.В., Бахмет О.Н., Ананьев В.А., Мошников С.А., Мамай А.В., Мошкина Е.В., Тимофеева В.В. Изменение биологической активности почв в хвойных насаждениях после пожара в средней тайге Карелии // Лесоведение. № 6. 2020. C. 560–574. https://doi.org/10.31857/S0024114820060066
- Мошкина Е.В., Бахмет О.Н., Медведева М.В., Карпечко А.Ю., Мамай А.В. Пространственно-временная динамика биологической активности почв в фитогенном поле сосны обыкновенной в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2022. № 4. С. 351–363. https://doi.org/10.31857/S0024114822040076
- Назарова Л.Е. Климатические условия на территории Карелии // Современные условия водоемов Севера. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2021. С. 7–16.
- Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель, 2011. 632 с.
- О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 г. Государственный доклад. М.: Минприроды России; МГУ им. М.В. Ломоносова, 2022. 684 с.
- Почикалов А.В., Ларин Я.А., Арешин А.В., Карелин Д.В. Компоненты бюджета углерода в лесных посадках при рекультивации открытых горных выработок // Лесоведение. 2015. № 6. С. 447–457.
- Разнообразие почв и биоразнообразие в лесных экосистемах средней тайги / Под ред. Федорец Н.Г. М.: Наука, 2006. 287 с.
- Семёнов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
- Сумина О.И. Формирование растительности на техногенных местообитаниях Крайнего Севера России. СПб, 2013. 340 с.
- Федорец Н.Г., Соколов А.И., Крышень А.М., Медведева М.В., Костина Е.Э. Формирование лесных сообществ на техногенных землях северо-запада таежной зоны России. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. 130 с.
- Ялынская Е.Е. CO₂-газообмен почвы и напочвенного покрова в сосняке черничном // Экология. 1999. № 6. С. 411–415.
- Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. P. 215–221.
- Anderson T.H., Domsch K.H. Rations of microbial biomass to total organic carbon in arable soils // Soil Biol. Biochem. 1989. V. 21. № 4. P. 471–479.
- Ashraf M.N., Waqas M.A., Rahman S. Microbial metabolic quotient is a dynamic indicator of soil health: trends, implications and perspectives (Review) // Eurasian Soil Sc. 2022. V. 55. P. 1794–1803. https://doi.org/10.1134/S1064229322700119
- Baldrian P. Forest microbiome: diversity, complexity and dynamics // FEMS Microbiology reviews. 2017. V. 41(2). P. 109–130. https://doi.org/10.1093/femsre/fuw040
- Boreal forests in the face of climate change / Girona M.M, Morin H., Gauthier S., Bergeron Y. Springer Cham., 2023. 837 p. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15988-6
- Borken W., Savage K., Davidson E., Trumbore S. Effects of experimental drought on soil respiration and radiocarbon efflux from a temperate forest soil // Glob. Chang. Biol. 2006. V. 12. P. 177–193. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2005.001058.x
- Chi J., Zhao P., Klosterhalfen A., Jocher G., Kljun N., Nilsson M., Peichl M. Forest floor fluxes drive differences in the carbon balance of contrasting boreal forest stands // Agric. For. Meteorol. 2021. V. 306. P. 108454. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108454
- Du Y., Wang Y.-P., Hui D., Su F., Yan J. Significant effects of precipitation frequency on soil respiration and its components – A global synthesis // Glob. Chang. Biol. 2023. V. 29. P. 1188–1205. https://doi.org/10.1111/gcb.16532
- Frouz J., Pižl V., Cienciala E., Kalčík J. Carbon storage in post-mining forest soil, the role of tree biomass and soil bioturbation // Biogeochemistry. 2009. V. 94. P. 111–121. https://doi.org/10.1007/s10533-009-9313-0
- Hursh A., Ballantyne A., Cooper L., Maneta M., Kimball J., Watts J. The sensitivity of soil respiration to soil temperature, moisture, and carbon supply at the global scale // Glob. Chang. Biol. 2017. V. 23(5). P. 2090–2103. https://doi.org/10.1111/gcb.13489
- Insam H., Domsch K.H. Relationship between soil organic carbon and microbial biomass on chronosequences of reclamation sites // Microb. Ecol. 1988. V. 15. P. 177–188.
- IPCC Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. 1535 p.
- Jian J., Steele M.K., Thomas R.Q., Day S.D., Hodges S.C. Constraining estimates of global soil respiration by quantifying sources of variability // Glob. Chang. Biol. 2018. V. 24(9). P. 4143–4159. https://doi.org/10.1111/gcb.14301
- Karelin D., Goryachkin S.V., Zazovskaya E.P., Shishkov V., Pochikalov A., Dolgikh A., Sirin A., Suvorov G., Badmaev N., Badmaeva N., Tsybenov Yu., Kulikov A., Danilov P., Savinov G., Desyatkin A., Desyatkin R., Kraev G. Greenhouse gas emission from the cold soils of Eurasia in natural settings and under human impact: controls on spatial variability // Geoderma Regional. 2020. V. 22. P. 00290. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2020.e00290
- LI-8100A. Automated soil CO₂flux system. LI-8150 Multiplexer. Instruction manual. Nebraska, 2012. 396 p.
- Liao C., Luo Y., Fang C., Li B. Ecosystem carbon stock influenced by plantation practice: Implications for planting forests as a measure of climate change mitigation // PLoS ONE. 2010. V.5(5). e10867. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0010867
- Lukina N., Kuznetsova A., Tikhonova E., Smirnov V., Danilova M., Gornov A., Bakhmet O., Kryshen A., Tebenkova D., Shashkov M., Knyazeva S. Linking forest vegetation and soil carbon stock in Northwestern Russia // Forests. 2020. № 11(979). Р. 1–19. https://doi.org/10.3390/f11090979
- Luo Y., Zhou X. Soil respiration and the environment. Elsevier, 2010. 333 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-088782-8.X5000-1
- Macdonald S.E., Landhäusser S.M., Skousen J., Franklin J., Frouz J., Hall S., Jacobs D.F., Quideau S. Forest restoration following surface mining disturbance: challenges and solutions // New Forests. 2015. V. 46. P. 703–732. https://doi.org/10.1007/s11056-015-9506-4
- Morén A.S., Lindroth A. CO₂exchange at the floor of a boreal forest // Agric. For. Meteorol. 2000. V. 101. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/S0168-1923(99)00160-4
- Mukhortova L., Schepaschenko D., Moltchanova E., Shvidenko A., Khabarov N., See L. Respiration of Russian soils: climatic drivers and response to climate change // Sci. Total Envir. 2021. V. 785. P. 147314. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147314
- Peel M.C., Finlayson B.L., McMahon T.A. Updated world map of the Koppen-Geiger climate classification // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2007. V. 11. P. 1633–1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007
- Turcotte I., Quideau S.A., Oh S.W. Organic matter quality in reclaimed boreal forest soils following oil sands mining // Org. Geochem. 2009. V. 40(4). P. 510–519. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2009.01.003
- Waring B., Neumann M., Prentice I.C., Adams M., Smith P., Siegert M. Forests and decarbonization – roles of natural and planted forests // Front. For. Glob. Change. V. 3(58). P 1–6. https://doi.org/10.3389/ffgc.2020.00058
- Wiesmeier M., Urbanski L., Hobley E., Lang B., von Lützow M., Marin-Spiotta E., van Wesemael B., Rabot E., Ließ M., Garcia-Franco N., Wollschläger U., Vogel H., Kögel-Knabner I. Soil organic carbon storage as a key function of soils – A review of drivers and indicators at various scales // Geoderma. 2019. V. 333. P. 149–162. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.07.026