Seasonal dynamics of methane emission from soils of wet forests: А case study of a mixed forest in the Moscow region

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Эмиссия метана из исследованных почв переувлажненных смешанных лесов в Московской области варьировала в диапазоне от -0.06 до 19,5 мгC × м-2 × ч-1, достигая максимальных значений в летние месяцы с обильными осадками и минимальных – зимой. Обнаружение значительных удельных потоков метана из переувлажненных почв лесов (порядка одной трети типичных «болотных» удельных потоков) требует пересмотра роли лесов в общем балансе СН4 в современный период и тем более при прогнозируемом изменении климата.

Об авторах

R. A. Runkov

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет

Email: m_glagolev@mail.ru
Россия, Москва; Ханты-Мансийск

M. V. Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет; Институт лесоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: m_glagolev@mail.ru
Россия, Москва; Ханты-Мансийск; пос. Успенское (Московская обл.)

A. F. Sabrekov

Югорский государственный университет

Email: m_glagolev@mail.ru
Россия, Ханты-Мансийск

D. V. Ilyasov

Югорский государственный университет

Email: m_glagolev@mail.ru
Россия, Ханты-Мансийск

Список литературы

  1. Adamsen A.P.S., King G.M. 1993. Methane Consumption in Temperate and Subarctic Forest Soils: Rates, Vertical Zonation, and Responses to Water and Nitrogen. Applied and Environmental Microbiology, 59(2): 485-490.
  2. Albritton D.L., Allen M.R., Baede A.P.M., Church J.A., Cubasch U., Xiaosu D., Yihui D., Ehhalt D.H., Folland C.K., Giorgi F., Gregory J.M., Griggs D.J., Haywood J.M., Hewitson B., Houghton J.T., House J.I., Hulme M., Isaksen I., Jaramillo V.J., Jayaraman A., Johnson C.A., Joos F., Joussaume S., Karl T., Karoly D.J., Kheshgi H.S., Le Quéré C., Maskell K., Mata L.J., McAvaney B.J., McFarland M., Mearns L.O., Meehl G.A., Meira-Filho L.G., Meleshko V.P., Mitchell J.F.B., Moore B., Mugara R.K., Noguer M., Nyenzi B.S., Oppenheimer M., Penner J.E., Pollonais S., Prather M., Prentice I.C., Ramaswamy V., Ramirez-Rojas A., Raper S.C.B., Salinger M.J., Scholes R.J., Solomon S., Stocker T.F., Stone J.M.R., Stouffer R.J., Trenberth K.E., Wang M.-X., Watson R.T., Yap K.S., Zillman J. 2001. Observed Climate Variability and Change. In: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Houghton J.T., Ding Y., Griggs D.J., Noguer M., van der Linden P.J., Dai X., Maskell K., Johnson C.A. (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 881 pp.
  3. Ambus P., Christensen S. 1995. Spatial and Seasonal Nitrous Oxide and Methane Fluxes in Danish Forest-, Grassland-, and Agroecosystems. Journal of Environ. Qual., 24: 993-1001.
  4. Ambus P., Robertson G.P. 2006. The effect of increased N deposition on nitrous oxide, methane and carbon dioxide fluxes from unmanaged forest and grassland communities in Michigan. Biogeochemistry, 79: 315-337. doi: 10.1007/s10533-005-5313-x
  5. Aronson E.L., Vann D.R., Helliker B.R. 2012. Methane flux response to nitrogen amendment in an upland pine forest soil and riparian zone, J. Geophys. Res., 117: G03012. doi: 10.1029/2012JG001962
  6. Anderson B., Bartlett K., Frolking S., Hayhoe K., Jenkins J., Salas W. 2010. Methane and Nitrous Oxide Emissions from Natural Sources. Office of Atmospheric Programs, US EPA, EPA 430-R-10-001, Washington.
  7. Barthel M., Bauters M., Baumgartner S., Drake T.W., Bey N.M., Bush G., Boeckx P., Botefa C.I., Dériaz N., Ekamba G.L., Gallarotti N., Mbayu F.M., Mugula J.K, Makelele I.A., Mbongo C.E., Mohn J., Mandea J.Z., Mpambi D.M., Ntaboba L.C., Rukeza M.B., Spencer R.G.M., Summerauer L., Vanlauwe B., Van Oost K., Wolf B., Six J. 2022. Low N2O and variable CH4 fluxes from tropical forest soils of the Congo Basin. Nature Communications, 13: 330. doi: 10.1038/s41467-022-27978-6
  8. Bartlett K.B., Harriss R.C. 1993. Review and assessment of methane emissions from wetlands. Chemosphere, 26(1-4): 261-320.
  9. Berdin V.H., Gritsevich I.G., Kokorin A.O., Fedorov Ju.N. 2004. Greenhouse gases – a global environmental resource: A Reference guide. World Wide Fund for Nature of Russia, NOPPU, Moscow, 137 pp. (in Russian). [Бердин В.Х., Грицевич И.Г., Кокорин А.О., Федоров Ю.Н. 2004. Парниковые газы – глобальный экологический ресурс: Справочное пособие. Москва: Всемирный фонд природы России, НОПППУ. 137 c.]
  10. Bohn T.J., Lettenmaier D.P., Sathulur K., Bowling L.C., Podest E., McDonald K.C., Friborg T. 2007. Methane emissions from western Siberian wetlands: heterogeneity and sensitivity to climate change. Environmental Research Letters, 2(4): 045015. doi: 10.1088/1748-9326/2/4/045015
  11. Butlers A., Lazdiņš A., Kalēja S., Purviņa D., Spalva G., Saule G. and Bārdule A. 2023. CH4 and N2O Emissions of Undrained and Drained Nutrient-Rich Organic Forest Soil, Forests, 14: 1390. doi: 10.3390/f14071390
  12. Cao M., Marshall S., Gregson K. 1996. Global carbon exchange and methane emissions from natural wetlands: Application of a process-based model. Journal of Geophysical Research, 101(D9): 14399-14414.
  13. Conrad R. 2008. Temperature effects on methanogenic microbial communities. In: Microbes and the environment: Perspectives and challenges, (S.J. Liu, H.L. Drake, eds.), pp. 35-40. Science Press, Beijing.
  14. Davidson S.J., Davies M.A., Wegener E., Claussen S., Schmidt M., Peacock M., Strack M. 2024. Carbon stocks and fluxes from a boreal conifer swamp: Filling a knowledge gap for understanding the boreal C cycle. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 129: e2024JG008005. doi: 10.1029/2024JG008005
  15. Davydov D.K., Dyachkova A.V., Simonenkov D.V., Fofonov А.V., Maksutov S.S. 2021. Application of the automated chamber method for longterm measurements CO2 and CH4 fluxes from wetland ecosystems of the West Siberia. Environmental Dynamics and Global Climate Change, 12(1): 5-14.
  16. Evgrafova S.Yu., Grodnitskaya I.D., Krinitsyn Yu.O., Syrtsov S.N., Masyagina O.V. 2010. Methane emissions from the soil surface in tundra and forest ecosystems of Siberia. Vestnik KrasGAU, 12: 80-86 (in Russian). [Евграфова С.Ю., Гродницкая И.Д., Криницын Ю.О., Сырцов С.Н., Масягина О.В. 2010. Эмиссия метана с поверхности почвы в тундровых и лесных экосистемах Cибири // Вестник КрасГАУ. № 12. С. 80-86].
  17. Frolking S., Crill P. 1994. Climate controls on temporal variability of methane flux from a poor fen in southeastern New Hampshire: Measurement and modeling. Global Biogeochemical Cycles, 8: 385-397.
  18. Gasche R., Papen H., Rennenberg H. (eds.). 2002. Trace Gas Exchange in Forest Ecosystems. Springer, Dordrecht. doi: 10.1007/978-94-015-9856-9.
  19. Gauci V., Pangala S.R., Shenkin A., Barba J., Bastviken D., Figueiredo V., Malhi Y. 2024. Global atmospheric methane uptake by upland tree woody surfaces. Nature. 631: 796-800.
  20. Glagolev M.V. 2010. Emission of CH4 from peat soils of Western Siberia: from soil profile to region: Diss. … Cand. Biol. Sciences. Moscow, 211 pp. (In Russian). [Глаголев М.В. 2010. Эмиссия СН4 болотными почвами Западной Сибири: от почвенного профиля до региона: дис. … канд. биол. наук. М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ). 211 c.]
  21. Glagolev M.V., Ilyasov D.V., Terentyeva I.E. Sabrekov A.F. Krasnov O.A. Maksyutov S.S. 2017. Methane and carbon dioxide flows in the waterlogged forests of Western Siberian southern and middle taiga subzones. Optika Atmosfery i Okeana, 30(4): 301-309 (in Russian). [Глаголев М.В., Ильясов Д.В., Терентьева И.Е. Сабреков А.Ф. Краснов О.А. Максютов Ш.Ш. 2017. Потоки метана и диоксида углерода в заболоченных лесах южной и средней тайги Западной Сибири // Оптика атмосферы и океана. Т. 30. № 4. С. 301-309].
  22. Glagolev M.V., Ilyasov D.V., Terentieva I.E., Sabrekov A.F., Mochenov S.Yu, Maksutov S.S. 2018. Methane and carbon dioxide fluxes in the waterlogged forests of south and middle taiga of Western Siberia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 138: 012005.
  23. Glagolev M., Inisheva L., Lebedev V., Naumov A., Dement’eva T., Golovatskaja E., Erohin V., Shnyrev N., Nozhevnikova A. 2001. The Emission of CO2 and CH4 in Geochemically Similar Oligotrophic Landscapes of West Siberia. In: Proceedings of the Ninth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 2000, (M. Fukuda, Y. Kobayashi, eds.). Kohsoku Printing Center, Sapporo, pp. 112-119.
  24. Glagolev M.V., Kleptsova I.E. 2009. Methane emission in the forest-tundra: towards the “standard model” (Aa2) for West Siberia. Tomsk State Pedagogical University Bulletin, 3(81): 77-81 (In Russian). [Глаголев М.В., Клепцова И.Е. 2009. Эмиссия метана в лесотундре: к созданию «стандартной модели» (Аа2) для Западной Сибири // Вестник Томского государственного педагогического университета. № 3(81). С. 77-81].
  25. Glagolev M.V., Panikov N.S., Inoue G. 1998. Modeling of methane emission to atmosphere in West Siberian wetland (Bakchar bog, Tomsk area). In: Proceedings of Sixth Symposium on the Joint Permafrost Studies between Japan and Russia in 1997 (S. Mori, Y. Kanazawa, Y. Matsuura, G. Inoue, eds.). Isebu, Tsukuba, pp. 175-190.
  26. Glagolev M.V., Sabrekov A.F. 2012. Determination of gas exchange on the border between ecosystem and atmosphere: Inverse modeling, Mathematical Biology and Bioinformatics, 7(1): 81-101 (In Russian). [Глаголев М.В., Сабреков А.Ф. 2012. Идентификация газообмена на границе экосистема/атмосфера: метод обратной задачи // Математическая биология и биоинформатика. Т. 7. № 1. С. 81-101].
  27. Glagolev M.V., Sabrekov A.F., Kleptsova I.E., Filippov I.V., Lapshina E.D., Machida T., Maksyutov Sh.Sh. 2012. Methane emission from bogs in the subtaiga of Western Siberia: The development of Standard Model. Eurasian Soil Science, 45(10): 947-957. doi: 10.1134/S106422931210002X
  28. Glagolev M.V., Shnyrev N.A. 2007. Dynamics of methane emission from natural wetlands in the summer and fall seasons (case study in the south of Tomsk oblast). Moscow university soil science bulletin, 62(1): 7-14. doi: 10.3103/S0147687407010024.
  29. Haas-Laursen D.E., Harley D.E., Prinn R.C. 1996. Optimizing an inverse method to deduce time-varying emissions of trace gases. Journal of Geophysical Research, 101(D17): 22823-22831.
  30. Hein R., Crutzen P.J., Heimann M. 1997. An inverse modeling approach to investigate the global atmospheric methane cycle. Global Biogeochemical Cycles, 11(1): 43-76.
  31. Ilyasov D.V., Mochenov S.Y., Rokova A.I., Glagolev M.V., Kupriianova I.V., Suvorov G.G., Sabrekov A.F., Terentieva I.E. 2023. Moscow region’s swamp forests mapping for inventory of CH4 and CO2 fluxes. Environmental Dynamics and Global Climate Change, 14(2): 116-131. doi: 10.18822/edgcc568952
  32. IPCC. 2023. Summary for Policymakers. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, (H. Lee, J. Romero, eds.), pp. 1-34. IPCC, Geneva, Switzerland. doi: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001
  33. Karol I.L., Kiselev A.A. 2004. Atmospheric methane and global climate. Priroda, 7: 47-52 (in Russian). [Кароль И.Л., Киселев А.А. 2004. Атмосферный метан и глобальный климат // Природа. № 7. C. 47-52].
  34. Khromov S.P., Mamontova L.I. 1974. Meteorological Dictionary. Gidrometeoizdat, Leningrad (in Russian). [Хромов С.П., Мамонтова Л.И. 1974. Метеорологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат].
  35. Kirschke S., Bousquet P., Ciais P., Saunois M., Canadell J., Dlugokencky E., Bergamaschi P., Bergmann D., Blake D., Bruhwiler L., Cameron-Smith P., Castaldi S., Chevallier F., Feng L., Fraser A., Heimann M., Hodson E., Houweling S., Josse B., Zeng G. 2013. Three decades of global methane sources and sinks. Nature Geoscience, 6: 813-823. doi: 10.1038/ngeo1955
  36. Mander Ü., Maddison M., Soosaar K., Karabelnik K. 2011. The Impact of Pulsing Hydrology and Fluctuating Water Table on Greenhouse Gas Emissions from Constructed Wetlands. Wetlands, 31: 1023-1032. doi: 10.1007/s13157-011-0218-z
  37. Matthews E., Fung I. 1987. Methane emission from natural wetlands: global distribution, area, and environmental characteristics of sources. Global Biogeochemical Cycles, 1: 61-86.
  38. Mochenov S.Yu., Churkina A.I., Sabrekov S.F., Glagolev M.V., Il’yasov D.V., Terentieva I.E., Maksyutov S.S. 2018. Soils in seasonally flooded forests as methane sources: A case study of West Siberian South taiga. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 138(1): 012012.
  39. Moore T.R., Dalva M. 1993. The influence of temperature and water table position on carbon dioxide and methane emissions from laboratory columns of peatland soils. Journal of Soil Science, 44: 651-664.
  40. Pangala S.R., Moore S., Hornibrook E.R.C., Gauci V. 2013. Trees are major conduits for methane egress from tropical forested wetlands. New Phytologist, 197(2): 524-531.
  41. Purvaja R., Ramesh R., Frenzel P. 2004. Plant mediated methane emission from an Indian mangrove. Global Change Biology, 10(11): 1825-1834.
  42. Rusch H., Rennenberg H. 1998. Black alder (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) trees mediate methane and nitrous oxide emission from the soil to the atmosphere. Plant and Soil, 201: 1-7. doi: 10.1023/A:1004331521059
  43. Sabrekov A.F., Filippov I.V., Dyukarev E.A., Zarov E.A., Kaverin A.A., Glagolev M.V., Terentieva I.E., Lapshina E.D. 2022. Hot spots of methane emission in West Siberian middle taiga wetlands disturbed by petroleum extraction activities. Environmental Dynamics and Global Climate Change, 13(3): 142-155. doi: 10.18822/edgcc121107
  44. Sabrekov A.F., Kleptsova I.E., Glagolev M.V., Maksyutov Sh.Sh., Machida T. 2011. Methane emission from middle taiga oligotrophic hollows of Western Siberia. Tomsk State Pedagogical University Bulletin, 5(107): 135-143.
  45. Saunois M., Stavert A.R., Poulter B., Bousquet P., Canadell J.G., Jackson R.B., Raymond P.A., Dlugokencky E.J., Houweling S., Patra P.K., Ciais P., Arora V.K., Bastviken D., Bergamaschi P., Blake D.R., Brailsford G., Bruhwiler L., Carlson K.M., Carrol M., Castaldi S., Chandra N., Crevoisier C., Crill P.M., Covey K., Curry C.L., Etiope G., Frankenberg C., Gedney N., Hegglin M. I., Höglund-Isaksson L., Hugelius G., Ishizawa M., Ito A., Janssens-Maenhout G., Jensen K.M., Joos F., Kleinen T., Krummel P.B., Langenfelds R.L., Laruelle G.G., Liu L., Machida T., Maksyutov S., McDonald K.C., McNorton J., Miller P.A., Melton J.R., Morino I., Müller J., Murguia-Flores F., Naik V., Niwa Y., Noce S., O'Doherty S., Parker R.J., Peng C., Peng S., Peters G.P., Prigent C., Prinn R., Ramonet M., Regnier P., Riley W.J., Rosentreter J.A., Segers A., Simpson I.J., Shi H., Smith S.J., Steele L.P., Thornton B.F., Tian H., Tohjima Y., Tubiello F.N., Tsuruta A., Viovy N., Voulgarakis A., Weber T.S., van Weele M., van der Werf G.R., Weiss R.F., Worthy D., Wunch D., Yin Y., Yoshida Y., Zhang W., Zhang Z., Zhao Y., Zheng B., Zhu Q., Zhu Q., Zhuang Q. 2020. The Global Methane Budget 2000-2017. Earth Syst. Sci. Data, 12: 1561-1623. doi: 10.5194/essd-12-1561-2020
  46. Semenov S.M., Govor I.L., Uvarova N.E. 2018. The Role of Methane in Modern Climate Change. IGKE, Moscow, 106 pp. (in Russian). [Семенов С.М., Говор И.Л., Уварова Н.Е. 2018. Роль метана в современном изменении климата. Москва, ИГКЭ. 106 c.]. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_50262491_34181954.pdf
  47. Shein E.V. 2005. Course of Soil Physics. Publishing House of Moscow State University, Moscow, 432 pp. (in Russian). [Шеин Е.В. 2005. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ. 432 c.].
  48. Shestakov I.E. 2013. Allocation of valuable soil objects on the territory of perm city within the limits of ecological network. Anthropogenic transformation of the natural environment, 1: 86-90. [Electronic resource], available at the link (in Russian). [Shestakov I.E. 2013. выделение ценных почвенных объектов на территории г. Перми в рамках действующей сети ООПТ // Антропогенная трансформация природной среды. № 1. С. 86-90. [Электронный ресурс], доступен по ссылке] URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_25284318_17070748.pdf (Дата обращения: [27.12.2023]).
  49. Sjögersten S., Siegenthaler A., Lopez OR., Aplin P., Turner B., Gauci V. 2019. Methane emissions from tree stems in neotropical peatlands. New Phytol., 225(2): 769-781. doi: 10.1111/nph.16178
  50. Sokolova T.A., Shoba S.A., Bgantsev V.N., Urusevskaya I.S. 1987. Profiling and intra-horizon differentiation of clay material in derno-podzolic soils on moraine. Pochvovedenie, 6: 38-48. [Соколова Т.А., Шоба С.А., Бганцов В.Н., Урусевская И.С. 1987. Профильная и внутригоризонтальная дифференциация глинистого материала в дерново-подзолистых почвах на морене // Почвоведение. № 6. С. 38-48].
  51. Vompersky S.E., Sirin A.A., Sal’nikov A.A., Tsyganova O.P., Valyaeva N.A. 2011. Estimation of forest cover extent over peatlands and paludified shallow-peat lands in Russia. Contemporary Problems of Ecology, 4(7): 734-741
  52. Warneck P. 1988. Chemistry of the Natural Atmosphere. Acad. Press, N.Y. P. 757.
  53. Wiegel J. 1990. Temperature spans for growth: hypothesis and discussion. FEMS Microbiology Reviews. 75: 155-169. doi: 10.1111/j.1574-6968.1990.tb04092.x
  54. World Meteorological Organization (WMO). 1994. Scientific Assessment of Ozone Depletion. Report № 37.
  55. Zona D., Oechel W.C., Kochendorfer J., Paw U K.T., Salyuk A.N., Olivas P.C., Oberbauer S.F., Lipson D.A. 2009. Methane fluxes during the initiation of a large-scale water table manipulation experiment in the Alaskan Arctic tundra. Global Biogeochem. Cycles, 23: GB2013. doi: 10.1029/2009GB003487

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Runkov R.A., Glagolev M.V., Sabrekov A.F., Ilyasov D.V., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).