Суточная динамика эмиссии СО2 почвами типичных биогеоценозов севера Западной Сибири

Аннотация

Несмотря на активное внедрение современных высокоточных методов оценки углеродного бюджета экосистем, бо́льшая часть первичных данных для расчета месячных, сезонных и годовых потоков газов получается на основе измеренийпочвенного или экосистемного дыхания, которые производятся раз в сутки. Остается открытым вопрос, можно ли считать, что подобные однократные, хотя и регулярные, измерения достоверно отражают среднесуточную величину потока. Задачи данного исследования включали оценку закономерностей суточной динамики эмиссии СО2 почвами двух природных зон севера Западной Сибири. В северной тайге в условиях прерывистой криолитозоны исследованы почвы экосистем, сформированные в пределах третьей озерно-аллювиальной равнины р. Надым,— сосняка зеленомошного и мерзлых бугристых торфяников. В южной тундре, в зоне сплошной мерзлоты, изучены почвы пятнисто-медальонного комплекса, развитого на выровненных участках третьей террасы р. Хадуттэ.Объекты исследования приурочены к оголенному пятну-медальону и заросшему понижению между пятнами, а также участку склона, заросшему кустарником (ерником). В августе 2016 и 2017 годов в течение двух суток каждые четыре часа измеряли эмиссию СО2с поверхности почвы камерным методом, а также температуру и объемную влажность почвы на глубине 10 см. При разных абсолютных значениях величины эмиссии СО2 для всех исследованных экосистем наблюдалась ее выраженная суточная динамика. Минимальные потоки СО2 регистрировались в предрассветные часы, около 2 часов ночи для всех объектов. Максимальные потоки фиксировались в разные часы, но в среднем приходились на период с 14 до 18 часов. Для большинства объектов суточный ход величины эмиссии СО2коррелировал с температурой почвы, но наблюдался выраженный гистерезис данной зависимости. Природа этого явления объясняется как биологическими факторами — динамика корневого дыхания в большей степени зависит от процессов фотосинтеза, нежели от температуры почвы, так и физическими — затрудненной диффузией газа в плотных минеральных горизонтах. Наиболее благоприятные часы для измерений эмиссии СО2 с точки зрения дальнейших расчетов суточных потоков для большинства исследованных экосистем в пик вегетации — это утренние (до 10 часов) и вечерние (с 18 до 22) часы.

Литература

1.    Алейников А.А., Алейникова А.М., Бочарников М.В. и др. Остров Вайгач: природа, климат и человек. Всемирный фонд дикой природы (WWF). М., 2014. 542 с.
2.    Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А. и др. 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
3.    Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Тимофеева М.В. и др. Эмиссия СО2 почвами экотонной зоны севера Западной Сибири // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1034–1048.
4.    Дроздов Д.С., УкраинцеваН.Г., Царев А.М. и др. Изменения температурного поля мерзлых пород и состояния геосистем на территории Уренгойского месторождения за последние 35 лет (1974–2008) // Криосфера Земли. 2010. Т. XIV, № 1. С. 22–31.
5.    Кудеяров В.Н. Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор) // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1011–1022. https://doi.org/10.31857/S0032180X23990017
6.    Малышева Н.В., Моисеев Б.Н., Филипчук А.Н. и др. Методы оценки баланса углерода в лесных экосистемах и возможности их использования для расчетов годичного депонирования углерода // Лесной вестник. 2017. Т. 21, № 1. С. 4–13. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2017-1-4-13
7.    Матышак Г.В., Богатырев Л.Г., Гончарова О.Ю. и др. Особенности развития почв гидроморфных экосистем северной тайги Западной Сибири в условиях криогенеза // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1155–1164. https://doi.org/10.7868/S0032180X17100069
8.    Махныкина А.В., Прокушкин А.С., Ваганов Е.А. и др. Динамика потоков СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири // Журн. Сибирского федерального ун-та. Биология. 2016. № 3. С. 338–357.
9.    Оценка потоков парниковых газов в экосистемах регионов Российской Федерации / Под ред. член-корр. РАН А.А. Романовской. М., 2023. 346 с.
10.    Сорокина Д.Д., Птичников А.В., Романовская А.А. Сравнительный анализ и оценка методик расчета поглощения парниковых газов лесными экосистемами, применяемых в Российской Федерации // Известия РАН. Сер. географическая. 2023. Т. 87, № 4. С. 497–511. https://doi.org/10.31857/S2587556623040131
11.    УкраинцеваН.Г., Дроздов Д.С., Попов К.А. и др. Ландшафтная индикация локальной изменчивости свойств многолетнемерзлых пород (Уренгойское месторождение, Западная Сибирь) // Криосфера Земли. 2011. Т. XV, № 4. С. 37–40.
12.    Barron-Gafford G.A., Scott R.L., Jenerette G.D. et al. The relative controls of temperature, soil moisture, and plant functional group on soil CO2 efflux at diel, seasonal, and annual scales // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2011. № 116. G01023.
13.    Darenova E., Pavelka M., Acosta M. Diurnal deviations in the relationship between CO2 efflux and temperature: a case study // Catena. 2014. № 123. P. 263–269. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.08.008
14.    Fouché J., Keller C., Allard M. et al. Diurnal evolution of the temperature sensitivity of CO2 efflux in permafrost soils under control and warm conditions // Sci. Total Environ. 2017. Vol. 581–582. P. 161–173.
15.    Gagnon S., Allard M., Nicosia A. Diurnal and seasonal variations of tundra CO2 emissions in a polygonal peatland near Salluit, Nunavik // Canada. Arctic Science. 2017. № 4. P. 1–15.
16.    Jian J., Steele M.K., Day S.D. et al. Measurement strategies to account for soil respiration temporal heterogeneity across diverse regions // Soil Biology and Biochemistry. 2018. Vol. 125. P. 167–177. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.07.003
17.    Kučinskas O., Marozas V. Diurnal and seasonal soil CO2 efflux variation in Scots pine (Pinus sylvestris L.) forests in the European hemi-boreal zone, Lithuania // J. Elem. 2021. Vol. 26, № 3. P. 731–754. https://doi.org/10.5601/jelem.2021.26.1.2124
18.    Kuzyakov Y., Gavrichkova O. Time lag between photosynthesis and carbon dioxide efflux from soil: A review of mechanisms and controls // Glob. Chang. Biol. 2010. № 16. P. 3386–3406.
19.    Liu Q., Edwards N.T., Post W.M. et al. Temperature-independent diel variation in soil respiration observed from a temperate deciduous forest // Global Change Biology. 2006. № 12. Р. 2136–2145.
20.    Makita N., Kosugi Y., Sakabe A. et al. Seasonal anddiurnal patterns of soil respiration in an evergreen coniferousforest: Evidence from six years of observation with automaticchambers // PLoS ONE. 2018. Vol. 13, № 2. e0192622. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0 192622

21.    Subke J.-A., Reichstein M., Tenhunen M. Explaining temporal variation in soil CO2 efflux in a mature spruce forest in Southern Germany // Soil Biology & Biochemistry. 2003. № 35. P. 1467–1483.
22.    Tang J., Baldocchi D.D., Xu L. Tree photosynthesis modulates soil respiration on a diurnal time scale // Global Change Biol. 2005. Vol. 11, № 8. P. 1298–1304.
23.    Zimmermann M., Meir P., Bird M. et al. Litter contribution to diurnal and annual soil respiration in a tropical montane cloud forest // Soil Biology and Biochemistry. 2009. Vol. 41, № 6. P. 1338–1340. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.02.023