Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. Экологические проблемы

Автор: Федоров Юрий Александрович, Сухоруков Виктор Владимирович, Трубник Роман Геннадьевич

Журнал: Антропогенная трансформация природной среды @atps-psu

Статья в выпуске: 1 т.7, 2021 года.

Бесплатный доступ

Почвы являются источником и поглотителем парниковых газов (ПГ), таких как углекислый газ (CO2), метан (CH4) и закись азота (N2O). Поскольку объемы концентрации и потоков могут быть большими, необходимы точные количественные оценки для получения данных по глобальным потокам ПГ, необходимых для прогнозирования глобальных изменений и исследований климата. В данном обзоре показана роль почв как одного из важных источников и регуляторов содержания CH4, CO2, N2O в тропосфере, а также описаны основные методы мониторинга парниковых газов. Проанализировано влияние природных и антропогенных факторов на эмиссию и поглощение CH4, CO2, N2O почвенным покровом. Представлены оригинальные диаграммы, демонстрирующие глобальные потоки CH4, CO2, N2O различными экосистемами, включая педосферу. Выполнена оценка эмиссии метана и распределения его содержания в основных типах почв Ростовской области. Рассмотрены механизмы генерации CH4, CO2, N2O в почвах и их возможное влияние на карбонатно-кальциевое равновесие, которое играет большую роль в регулировании биогеохимических процессов в педосфере. Анализ и обобщение данных исследований по различным типам почв позволяет пролить свет не только на их вклад в глобальную эмиссию метана, но и подойти к пониманию важных с точки зрения агрохимии процессов и параметров, таких как, собственно, карбонатно-кальциевое равновесие и окислительно-восстановительный потециал в современных почвах. Инвентаризация источников и оценка межрезервуарного массопереноса газа в системе педосфера - атмосфера позволяет приступить к разработке стратегии по снижению эмиссии парниковых газов, способствующей сдерживанию темпов глобального изменения климата.

Еще

Парниковые газы, диоксид углерода, метан, закись азота, потоки, эмиссия, почвы

Короткий адрес: https://sciup.org/147236804

IDR: 147236804   |   DOI: 10.17072/2410-8553-2021-1-6-34

Список литературы Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. Экологические проблемы

  • Аничкин А.Е. Структура и функциональная роль животного населения почв муссонного тропического леса Вьетнама: автореф. дис. ... канд. биол. наук, М., ИПЭЭ РАН. 2008. 24 с.
  • Бабиков Б.В. Воздушный режим гидроморфных почв и факторы его определяющие// Матер. меж-дунар. научн. конф. «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты. СПБ. 2007. С. 411-413.
  • Бажин Н.М. Метан в атмосфере // Соровский образовательный журнал. 2000. Вып. б(З). С.52-57.
  • Бобрик А.А. Продукция углекислого газа почвами северных экосистем западной Сибири // Матер. XIV междунар.конфер. Докучаевские чтения. Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов.СпБ. 2011. С. 293-294.
  • Вальков В.Ф. Почвоведение. М-Ростов-на-Дону. 2004. 494 с.
  • Гальченко В.Ф., Дулов Л.Е., Крамер Б., Коно-ва Н.И., Барышева С.В. Биогеохимические процессы цикла метана в почвах, болотах и озерах Западной Сибири // Микробиология. 2008. № 2. С. 215-225.
  • Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А. Глобальная эмиссия метана геологическими источниками. Международный научно - исследовательский журнал. С. 37-51 Выпуск: № 3 (81).
  • Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А., Тамбиева Н.С. Эмиссия метана из почв Ростовской области. Аридные экосистемы. 2011. № 4. С. 44-52. DOI: 10.1134/s2079096111040056.
  • Глаголев М.В., Сабреков А.Ф. Ответ А.В. Смагину: II. Углеродный баланс России // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2014. Т. 5. № 2. С. 50-70.
  • Глаголев М.В., Сабреков А.Ф., Казанцев В. С. Физикохимия и биология торфа. Методы измерения газообмена на границе почва-атмосфера. Томск: Изд-во ТГПУ.2010.104 с.
  • Глаголев М.В., Чистотин М.В., Шнырев Н.А., Сирин А.А. Летне-осенняя эмиссия диоксида углерода, метана осушенными торфяниками, измененными при хозяйственном использовании и естественными болотами (на примере участка Томской области) // Агрохимия.2008. № 5. С. 46-58.
  • Глаголев М.В., Шнырев Н.А. Динамика летне-осенней эмиссии СН4 естественными болотами (на примере юга Томской области) // Вестник МГУ.2007. №1. С. 8-14.
  • Десятков Б.М., Бородулин А.И., Махов Г.А., Котлярова С.С., Сарманаев С.Р. Оценка эмиссии болотного метана по его концентрации в приземном слое атмосферы // Метеорология и гидрология.1998. № 8. С. 67-73.
  • Добровольский Г.В. Почвы в биосфере и жизни человека / М.: ВПО МГУЛ. 2012. 584 с.
  • Карпюк Т.В. Агробиология //учеб. пособие. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2020. 256 с.
  • Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. Наука. 1985. 263 с.
  • Лубсанова Т.М. Дыхание почв Селенгинского Среднегорья // Матер. междунар. научн. конф. «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты. СПБ. 2007. С. 270-272.
  • Макаров В.В., Середа М.В. Особенности агротехники возделывания риса в Ростовской области // Научный журнал КубГАУ. 2012. № 79. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-agrotehniki-vozdelyvaniya-risa-v-rostovskoy-oblasti (дата обращения: 01.04.2021).
  • Минкина Т.М., Ендовицкий А.П., Калиниченко B.П., Федоров Ю.А. Карбонатно-кальциевое равновесие в системе вода-почва I Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2О12. 376 с.
  • Минько О.И. Генерация углеводородного газа почвенным покровом планеты II Геохимия. 1996. № 1. C. 3-14.
  • Нгуен Т.В. Национальный парк Кат Тьен -общие сведения II Структура и функции почв тропического муссонного леса (Национальный парк Кат Тьен, Южный Вьетнам). М.: Товарищество научн. изданий. 2О11. С. 13-15.
  • Новиков Н.Н., Степанов А.Л., Поздняков А.И., Лебедева Е.В.Сезонная динамика эмиссии СО2, СН4, №О и Ш из торфяных почв поймы р. Яхрома II Почвоведение.2ОО7. № 7. С. 867-S74.
  • Околелова А.А. Экологические принципы сохранения почвенного покрова. Волгоград, РПК «Политехник». 2ОО6. 96 с
  • Околелова А.А., Нгуен Тхинь Ван (2013) Особенности эмиссии диокисда углерода в зависимости от природно-климатических условий II Вестник Академии знаний. №1. C.1S2-1S5.
  • Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. Москва: Московский государственный горный университет, 2002. 384 с.
  • Садовникова Л.К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высшая школа. 2ОО6. 334 c.
  • Сергеева М.А., Задорожная С.В. Образование и эмиссия метана в торфяных залежах олиготрофного болота II Болота и биосфера: Сборник материалов Пятой научной школы. 2ОО6. Томск: Издательство ЦНТИ. С. 238-244.
  • 2S. Сонде Теман Абу. Особенности режима орошения и азотного питания сортов риса, возделываемых на лугово-черноземных почвах Северного Кавказа: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Краснодар, КубГАУ, 2ОО6. 27 с.
  • Степанов А.Л., Манучарова Н.А. Образование и поглощение парниковых газов в почвенных агрегатах. М.: Изд-во МГУ, 2ОО6. 82 с.
  • Степанова А.Л. Образование и поглощение парниковых газов в почвах II Почвы в биосфере и жизни человека. М.: ВПО МГУЛ. 2О12. С. 118-134.
  • Сухоруков В.В., Трубник Р.Е., Федоров Ю.А. Аналитический обзор: эмиссия и поглощение метана почвами II Экологические проблемы. Взгляд в будущее. 2О2О. С. 61О - 619.
  • Федоров Ю.А., Гарькуша Д.Н., Крукиер М.Л. Влияние температуры на эмиссию метана из водных объектов (по результатам экспериментального и математического моделирования) II Известия вузов. Сев.-Кав. регион. Естеств. науки. 2О12 №6. С. 98100.
  • Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах: 2-е изд., перераб. и доп. Ростов-нЩ. М.: ЗАО «Ростиз-дат».2ОО5. 33О с.
  • 34.Ambus P., Christensen D. Spatial and seasonal nitrous oxide and methane fluxes in Danish forest, grassland and agro ecosystems //J. Environ. 1995. Qual. N 25. P. 993-1001.
  • Bahn M., Kutsch W.L., Heinemeyer A., Janssens I.A. Appendix: Towards Standardized Protocol for the Measurement of Soil CO2 Efflux Soil Carbon Dynamics. An Integrated Methodology // Cambridge Univ. Press. 2012. Pp. 272-281.
  • Bahn M., Reichstein M., Davidson E.A., Grunzweig J., Jung M., Carbone M.S., Epron D., Mis-son L., Nouvellon Y., Roupsard O., Savage K., Trumbore S.E.,Gimeno C., Curiel Y.J., Tang J., Vargas R., Janssens I.A. Soil respiration at mean annual temperature predicts annual total across vegetation types and biomes // Biogeo science. 2010. N 7. Pp. 21472157.
  • Bartlett K.B., Crill P.M., Sass R.L., Harriss R.C., Dise N.B. Methane emissions from tundra environments in the Yukon-Kuskokwim Delta Alaska // Journal of Geophysical Research D. 1992. Vol. 97. № 15. Pp. 16645-16660.
  • Batjes N.H. Total carbon and nitrogen in the soils of the world // Eur. J. SoilSci. 1996. N 47. Pp. 151-163.
  • Boussingault, J.B., Levy, B. Mémoire sur la composition de l'aire confine dansla terre vegetal // Ann. Chem. Phys. 1853. Pp. 5-50.
  • Bowden R.D., Melillo J.M., Steudler, P.A., Aber J.D. Effects of nitrogen additions on annual nitrous oxide fluxes from temperate forest soils in the northeastern // United States. J. Geophys. Res. 1991. N 97.Pp. 9321-9328.
  • Conrad R. Contribution of hydrogen to methane production and control of hydrogen concentrations in methanogenic soils and sediments // FEMS Microbiology Ecology. 1999. Vol. 28. № 3. Pp. 193-202. DOI: 10.1111/j.1574-6941.1999.tb00575.x.
  • Dalal R.C., Allen D.E. Greenhouse gas fluxes from natural ecosystems. Turner review // Australian. J. 2008. N 18. Pp. 369-407.
  • Davidson E.A., Savage K., Verchot L.V., Navarro, R. Minimizing artifacts and biases in chamber-based measurements of soil respiration // Agric. For.Meteorol. V. 113. P. 21-37. DOI: 10.1016/s0168-1923(02)00100-4.
  • Ehhalt D.H. The atmospheric cycle of methane // Tellus. 1974. Vol. 1. Pp. 58-70
  • Fan S.M., Wofsy S.C., Bakwin P.S., Jacob D.J., Anderson S.M., Kebabain P.L., McManus J.B., Kolb C.E. Micrometeorological measurements of CH4 and CO2 exchange between the atmosphere and subarctic tundra // Journal of Geophysical Research D. 1992. Vol. 97. № 15. P. 16627-16643. DOI: 10.1029/91jd02531.
  • FAO. 1998. Wetland characterization and classification for sustainable agricultural development. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Harare. Режим доступа: http://www.fao.org/docrep/003 /x6611e/x6611e00.HTM (дата обращения 01.04.2020).
  • Fedorov Yu. A., Gar'kusha D.N., Shipkova G.V. Methane emission from peat deposits of raised bogs in Pskov oblast // Geography and Natural Resources. 2015. Vol. 36. Pp. 70-78 .
  • Garkusha D.N., Sukhorukov V.V. Methane Emissions by Reed Formations on the Azov Sea Coast. OnLine Journal of Biological Sciences. 2019. N 4. Pp. 286-295. DOI: 10.3844/ojbsci.2019.286.295.
  • Hanson R.S., Hanson T.E. Methanotrophic bacteria // Microbiological reviews Vol. 60. 1996. № 2. Рp. 439-471.
  • Heinemeyer A., McNamara N.P. Comparing the closed static versus the closed dynamic chamber flux methodology: implications for soil respiration studies // Plant Soil. 2011. Pp. 145-151.
  • IPCC Climate Change The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change // Cambridge. United Kingdom and New York. 2013. USA: Press C.U.1535 p.
  • IPCC Climate Change The Physical Science Ba-sis.Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change // Cambridge.University Press. 2007. United Kingdom and New York. USA. 1535 p.
  • IPCC Climate Change. Scientific and technical analysis of impacts, adaptions and mitigation // Contribution of working group II to the second assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. London: Cambridge University Press. 1996. 1535 p.
  • Kutzbach L., Schneider J., Sachs T., Giebels M., Nykanen H., Shurpali N.J., Martikainen P.J., Alm J., Wilmking M. CO2 flux determination by closed-chamber methods can be seriously biased by inappropriate application of linear regression // Biogeoscience. 2007. N 4. Pp. 1005-1025. DOI: 10.5194/bg-4-1005-2007.
  • Leifeld J., Nemo R., Schumacher J., Senapati N., Wiesmeier M. Reproducibility of a soil organic carbon fractionation method to derive Roth C carbon pools // The European Journal of Soil Science (EJSS). 2013.Vol. 32. № 4. Рp. 1673-1676. DOI: 10.1111/ejss.12088.
  • Lindsey R. Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide 2019. URL: https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmo-spheric-carbon-dioxide (дата обращения 01.04.2021).
  • Luo G.J., Bruggemann N,. Wolf B., Gasche R., Grote R., Butterbach-Bahl K. Decadal variability of soil CO2, NO, N2O, and CH4 fluxes at the Hoglwald forest. Germany // Biogeoscience. 2012. N 9. Pp.1741-1763. DOI: 10.5194/bgd-8-12197-2011.
  • Nguyen Kh.V. Bioclimatic diagrams of Vietnam // Hanoi, Vietnam National University 2000.
  • Pattey E., Edwards G.C., Desjardins R.L., Pennock D.J., Smith W., Grant B., MacPherson J.I. Tools for quantifying N2O emissions from agro ecosystems // Agric For Meteorol. 2007. N 4. Pp. 103- 119. DOI: 10.1016/j.agrformet.2006.05.013.
  • Peters V., Conrad R. Methanogenic and other strictly anaerobic bacteria in desert soil and other oxic soils // Applied and environmental microbiology // 1995. Vol. 4. Рp. 1673-1676.
  • Raich, J.W., Potter, C.S. Global patterns of carbon dioxide emissions from soils // Glob. Biogeochem. Cycles. 1995. Vol. 9. Pp. 23-36.
  • Rochette P. Towards a standard non-steady-state chamber methodology formeasuring soil N2O emissions //Anim. Feed Sci. Tech. 2011. Pp. 141-146. DOI: 10.1016/j.anifeedsci.2011.04.063.
  • Roulet N.T., Ash R., Moor T.R. (1992) Low Boreal Wetlands as a Source of Atmospheric Methane // Journal of Geophysical Research D. Vol. 97. № 4. Pp. 3739-3749.
  • Saggar S., Tate K.R., Giltrap D.L., Singh J. Soil-atmosphere exchange of nitrous oxide and methane in New Zealand terrestrial ecosystems and their mitigation options: a review. Plant Soil. 2008. Vol. 309. Pp. 25-42. DOI: 10.1007/s11104-007-9421-3.
  • Sahrawat K.L. Terminal electron acceptors for controlling methane emissions from submerged rice soils // Commun. Soil Sci. Plant. 2004. Vol. 35. Pp. 14011413. DOI: 10.1081/css-120037554.
  • Sainju U.M., Jabro J.D., Stevens W.B. Soil carbon dioxide emission and carbon content as affected by irrigation, tillage, cropping system, and nitrogen fertilization // J. Environ. Qual. 2008. Vol. 37. Pp. 98-106. DOI: 10.2134/jeq2006.0392.
  • Saiz G., Byrne K.A., Butterbach-Bahl K., Kiese R., Blujdea V., Farrell E.P. Stand age-related effects on soil respiration in a first rotation Sitka spruce chronose-quence in central Ireland // Glob. Change Biol. 2006. Vol. 12 Pp. 1007-1020. 1007-1020. DOI: 10.1111/j.1365-2486.2006.01145.x.
  • Sanhueza E., Hao W.M., Scharffe D., Donoso L., Crutzen P.J. N2O and NO emissions from soils of the northern part of the Guayana Shield, Venezuela // Ge-ophys. Res.: Atmos. 1990. Vol. 95. Pp. 22481-22488. DOI: 10.1029/jd095id13p22481.
  • Sanz-Cobena A., Abalos D., Meijide A., Sanchez-Martin L., Vallejo A. Soil moisture determines the effectiveness of two urease inhibitors to decrease N2 O emission // Mitig. Adapt. Strateg. Glob. Change. 2014. DOI: 10.1007/s11027-014-9548-5.
  • Schaufler G., Kitzler B., Schindlbacher A., Skiba U., Sutton M.A.,Zechmeister-Boltenstern S., Greenhouse gas emissions from Europeansoils under different land use: effects of soil moisture and temperature // Eur. J.Soil Sci. 2010. Vol. 61. Pp. 683-696. DOI: 10.1111/j.1365-2389.2010.01277.x.
  • Sheila Wachiye,LutzMerbold,Timo Vesala,Janne Rinne, Matti Rasanen,Sonja Leitner and Petri Pellikka. Soil greenhouse gas emissions under different land-use types in savanna ecosystems of Kenya // Biogeosciences. 2019. P. 17. DOI: 10.5194/bg-17-2149-2020.
  • Sheppard J.C. Westbergh H.H., Hopper J.F., Ganeson K., Zimmerman P. Inventory of global methane sources and their producting rates // J. Geophys. 1982. Res. Vol. 87. Pp. 1305-1312.
  • Smith K.A., Ball T., Conen F., Dobbie K.E., Massheder J., Rey A. Exchange of greenhouse gases between soil and atmosphere: interactions of soil physical factors and biological processes // European journal of soil science. 2003. Vol. 54. Pp. 779-791. DOI: 10.1046/ j.1351-0754.2003.0567.x.
  • Smith K.A., Dobbie K.E., Ball B. C., Bakken L.R., Situala B.K., Hansen S., Brumme R., Borken W., Christensen S., Prieme A., Fowler D., Macdonald J.A., Skiba U., Klemedtsson L., Kasimir-Klemedtssson A., Degorska A., Orlanski P. Oxidation of atmospheric methane in Northern European soils, comparison with other ecosystems, and uncertainties in the global terrestrial sink // Glob. Change Biol. 2000. Vol. 6. Pp. 793-803. DOI: 10.1046/j.1365-2486.2000.00356.x.
  • Smith K.A., McTaggartl.P., TsurutaH. Emissions of N20 and NO associated with nitrogen fertilization in intensive agriculture intensive agriculture, and the potential for mitigation // Soil Use Manage. 1997. Vol. 13. Pp. 296-304.
  • Smith K.A., Thomson P.E., Clayton H., McTag-gart P., Conen F. Effects of temperature, water content and nitrogen fertilisation on emissions of nitrous oxide by soils // Atmosph. Environ. 1998. Vol. 32. Pp. 3301-3309.
  • Wolf B., Zheng X., Bruggemann N., Chen W., Dannenmann M., Han X., Sutton M.A., Wu H., Yao Z., Butterbach-Bahl K. Grazing-induced reduction of natural nitrous oxide release from continental steppe. Nature Vol. 464. 2010. Pp. 881-884. DOI: 10.1038/nature08931.
  • Wu H., Lu X., Wu D., Song L., Yan X., Liu J. Ant mounds alter spatial ad temporal patterns of CO2 , CH4 and N2 O emissions from a marsh soil // Soil Biol. Bio-chem. 2013. Vol. 57 Pp. 884-891. DOI: 10.1016/j.soilbio.2012.10.034.
  • Xu L., Furtaw M.D., Madsen R.A., Garcia R.L., Anderson,D.J., McDermitt D.K. On maintaining pressure equilibrium between a soil CO2 flux chamber and the ambient air // J. Geophys. 2006. Res. 111 (D08), Pp. 10. DOI: 10.1029/2005jd006435.
  • Yan C., Zhang H., Li B., Wang D., Zhao Y., Zheng, Z. Effects of influent C/N ratios on CO2 and CH4 emissions from vertical subsurface flow constructed wetlands treating synthetic municipal wastewater // J. Hazard. Mater. 2012. Pp. 188-194. DOI: 10.1016/j.jhazmat. 2011.12.002.
Еще
Статья обзорная