Вынос углерода из торфяных почв севера Западной Сибири в разных гидрологических условиях

Вынос углерода из торфяных почв севера Западной Сибири в разных гидрологических условиях

Автор: Тимофеева М.В., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бочкова С.Д., Кадулин М.С.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Рубрика: Статьи

Статья в выпуске: 119, 2024 года.

Бесплатный доступ

Мерзлые торфяные почвы севера Западной Сибири уязвимы к наблюдаемым в настоящее время изменениям климата. Повышение температуры, оказывающее влияние на протаивание многолетнемерзлых пород (ММП), способствует возвращению законсервированных запасов углерода в глобальный цикл элементов. Его экспорт в виде растворенного органического вещества с торфяников определяется рядом факторов, среди которых гидрологические условия наименее изучены. В лабораторных условиях исследовано влияние гидрологических режимов на вынос углерода из торфяных олиготрофных почв экосистем криолитозоны. Модельный колоночный опыт позволил оценить выход углерода из ненарушенных (монолитных) торфяных образцов разной степени разложения. Использовано три типа мезокосмов: ненарушенные образцы горизонта ТО с торфяным материалом разной степени разложения, а также горизонт ТО с подстилающим грунтом разного гранулометрического состава (песок и суглинок). Для слаборазложившегося торфа содержание водорастворимого углерода в полученных лизиметрических водах при имитации режимов “осадки” и “снеготаяние” не отличается, а в режиме “застой” меньше в 1.4 раза. Для среднеразложившегося торфа в рамках одного типа мезокосмов отличий при разных гидрологических режимах не выявлено. Суммарный вынос органического углерода за три последовательные экстракции из слаборазложившегося торфа на 32% выше, чем из среднеразложившегося. Выявлено увеличение содержания углерода в песчаном грунте после трех циклов эксперимента, суглинистый грунт не показал достоверных различий в содержании углерода до и после эксперимента. Сорбция углерода минеральными грунтами исследуемой территории может выступать в качестве защитного механизма, препятствующего повышенному стоку из почвенной толщи.

Еще

Роу, модельный колоночный опыт, западная сибирь, криолитозона

Короткий адрес: https://sciup.org/143183302

IDR: 143183302   |   DOI: 10.19047/0136-1694-2024-119-211-241

Список литературы Вынос углерода из торфяных почв севера Западной Сибири в разных гидрологических условиях

  • Базин Е.Т., Копенкин В.Д., Косов В.И., Корчунов С.С., Петрович В.М. Технический анализ торфа. М.: Недра, 1992. 431 с.
  • Васильев А.А., Гравис А.Г., Губарьков А.А., Дроздов Д.С., Коростелев Ю.В., Малкова Г.В., Облогов Г.Е., Пономарева О.Е., Садуртдинов М.Р., Стрелецкая И.Д., Стрелецкий Д.А., Устинова Е.В., Широков Р.С. Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики // Криосфера Земли. 2020. Т. 24. № 2. С. 15. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2020-2(15-30).
  • Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  • Матышак Г.В., Богатырев Л.Г., Гончарова О.Ю., Бобрик А.А. Особенности развития почв гидроморфных экосистем северной тайги Западной Сибири в условиях криогенеза // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1155-1164. https://doi.org/10.7868/S0032180X17100069.
  • Мельников Е.С., Тагунова Л.Н., Лазарева Н.А., Москаленко Н.Г. Ландшафты криолитозоны Западно-Сибирской газоносной провинции. Н.: Наука, Сибирское отд., 1983. 165 с.
  • Москаленко Н.Г. Изменения криогенных ландшафтов северной тайги Западной Сибири в условиях меняющегося климата и техногенеза // Криосфера Земли. 2012. Т. 16. № 2. С. 38-42.
  • Прокушкин A.С., Гавриленко И.В., Прокушкин С.Г., Абаимов А.П. Поступление растворенного органического углерода в почву лиственничников в условиях сплошной мерзлоты Средней Сибири // Лесоведение. 2005. № 5. С. 41-48.
  • Прокушкин А.С., Токарева И.В., Прокушкин С.Г., Абаимов, А.П., Гуггенбергер Г. Потоки растворенного органического вещества в лиственничниках криолитозоны Средней Сибири // Экология. 2008. № 3. С. 163-172.
  • Раудина Т.В., Лойко С.В., Крицков И.В., Лим А.Г. Сравнение состава почвенных вод мерзлых болот Западной Сибири, полученных различными методами // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2016. № 3(35). С. 26-42. https://doi.org/10.17223/19988591/35/2.
  • Токарева И.В., Прокушкин А.С., Прокушкин С.Г. Роль гидрологических условий в мобилизации органического вещества мерзлотных почв Центральной Эвенкии // Лесоведение. 2008. №. 3. С. 39-46.
  • Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  • Åkerman H.J., Johansson M. Thawing permafrost and thicker active layers in sub-arctic Sweden // Permafr. Periglac. Process. 2008. Vol. 19. P. 279-292. https://doi.org/10.1002/ppp.626.
  • Biester H., Selimović D., Hemmerich S., Petri M. Halogens in pore water of peat bogs - the role of peat decomposition and dissolved organic matter // Biogeosciences. 2006. Vol. 3. No. 1. P. 53-64. https://doi.org/10.5194/bg-3-53-2006.
  • Broder T., Blodau C., Biester H., Knorr K.H. Peat decomposition records in three pristine ombrotrophic bogs in southern Patagonia // Biogeosciences. 2012. Vol. 9. No. 4. P. 1479-1491. https://doi.org/10.5194/bg-9-1479-2012.
  • Callaghan T.V., Jonasson C., Thierfelder T., Yang Z., Hedenås H., Johansson M., Molau U., Van Bogaert R., Michelsen A., Olofsson J., Gwynn-Jones, D., Bokhorst S., Phoenix G., Bjerke J.W., Tømmervik H., Christensen T.R., Hanna E., Koller E.K., Sloan V.L. Ecosystem change and stability over multiple decades in the Swedish subarctic: complex processes and multiple drivers // Philos. Trans. R. Soc. B. Biol. Sci. 2013. Vol. 368. No. 1624. P. 20120488. https://doi.org/10.1098/rstb.2012.0488.
  • Camill P. Permafrost thaw accelerates in boreal peatlands during late-20th centure climate warming // Clim. Change. 2005. Vol. 68. P.135-152. https://doi.org/10.1007/s10584-005-4785-y.
  • Clark J.M., Ashley D., Wagner M., Chapman P.J., Lane S.N., Evans C.D., Heathwaite A.L. Increased temperature sensitivity of net DOC production from ombrotrophic peat due to water table draw‐down // Glob. Change Biol. 2009. Vol. 15. No. 4. P. 794-807. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01683.x.
  • Cory R.M., Kling G.W. Interactions between sunlight and microorganisms influence dissolved organic matter degradation along the aquatic continuum // Limnol. Oceanogr. Lett. 2018. Vol. 3. No. 3. P. 102-116. https://doi.org/10.1002/lol2.10060.
  • Dieleman C.M., Lindo Z., McLaughlin J.W., Craig A.E., Branfireun B.A. Climate change effects on peatland decomposition and porewater dissolved organic carbon biogeochemistry // Biogeochemistry. 2016. Vol. 128. P. 385-396. https://doi.org/10.1007/s10533-016-0214-8.
  • Evans C., Monteith D., Cooper D. Long-term increases in surface water dissolved organic carbon: observations, possible causes and environmental impacts // Environ. Pollut. 2005. Vol. 137. P. 55-71. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.12.031.
  • FAO. IUSS working group WRB. World reference base for soil resources 2014, International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps // World Soil Resources Reports. 2014. No. 106.
  • Feng X., Vonk J.E., Van Dongen B.E., Gustafsson Ö., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Wang Z., Montluçon D.B., Wacker L., Eglinton T.I. Differential mobilization of terrestrial carbon pools in Eurasian Arctic River basins // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013. Vol. 110. P. 14168-14173. https://doi.org/10.1073/pnas.1307031110.
  • Frey K.E., McClelland J.W. Impacts of permafrost degradation on arctic river biogeochemistry // Hydrol. Process. 2009. Vol. 23. P. 169-182. https://doi.org/10.1002/hyp.7196.
  • Freeman C., Evans C.D., Monteith D.T., Reynolds B., Fenner N. Export of organic carbon from peat soils // Nature. 2001. Vol. 412. No. 6849. P. 785. https://doi.org/10.1038/35090628.
  • Gentsch N., Mikutta R., Alves R.J.E., Barta J., Čapek P., Gittel A., Hugelius G., Kuhry P., Lashchinskiy N., Palmtag J., Richter A., Šantrůčková H., Schnecker J., Shibistova O., Urich T., Wild B., Guggenberger G. Storage and transformation of organic matter fractions in cryoturbated permafrost soils across the Siberian Arctic // Biogeosciences. 2015. Vol. 12. No. 14. P. 4525-4542. https://doi.org/10.5194/bg-12-4525-2015.
  • Glatzel S., Kalbitz K., Dalva M., Moore T. Dissolved organic matter properties and their relationship to carbon dioxide efflux from restored peat bogs // Geoderma. 2003. Vol. 113. No. 3-4. P. 397-411. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(02)00372-5.
  • Hinzman L.D., Bettez N.D., Bolton W.R., Chapin F. S., Dyurgerov M.B., Fastie C.L., Griffith B., Hollister R.D., Hope A., Huntington H.P., Jensen A.M., Jia G.J., Jorgenson T., Kane D.L., Klein D.R., Kofinas G., Lynch A.H., Lloyd A.H., McGuire A.D., Nelson F.E., Nolan M., Oechel W.C., Osterkamp T.E., Racine C.H., Romanovsky V.E., Stone R.S., Stow D.A., Sturm M., Tweedie C.E., Vourlitis G.L., Walker M.D., Walker D.A., Webber P.J., Welker J.M., Winker K.S., Yoshikawa K. Evidence and implications of recent climate change in northern Alaska and other Arctic regions // Clim. Change. 2005. Vol. 72. P. 251-298. https://doi.org/10.1007/s10584-005-5352-2.
  • Hugelius G., Loisel, J., Chadburn S., Jackson R.B., Jones M., MacDonald G., Marushchak M., Olefeldt D., Packalen M., Siewert M. B., Treat C., Turetsky M., Voigt C., Yu Z. Large stocks of peatland carbon and nitrogen are vulnerable to permafrost thaw // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020. Vol. 117. No. 34. P. 20438-20446. https://doi.org/10.1073/pnas.1916387117.
  • Jennings E., Järvinen M., Allott N., Arvola L., Moore K., Naden P., Aonghusa C.N., Nõges T., Weyhenmeyer G.A. Impacts of climate on the flux of dissolved organic carbon from catchments // The impact of climate change on European lakes. Aquatic Ecology Series. D.: Springer. 2010. Vol. 4. P. 199-220. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2945-4_12.
  • Kaiser K., Guggenberger G., Haumaier L., Zech W. Seasonal variations in the chemical composition of dissolved organic matter in organic forest floor layer leachates of old-growth Scots pine (Pinus sylvestris L.) and European beech (Fagus sylvatica L.) stands in northeastern Bavaria, Germany // Biogeochemistry. 2001. Vol. 55. P. 103-143. https://doi.org/10.1023/A:1010694032121.
  • Kaiser K., Kalbitz K. Cycling downwards - dissolved organic matter in soils // Soil Biol. Biochem. 2012. Vol. 52. P. 29-32. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2012.04.002.
  • Kleber M., Jahn R. Retention of dissolved organic matter by illitic soils and clay fractions: influence of mineral phase properties // J. of Plant Nutr. and Soil Sci. 2003. Vol. 166. No. 6. P. 737-741. https://doi.org/10.1002/jpln.200321125.
  • Kalbitz K., Solinger S., Park, J.H., Michalzik B., Matzner E. Controls on the dynamics of dissolved organic matter in soils: a review // Soil Sci. 2000. Vol. 165. P. 277-304.
  • Kalbitz K., Geyer S. Different effects of peat degradation on dissolved organic carbon and nitrogen // Org. Geochem. 2002. Vol. 33. No. 3. P. 319-326. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(01)00163-2.
  • Kim H.M., Webster P.J., Curry J.A. Evaluation of short‐term climate change prediction in multi‐model CMIP5 decadal hindcasts // Geophys. Res. Lett. 2012. Vol. 39. No. 10. https://doi.org/10.1029/2012GL051644.
  • Lim A.G., Loiko S.V., Pokrovsky O.S. Sizable pool of labile organic carbon in peat and mineral soils of permafrost peatlands, western Siberia // Geoderma. 2022. Vol. 409. P. 115601. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115601.
  • Limpens J., Berendse F., Blodau C., Canadell J.G., Freeman C., Holden J., Roulet N., Rydin H., Schaepman-Strub G. Peatlands and the carbon cycle: from local processes to global implications - a synthesis // Biogeosciences. 2008. Vol. 5. No. 5. P. 1475-1491. https://doi.org/10.5194/bg-5-1475-2008.
  • Meredith M., Sommerkorn M., Cassotta S., Derksen C., Ekaykin A., Hollowed A., Kofinas G., Mackintosh A., Melbourne-Thomas J., Muelbert M.M.C., Ottersen G., Pritchard H., Schuur E.A.G. Polar regions. Chapter 3 // IPCC special report on the ocean and cryosphere in a changing climate. 2019. URL: https://hdl.handle.net/102.100.100/23122904.v1.
  • Moore T. R., Dalva M. Some controls on the release of dissolved organic carbon by plant tissues and soils // Soil Sci. 2001. Vol. 166. No. 1. P. 38-47.
  • Müller M., Alewell C., Hagedorn F. Effective retention of litter-derived dissolved organic carbon in organic layers // Soil Biol. Biochem. 2009. Vol. 41. No. 6. P. 1066-1074. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.02.007.
  • Payette S., Delwaide A., Caccianiga M., Beauchemin M. Accelerated thawing of subarctic peatland permafrost over the last 50 years // Geophys. Res. Lett. 2004. Vol. 31. No.18. https://doi.org/10.1029/2004GL020358.
  • Preston M.D., Basiliko N. Carbon mineralization in peatlands: does the soil microbial community composition matter? // Geomicrobiol. J. 2016. Vol. 33. No. 2. P. 151-162. https://doi.org/10.1080/01490451.2014.999293.
  • Raudina T.V., Loiko S.V., Lim A.G., Krickov I.V., Shirokova L.S., Istigechev G.I., Kuzmina D.M., Kulizhsky S.P., Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S. Dissolved organic carbon and major and trace elements in peat porewater of sporadic, discontinuous, and continuous permafrost zones of western Siberia // Biogeosciences. 2017. Vol. 14. No. 14. P. 3561-3584. https://doi.org/10.5194/bg-2017-24.
  • Schlotter D., Schack-Kirchner H., Hildebrand E.E., Wilpert K. Equivalence or complementarity of soil-solution extraction methods // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2012. Vol. 175. Р. 236-244. https://doi.org/10.1002/jpln.201000399.
  • Selvam B.P., Lapierre J.F., Guillemette F., Voigt C., Lamprecht R.E., Biasi C., Christensen T.R., Martikainen P.J., Berggren M. Degradation potentials of dissolved organic carbon (DOC) from thawed permafrost peat // Sci. Rep. 2017. Vol. 7. No. 1. P. 45811. https://doi.org/10.1038/srep45811.
  • Shen Y.H. Sorption of natural dissolved organic matter on soil // Chemosphere. 1999. Vol. 38. No. 7. P. 1505-1515. https://doi.org/10.1021/jp9902452.
  • Smith L.C., Sheng Y., MacDonald G.M. A first pan‐Arctic assessment of the influence of glaciation, permafrost, topography and peatlands on northern hemisphere lake distribution // Permafr. Periglac. Process. 2007. Vol. 18. No. 2. P. 201-208. https://doi.org/10.1002/ppp.581.
  • Stanek W., Silc T. Comparisons of four methods for determination of degree of peat humification (decomposition) with emphasis on the von Post method // Can. J. Soil Sci. 1977. Vol. 57. P. 109-117. https://doi.org/10.4141/cjss77-015.
  • Tarnocai C. The effect of climate change on carbon in Canadian peatlands // Glob. Planet Change. 2006. Vol. 53. No. 4. P. 222-232. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2006.03.012.
  • Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region // Global Biogeochem. Cycles. 2009. Vol. 23. No. 2. https://doi.org/10.1029/2008GB003327.
  • Page S.E., Rieley J.O., Banks C.J. Global and regional importance of the tropical peatland carbon pool // Glob. Chang. Biol. 2011. Vol. 17. No. 2. P. 798-818. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2010.02279.x.
  • Wang H., Richardson C.J., Ho M., Flanagan N. Drained coastal peatlands: A potential nitrogen source to marine ecosystems under prolonged drought and heavy storm events - A microcosm experiment // Sci. Total Environ. 2016. Vol. 566. P. 621-626. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.04.211.
  • Wen H., Perdrial J., Abbott B.W., Bernal S., Dupas R., Godsey S.E., Harpold A., Rizzo D., Underwood K., Adler T., Sterle G., Li L. Temperature controls production but hydrology regulates export of dissolved organic carbon at the catchment scale // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020. Vol. 24. No. 2. P. 945-966. https://doi.org/10.5194/hess-24-945-2020.
  • Wickham H., Chang W., Wickham M.H. Package “ggplot2” // Create elegant data visualizations using the grammar of graphics. Version. 2016. Vol. 2. No. 1. P. 1-189.
  • Wright S.N., Thompson L. M., Olefeldt D., Connon R. F., Carpino O.A., Beel C.R., Quinton W.L. Thaw-induced impacts on land and water in discontinuous permafrost: A review of the Taiga Plains and Taiga Shield, northwestern Canada // Earth Sci. Rev. 2022. Vol. 32. P. 104104. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104104.
  • Yu Z., Loisel J., Brosseau D.P., Beilman D.W., Hunt S.J. Global peatland dynamics since the Last Glacial Maximum // Geophys. Res. Lett. 2010. Vol. 37. No. 13. https://doi.org/10.1029/2010GL043584.
  • Yudina A.V., Klyueva V.V., Romanenko K.A., Fomin D.S. Micro-within macro: How micro-aggregation shapes the soil pore space and water-stability // Geoderma. 2022. Vol. 415. P. 115771. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.115771.
  • Zsolnay A. Dissolved organic matter: artefacts, definetions and functions // Geoderma. 2003. Vol. 113. P. 187-209. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(02)00361-0.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp