Дыхание почвы в условиях кратковременной засухи на примере типичных болотных экосистем средней тайги Западной Сибири

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представлены результаты оценки отклика почвенного дыхания (Rsoil) на засуху на примере шести типичных для средней тайги Западной Сибири олиготрофных болотных биотопов: мочажин с доминированием Eriophorum vaginatum и Scheuchzeria palustris соответственно (мочажина Е, мочажина Ш), сфагнового болота с редкими низкими соснами (открытое болото), олиготрофных гряд, покрытых низкорослой сосной (гряда), и облесенного сосново-кустарничково-сфагнового болота (рослый рям и рям). Для этого была использована регрессионная модель связи Rsoil с уровнем болотных вод, позволившая получить кумулятивное почвенное дыхание с июня по август 2021 и 2022 гг. В засушливом 2022 г. значение кумулятивного Rsoil(кум) возрастало в ряду от увлажненных участков к более дренированным: мочажина Е, мочажина Ш, открытое болото, гряда, рослый рям и рям: 135 ± 2.3, 139 ± 2.4, 275 ± 7.8, 279 ± 7.5, 466 ± 16.4, 510 ± 18.5 г C/ (м2 сезон) соответственно (среднее ± стандартное отклонение). Экстремально малое количество осадков (6 мм), выпавших в июле 2022 г., привело к резкому уменьшению уровня болотных вод в августе и росту Rsoil(кум) в исследованных биотопах на 29–54% по сравнению с аналогичным периодом 2021 г. В то же время наиболее интенсивный рост Rsoil при падении уровня болотных вод наблюдался на окраине болотного массива (участки рослый рям, рям и открытое болото) в отличие от его центральных участков.

Об авторах

А. В. Ниязова

Югорский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8480-9557
Россия, Ханты-Мансийск

Д. В. Ильясов

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

М. В. Глаголев

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

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск; Москва; Успенское

Ю. В. Куприянова

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

А. А. Каверин

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

А. Ф. Сабреков

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

Т. А. Новикова

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

А. В. Каверина

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

И. В. Филиппов

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

Е. Д. Лапшина

Югорский государственный университет

Email: a_meshcheryakova@ugrasu.ru
Россия, Ханты-Мансийск

Список литературы

  1. Алферов А.М., Блинов В.Г., Гитарский М.Л., Грабар В.А., Замолодчиков Д.Г., Зинченко А.В., Иванова Н.П. и др. Мониторинг потоков парниковых газов в природных экосистемах. Саратов: Амирит, 2017. 279 с.
  2. Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Запасы углерода органических соединений в почвах Российской Федерации // Почвоведение. 1995. № 1. С. 21–32.
  3. Ваганов Е.А., Ведрова Э.Ф., Верховец С.В., Ефремов С.П., Ефремова Т.Т., Круглов В.Б., Шибистова О.Б. Леса и болота Сибири в глобальном цикле углерода // Сибирский экологический журнал. 2005. Т. 12. № 4. С. 631–649.
  4. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика: Практический курс. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. 720 с.
  5. Вомперский С.Э. Роль болот в круговороте углерода // Чтения памяти академика В.Н. Сукачева. XI Биогеоценотические особенности болот и их рациональное использование. М.: Наука, 1994. 37 с.
  6. Вомперский С.Э., Сирин А.А., Сальников А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А. Облесенность болот и заболоченных земель России // Лесоведение. 2011. № 5. С. 3–11.
  7. Вомперский С.Э., Сирин А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Майков Д.А. Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия // Известия РАН. Сер. Географическая. 2005. № 5. С. 39–50.
  8. Глухова Т.В., Вомперский С.Э., Ковалев А.Г. Эмиссия СО2 с поверхности олиготрофных болот южно-таежной зоны европейской территории России с учетом микрорельефа // Почвоведение. 2014. № 1. С. 48–57.
  9. Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А. Влияние факторов среды на эмиссию СО2 с поверхности олиготрофных торфяных почв Западной Сибири // Почвоведение. 2012. № 6. С. 658–667.
  10. Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А., Веретенникова Е.Э., Никонова Л.Г., Смирнов С.В. Оценка динамики баланса углерода в болотах южнотаежной подзоны Западной Сибири (Томская область) // Почвы и окружающая среда. 2022. Т. 5. № 4. С. 194–212.
  11. Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Тимофеева М.В., Сефилян А.Р. Оценка вклада корневого и микробного дыхания в общий поток СО2 из торфяных почв и подзолов севера Западной Сибири методом интеграции компонентов // Почвоведение. 2019. № 2. С. 234–245. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020059
  12. Ефремов С.П., Ефремова Т.Т., Мелентьева Н.В. Запасы углерода в экосистемах болот // Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск: ВЦ СО РАН, 1994. С. 128–139.
  13. Заварзин Г.А. Цикл углерода в природных экосистемах России // Природа. 1994. № 7. С. 15–18.
  14. Земцов А.А. Болота Западной Сибири – их роль в биосфере. Томск: ТГУ, СибНИИТ, 2000. 72 с.
  15. Икконен Е.Н. Интенсивность дыхания корней Eriophorum vaginatum (Cyperaceae) // Ботанический журнал. 2007. Т. 92. № 4. С. 524–531.
  16. Лавров C.А., Курбатова Ю.А. Математическое моделирование тепловлагообмена и потоков СО2 на поверхности верхового болота // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. № 5. С. 63–645.
  17. Молчанов А.Г., Ольчев А.В. Модель газообмена CO2 сфагнового верхового болота // Компьютерные исследования и моделирование. 2016. Т. 8. № 2. С. 369–377. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2016-8-2-369-377
  18. Национальный атлас почв Российской Федерации / Под ред. Шобы С.А. М.: Астрель, 2011. 632 с.
  19. Ольчев А.В., Курбатова Ю.А., Варлагин А.В., Выгодкая Н.Н. Модельный подход для описания переноса СО2 между лесными экосистемами и атмосферой // Лесоведение. 2008. № 3. С. 3–13.
  20. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России М.: Наука, 2007. 315 с.
  21. Соколов А.В., Мамкин В.В., Авилов В.К., Тарасов Д.Л., Курбатова Ю.А., Ольчев А.В. Применение метода сбалансированной идентификации для заполнения пропусков в рядах наблюдений за потоками СО2 на сфагновом верховом болоте // Компьютерные исследования и моделирование. 2019. Т. 11. № 1. С. 153–171. https://doi.org/10.20537/2076- 7633-2019-11-1-153-171
  22. Amaral J.A., Knowles R. Methane metabolism in a temperate swamp // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. № 11. P. 3945–3951. https://doi.org/10.1128/aem.60.11.3945-3951.1994
  23. Alekseychik P., Mammarella I., Karpov D., Dengel S., Terentieva I., Sabrekov A., Glagolev M., Lapshina E. Net ecosystem exchange and energy fluxes measured with the eddy covariance technique in a western Siberian bog // Atmospheric Chem. Phys. 2017. V. 17. № 15. P. 9333–9345. https://doi.org/10.5194/acp-17-9333-2017
  24. Chimner R.A., Cooper D.J. Influence of water table levels on CO2 emissions in a Colorado subalpine fen: an in situ microcosm study // Soil Biol. Biochem. 2003. V. 35. № 3. P. 345–351. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(02)00284-5
  25. Crow S.E., Wieder R.K. Sources of CO2 emission from a northern peatland: root respiration, exudation, and decomposition // Ecology. 2005. V. 86. № 7. P. 1825–1834. https://doi.org/10.1890/04-1575
  26. Davydov D.K., Dyachkova A.V., Simonenkov D.V., Fofonov A.V., Maksutov S.S. 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. 2021. V. 12. № 1. P. 5-14. https://doi.org/10.17816/edgcc48700
  27. Dimitrov D.D. Grant R.F., Lafleur P.M., Humphreys E.R. Modeling the effects of hydrology on ecosystem respiration at Mer Bleue bog // J. Geophys. Research: Biogeosciences. 2010. V. 115. № G4. P. G04043. https://doi.org/10.1029/2010JG001312
  28. Dyukarev E., Zarov E., Alekseychik P., Nijp J., Filippova N., Mammarella I., Filippov I., Bleuten W., Khoroshavin V., Ganasevich G., Meshcheryakova A., Vesala T., Lapshina E. The Multiscale Monitoring of Peatland Ecosystem Carbon Cycling in the Middle Taiga Zone of Western Siberia: The Mukhrino Bog Case Study // Land. 2021. V. 10. № 8. P. 824. https://doi.org/10.3390/land10080824.
  29. Dyukarev E., Filippova N., Karpov D., Shnyrev N., Zarov E., Filippov I., Voropay N., Avilov V., Artamonov A., Lapshina E. Hydrometeorological dataset of West Siberian boreal peatland: A 10-year records from the Mukhrino field station // Earth System Science Data. 2021. V. 13. № 6. P. 2595–2605. https://doi.org/10.5194/essd-13-2595-2021
  30. Glagolev M.V., Ilyasov D.V., Terentieva I.E., Sabrekov A.F., Mochenov S.Yu., Maksutov S.S. Methane and carbon dioxide fluxes in the waterlogged forests of south and middle taiga of Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. V. 138. P. 012005. https://doi.org/:10.1088/1755-1315/138/1/012005
  31. Glagolev M.V., Sabrekov A.F. On several ill-posed and ill-conditioned mathematical problems of soil physics // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 368. P. 012011. https://doi.org/10.1088/1755-1315/368/1/012011
  32. Glagolev M.V., Sabrekov A.F., Kleptsova I.E., Filippov I.V., Lapshina E.D., Machida T., Maksyutov Sh.Sh. Methane Emission from Bogs in the Subtaiga of Western Siberia: The Development of Standard Model // Eurasian Soil Science. 2012. V. 45. № 10. P. 947-957. https://doi.org/10.1134/S106422931210002X
  33. Glukhova T.V. Ilyasov D.V., Vompersky S.E., Golovchenko A.V., Manucharova N.A., Stepanov A. L. Soil respiration in alder swamp (Alnus glutinosa) in southern taiga of European Russia depending on microrelief // Forests. 2021. V. 12. № 4. P. 496. https://doi.org/10.3390/f12040496
  34. Gorham E. Northern Peatlands: Role in the Carbon Cycle and Probable Responses to Climatic Warming // Ecological Applications. 1991. V. 1. № 2. Р. 182–195. https://doi.org/10.2307/1941811
  35. Goulden M.L., Munger J.W., Fan S.M., Daube B.C., Wofsy S.C. Measurements of carbon sequestration by long-term eddy covariance: methods and a critical evaluation of accuracy // Global change biology. 1996. V. 2. № 3. P. 169–182. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.1996.tb00070.x
  36. Hamilton J.G., DeLucia E.H., Naidu S.L, Finzi A.C., Schlesinger W.H Forest carbon balance under elevated CO2 // Oecologia. 2002. V. 131. P. 250–260. https://doi.org/10.1007/s00442-002-0884-x
  37. Harriss R.C., Sebacher D.I. Methane flux in forested freshwater swamps of the southeastern United States // Geophys. Research Lett. 1981. V. 8. № 9. P. 1002–1004. https://doi.org/10.1029/GL008i009p01002
  38. Heinemeyer A., Di Bene C., Lloyd A.R., Tortorella D., Baxter R., Huntley B. et al. Soil respiration: Implications of the plant–soil continuum and respiration chamber collar–insertion depth on measurement and modelling of soil CO2 efflux rates in three ecosystems // Eur. J. Soil Sci. 2011. V. 62. № 1. P. 82–94.
  39. Hutchinson G.L., Mosier A.R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. P. 311–316.
  40. Ilyasov D.V., Meshcheryakova A.V., Glagolev M.V., Kupriianova I.V., Kaverin A.A., Sabrekov A.F., Lapshina E.D. Field-Layer Vegetation and Water Table Level as a Proxy of CO2 Exchange in the West Siberian Boreal Bog // Land. 2023. V. 12. № 3. P. 566. https://doi.org/10.3390/land12030566
  41. IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2022. 3056 p. https://doi.org/10.1017/9781009325844.
  42. Ivanov K.E., Novikov S. Mires of Western Siberia, Their Structure and Hydrological Regime. Hydrometeoizdat, Leningrad. 1976. 448 р.
  43. Kupriianova I.V., Kaverin A.A., Filippov I.V., Ilyasov D.V., Lapshina E.D., Logunova E.V., Kulyabin M.F. The main physical and geographical characteristics of the Mukhrino field station area and its surroundings // Environmental Dynamics and Global Climate Change. 2022. V. 13. № 4. P. 215–252. https://doi.org/10.18822/edgcc240049
  44. Kurbatova J., Tatarinov F., Molchanov A., Varlagin A. Partitioning of ecosystem respiration in a paludified shallow-peat spruce forest in the southern taiga of European Russia // Environ. Res. Lett. 2013. V. 8. № 4. P. 045028.https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/4/045028
  45. Lavigne M.B., Ryan M.G., Anderson L. Comparing nocturnal eddy covariance measurements to estimates of ecosystem respiration made by sealing chamber measurements // J. Geophys. Research Atmospheres. 1997. V. 102. № D24. P. 28977–28985. https://doi.org/10.1029/97JD01173
  46. Law B.E., Ryan M.G., Anthoni P.M. Seasonal and annual respiration of a ponderosa pine ecosystem // Global Change Biology. 1999. V. 5. P. 169–182. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.1999.00214.x
  47. Moore T.R., Knowles R. Methane emissions from fen, bog and swamp peatlands in Quebec // Biogeochemistry. 1990. V. 11. № 1. P. 45–61. https://doi.org/10.1007/BF00000851
  48. Munir T.M., Khadka B., Xu B., Strack M. Partitioning forest-floor respiration into source based emissions in a boreal forested bog: Responses to experimental drought // Forests. 2017. V. 8. № 3. P. 75. https://doi.org/10.3390/f8030075
  49. Nozhevnikova A., Glagolev M., Nekrasova V., Einola J., Sormunen K., Rintala J. The analysis of methods for measurement of methane oxidation in landfills // Water Sci. Technol. 2003. V. 48. № 4. P. 45–52.
  50. Ojanen P., Minkkinen K., Lohila A., Badorek T., Penttilä T. Chamber measured soil respiration: A useful tool for estimating the carbon balance of peatland forest soils? // Forest Ecology and Management. 2012. V. 277. P. 132–140.
  51. Titlyanova A.A., Bulavko G.I., Kudryashova S.Ya., Naumov A.V., Smirnov V.V., Tanasienko A.A. The Reserves and Losses of Organic Carbon in the Soils of Siberia // Eurasian Soil Science. 1998. V. 31. № 1. P. 45–53.
  52. Wang K.Y., Kellomaki S., Zha T.S., Peltola H. Component carbon fluxes and their contribution to ecosystem carbon exchange in a pine forest: an assessment based on eddy covariance measurements and an integrated model // Tree Physiology. 2004. V. 24. № 1. P. 19–34. https://doi.org/10.1093/treephys/24.1.19
  53. Yurova A., Wolf A., Sagerfors J., Nilsson M. Variations in net ecosystem exchange of carbon dioxide in a boreal mire: Modeling mechanisms linked to water table position // J. Geophysical Res. 2007. V. 112. P. G02025. https://doi.org/10.1029/2006JG000342
  54. Zarov E.A., Jacotot A., Kulik A.A., Gogo S.S., Lapshina E.D., Dyukarev E.A. The carbon dioxide fluxes at the open-top chambers experiment on the ombrotrophic bog (Mukhrino field station) // Environmental Dynamics and Global Climate Change. 2022. V. 13. № 4. P. 194-201. https://doi.org/10.18822/edgcc168830

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Местоположение объектов проведения исследований: на врезке слева показана бореальная зона [41], справа – фотографии изученных биотопов

Скачать (578KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Среднемноголетние осадки и температура воздуха, усредненные на основе данных метеостанций (г. Ханты-Мансийск, Ивдель и Угут) за период с 1991 по 2022 г.

Скачать (120KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты моделирования почвенного дыхания на основе зависимости от уровня болотных вод: а – суммарное почвенное дыхание (Rsoil(кум)), за период с июня по август 2022 г.; b – уровень болотных вод за этот же период; c – столбчатая диаграмма суммарного почвенного дыхания в шести биотопах

Скачать (237KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты моделирования почвенного дыхания на основе зависимости от уровня болотных вод: а – суммарное почвенное дыхание (Rsoil(кум)), за период с июня по август 2021 г.; b – уровень болотных вод за этот же период; c – столбчатая диаграмма суммарного почвенного дыхания в шести биотопах

Скачать (247KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024