Геохимические особенности торфяной залежи олиготрофного болота и пулов углерода

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрена взаимосвязь распределения углерода в торфяной залежи олиготрофного болота с физико-химическими параметрами и минеральным составом торфа. Торфяная залежь имеет высокую влагоемкость на глубинах 0–0.5 и 4.0–5.0 м. Содержание углерода в органическом веществе торфа 59.5% (3.0–3.5 м) выявлено в переходном и 57.8% (5.0–5.5 м) низинном торфе со степенью разложения более 30%. Количество гуминовых кислот составляло 18.1% в переходной части залежи (1.5–2.0 м) и снижалось в 2–4 раза с увеличением глубины торфа. Высокая сорбционная обменная емкость гуминовых кислот выявлена на глубине от 1.5 до 3.5 м. Проанализировано распределение микро- и макроэлементов в торфе в помощью СЭМ. Показано образование органо-минеральной прослойки на глубинах 1.0–3.5 и 5.0–6.5 м. Получена взаимосвязь количества функциональных групп гуминовых кислот с распределением содержания элементов Al, Si и Fe по глубине торфяной залежи.

Об авторах

Е. В. Линкевич

Карельский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Е. Н. Гуляева

Карельский научный центр РАН

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

О. Л. Кузнецов

Карельский научный центр РАН

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Л. А. Ефимова

Карельский научный центр РАН

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

В. М. Прокопюк

Карельский научный центр РАН

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Список литературы

  1. Аветов Н.А., Кузнецов О.Л., Шишконакова Е.А. Опыт использования классификации и диагностики почв России в систематике торфяных почв биогеоценозов олиготрофных болот северотаежной подзоны Западной Сибири // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, Почвоведение. 2019. № 4. С. 37–47.
  2. Баркан В.Ш., Лянгузова И.В. Эколого-геохимическая оценка содержания поллютантов в бугристых болотах Кольского полуострова // Почвоведение. 2018. № 12. С. 1464–1477. https://doi.org/10.1134/S0032180X1812002X
  3. Бахнов В.К. Биогеохимические аспекты болотообразовательного процесса. – 1986. 192 с.
  4. Василевич Р.С., Безносиков В.А. Влияние изменения климата в Голоцене на профильное распределение гумусовых веществ бугристых торфяников лесотундры // Почвоведение. 2017. № 11. С. 1312–1324. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090106
  5. Волкова Е.М., Бойкова О.И., Хлытин Н.В. Изменение химического состава растений-торфообразователей в процессе разложения на карстово-суффозионных болотах Среднерусской возвышенности // Хим. раст. сырья. 2020. № 1. С. 283–292. https://doi.org/10.14258/jcprm.2020015222
  6. Вомперский С.Э., Иванов А.И., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Глухова Т.В., Дубинин А.И., Глухов А.И., Маркелова Л.Г. Заболоченные органогенные почвы и болота России и запас углерода в их торфах // Почвоведение. 1994. № 12. С. 17–25.
  7. 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
  8. Демидов И.Н., Лукашов А.Д., Ильин В.А. Рельеф заповедника «Кивач» и история геологического развития Северо-Западного Прионежья в четвертичном периоде // Труды КарНЦ РАН. 2006. Вып. 10. С. 22–34.
  9. Елина Г.А., Кузнецов О.Л., Максимов А.И. Структурно-функциональная организация и динамика болотных экосистем Карелии. Л.: Наука, 1984. 128 с.
  10. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П. Гуминовые вещества болотных экосистем таежной зоны Западной Сибири // Почвы и окружающая среда. 2021. Т. 4. № 4. С. 50–63. https://doi.org/10.31251/pos.v4i4.159
  11. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А., Переседов В.Ф. Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Та, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи // Почвоведение. 2003. № 5. С. 557–567.
  12. Кац Н.Я. Классификация видов торфа и торфяных залежей. М., 1951. 68 с.
  13. Короткина М.Я. Ботанический анализ торфа // Методы исследования торфяных болот / Под ред. М.И. Нейштадт. М. 1939. С. 5–59.
  14. Кузнецов О.Л. Основные направления и результаты исследований карельской научной школы болотоведения // Тр. КарНЦ РАН. 2023. Вып. 3. С. 47–75.
  15. Кутенков С.А. Компьютерная программа для построения страти графических диаграмм состава торфа «Korpi» // Тр. Карельского НЦ РАН. 2013. № 6. С. 171–176.
  16. Линкевич Е.В., Гуляева Е.Н., Прокопюк В.М., Ефимова Л.А. Результаты суточных измерений потоков углекислого газа на олиготрофном болоте Южной Карелии // Тр. Кар. науч. ц-ра РАН. 2023. № 8. С. 13–19. https://doi.org/10.17076/eco1840
  17. Лиштван И.И., Король И.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1975. 320 с.
  18. Мальцев А.Е., Леонова Г.А., Бобров В.А., Кривоногов С.К. Геохимические особенности голоценового разреза сапропеля озера Минзелинское (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2014. Т. 325. № 1. С. 83–93.
  19. Мальцева Е.В., Филатов Д.А., Юдина Н.В., Чайковская О.Н. Роль модифицированных гуминовых кислот торфа в детоксикации тебуконазола // Хим. тв. топл. 2011. № 1. С. 65–70.
  20. Мальцева Е.В., Юдина Н.В., Ломовский О.И. Электровосстановление кислорода в присутствии гуминовых кислот // Журн. физ. хим. 2011. Т. 85. № 7. С. 1363–1367.
  21. Методы исследования болотных экосистем таежной зоны. Л.: Наука, 1991. 128 с.
  22. Переломов Л.В., Чилачава К.Б., Швыкин А.Ю., Атрощенко Ю.М. Влияние органических веществ гумуса на поглощение тяжелых металлов глинистыми минералами // Агрохимия. 2017. № 2. С. 89–96.
  23. Савичева О.Г., Инишева Л.И. Биохимическая активность торфов разного ботанического состава // Хим. раст. сырья. 2003. № 3. С. 41–50.
  24. Сысуев В.В. Процессы формирования и параметры ландшафтно-геохимического барьера низинного болота // Геохимия. 2021. Т. 66. № 7. С. 646–658. https://doi.org/10.31857/S0016752521060108
  25. Филимонова Л.В., Еловичева Я.К. Основные этапы развития лесов и болот в голоцене на территории заповедника «Кивач» // Болотные экосистемы европейского Севера. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1988. С. 94–109.
  26. Bourbonniere R.A. Review of Water Chemistry Research in Natural and Disturbed Peatlands // Canad. Water Res. J. 2009. 34(4). P. 393–414. https://doi.org/10.4296/cwrj3404393
  27. Fiałkiewicz-Kozieł B., Bao K., Smieja-Król B. Geographical drivers of geochemical and mineralogical evolution of Motianling peatland (Northeast China) exposed to different sources of rare earth elements and Pb, Nd, and Sr isotopes // Sci. Total Environment. 2022. V. 807. P. 150481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150481
  28. González A Z.I., Krachler M., Cheburkin A.K., Shotyk W. Spatial distribution of natural enrichments of arsenic, selenium, and uranium in a minerotrophic peatland, Gola di Lago, Canton Ticino, Switzerland // Environ. Sci. Technology. 2006. Т. 40. № 21. С. 6568–6574. https://doi.org/10.1021/es061080v
  29. Gorham E., Lehman C., Dyke A., Clymo D., Janssens J. Long-term carbon sequestration in North American peatlands // Quarter. Sci. Rev 2012. V. 58 P. 77–82. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2012.09.018
  30. Kiuru P., Palviainen M., Marchionne A., Gronholm T., Raivonen M., Kohl L. Pore network modeling as a new tool for determining gas diffusivity in peat // Biogeosciences. 2022. V. 19. № 21. P. 5041–5058. https://doi.org/10.5194/bg-19-5041-2022
  31. Kottek M., Grieser J., Beck C., Rudolf B., Rubel F. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated // Meteorologische Zeitschrift. 2006. V. 15. № 3. P. 259–263. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130
  32. Linn D.M., Doran J.W. Effect of water‐filled pore space on carbon dioxide and nitrous oxide production in tilled and nontilled soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1984. V. 48. № 6. P. 1267–1272. https://doi.org/10.2136/sssaj1984.03615995004800060013x
  33. McCarter C.P.R., Rezanezhad F., Quinton W.L., Gharedaghloo B., Lennartz B., Price J., Connon R., Van Cappellen P. Pore-scale controls on hydrological and geochemical processes in peat: Implications on interacting processes // Earth-scie Reviews. 2020. V. 207. P. 103227. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103227
  34. Savichev O.G., Mazurov A.K., Rudmin M.A., Shakhova N.E., Sergienko V.I., Semiletov I.P. Mechanisms of accumulation of chemical elements in a peat deposit in the eastern part of Vasyugan swamp (West Siberia) // Doklady Earth Sciences. 2019. V. 486. P. 568–570. https://doi.org/10.1134/S1028334X19050258
  35. Swift R.S. Methods of soil analysis // Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. Soil Sci. Soc. Am. Book Series: 5. Soil Sci. Soc. Am. Madison. WI, 1996. P. 1018–1020.
  36. Weber T.K.D., Iden S.C., Durner W. A pore-size classification for peat bogs derived from unsaturated hydraulic properties // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2017. V. 21. № 12. P. 6185–6200. https://doi.org/10.5194/hess-21-6185-2017

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграмма ботанического состава торфа в центральной части болота (скв. 3): количество растительных остатков (%) в зависимости от глубины торфяной залежи и стадии развития болота. Стадии (палеосообщества): I – озерная (отложения сапропеля), II – эвтрофная Phragmites australis – Warnstorfia sp., III – эвтрофная Equisetum fluviatile – Sphagnum teres, IV – мезотрофная Pinus sylvestris – Equisetum fluviatile+Scheuchzeria palustris, V – мезотрофная Scheuchzeria palustris+Equisetum fluviatile+Eriophorum, VI – олиготрофная Eriophorum – Sphagnum angustifolium+S. divinum.

Скачать (256KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение влагоемкости (а) (1 – скважина 1, 2 – скважина 2, 3 – скважина 3, 4 – скважина 4) и связи соотношения C/N со степенью разложения (b) (скважина 4) по глубине торфяной залежи.

Скачать (264KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение функциональных групп гуминовых кислот в скважинах 3 и 4: (a) – фрагменты R–ArOH (рКа 10.4–10.7), r (Е3скв; Е4скв) = 0.79, p <0.01; (b) – фрагменты R–Ar(Cn)–COOH (рКа 7.6–7.9), r (Е3скв; Е4скв) = 0.46, p < 0.1; (c) – фрагменты R–Cn–COOH (рКа 4.0–4.6), r (Е3скв; Е4скв) = 0.67, p < 0.05.

Скачать (314KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение химических элементов в сухом веществе по глубине торфяной залежи болота Близкое на примере скважины 4.

Скачать (376KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структурные особенности торфа по данным СЭМ на разной глубине торфяной залежи (100 мкм): (a) – 0–0.5 м; (b) – 1.0–3.5 м; (c) – 4.0–5.0 м; (d) – 5.0–6.5 м.

Скачать (631KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Внешний вид сапропелевого слоя и элементное распределение на глубине 6.0–6.5 м: (a) – СЭМ-фотография сапропеля с микрокристаллами (50 мкм); (b) – химический состав сапропеля на основе энергодисперсионного спектрального анализа.

Скачать (288KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025