The influence of the degree of hydromorphism on the variability of carbon stock in forest soils of Karelia

Abstract

The most important factor affecting the soil organic carbon (SOC) stocks is the degree and nature of soil moisture content. This factor is especially important when assessing SOC in forest soils. In this paper, the results of a comparative statistical analysis of the variability of SOC in automorphic, semihydromorphic and hydromorphic forest soils in Karelia are discussed. To estimate SOC stocks and calculate quantitative indicators of their variability, soil survey data were used over an area of 1 km2. The information was collected into a single array, which includes the characteristics of 95 soil profiles of forest ecosystems. Of these, 61 profiles characterize automorphic soils, 12 profiles characterize semihydromorphic soils and 22 profiles characterize hydromorphic soils. The results of the studies showed that the mineral horizons of forest soils are largely heterogeneous in terms of SOC content, while organogenic horizons are more heterogeneous in terms of thickness and density. The results of statistical analysis showed that the average SOC stocs in the 0–30 and 0–50 cm soil layers increase depending on the degree of hydromorphism. The results of statistical analysis showed that SOC stocks in semihydromorphic soils are characterized by higher variability, as evidenced by a larger range of changes, higher standard deviations and coefficient of variation. In automorphic soils, the 0–5 cm layer, corresponding to the litter, accounts for up to 30% of the total organic carbon reserves in the 0–50 cm layer. With increasing hydromorphism, this share decreases to 17% in semihydromorphic soils and to 6% in hydromorphic soils. The share of SOC reserves in the 30–50 cm layer in total reserves increases from 23% in automorphic soils to 43% in hydromorphic soils.

References

1.    Атлас Карельской АССР. М., 1989. 40 с.
2.    Бахмет О.Н.Запасы углерода в почвах сосновых и еловых лесов Карелии // Лесоведение. 2018. № 1. C. 48–55. https://doi.org/10.7868/S0024114818010047
3.    Бахмет О.Н.Особенности органического вещества почв в лесных ландшафтах Карелии // Лесоведение. 2012. № 2. C. 19–27.
4.    Красильников П.В., Герасимова М.И., Голованов Д.Л.и др. Разнообразие и пространственная организация почвенного покрова в разных картографических масштабах // Почвоведение. 2020. № 8. С. 913–920. https://doi.org/10.31857/S0032180X20080092
5.    Кузнецова А.И. Влияние растительности на запасы почвенного углерода в лесах (обзор) // Вопросы лесной науки. 2021. Т. 4, № 4. C. 41–95.https://doi.org/10.31509/2658-607x-2021-44-95
6.    Малышева Н.В., Золина Т.А., Филипчук А.Н.Запасы углерода в почвах по материалам государственной инвентаризации лесов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 1. C. 83–97.https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-1-83-97
7.    Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И.Органическое вещество почв Российской Федерации. М., 1996. 254 с.
8.    Осипов А.Ф., Кузнецов M.А.Содержание органического углерода в болотно-подзолистых почвах хвойных лесов средней тайги европейского Северо-Востока России // Лесоведение. 2010. № 6. С. 65–70.
9.    Почвы Карелии. Справочное пособие / Морозова Р.М. и др. Петрозаводск, 1981. 192 с.
10.    Рыжова И.М., Подвезенная М.А.Запасы гумуса в автономных почвах природных экосистем Восточно-Европейской равнины и их чувствительность к изменениям параметров круговорота углерода // Почвоведение. 2003. № 9. С. 1043–1049.
11.    Рыжова И.М., Подвезенная М.А., Кириллова Н.П. Вариабельность запасов углерода в автоморфных и полугидроморфных почвах лесных экосистем Европейской территории России: сравнительный статистический анализ // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2022. № 2. С. 20–27.
12.    Синькевич С.М., Бахмет О.Н., Иванчиков А.А.Роль лесных почв в региональном балансе углерода // Почвоведение. 2009. № 3. С. 290–300.
13.    Федорец Н.Г., Бахмет О.Н.Экологические особенности трансформации соединений углерода и азота в лесных почвах. Петрозаводск, 2003. 240 с.
14.    Чернова О.В., Рыжова И.М., Подвезенная М.А.Оценка запасов органического углерода лесных почв в региональном масштабе // Почвоведение. 2020. № 3. C. 340–350. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030028
15.    Честных О.В., Грабовский В.И., Замолодчиков Д.Г. Оценка запасов почвенного углерода лесных районов России с использованием баз данных почвенных характеристик // Лесоведение. 2022. № 3. C. 237–248.
16.    Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004. 342 с.
17.    Arrouays D., McKenzie N., Hempel J. et al.GlobalSoilMap: Basis of the Global Spatial Soil Information System. 2014. 494 p.
18.    Gerasimova М.I., Golovleva I.А., Konyushkova M.V. et al. Assessment of soil diversity using soil maps with different scales in Eastern Fennoscandia, Russia // Geoderma Regional. 2020. Vol. 21. e00274. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2020.e00274
19.    Hartemink A.E., Zhang Y., Bockheim J.G. et al. Soil horizon variation: A review // Advances in Agronomy. 2020. Vol. 160(1). P. 125–185.https://doi.org/10.1016/bs.agron.2019.10.003
20.    Hounkpatin K.O.L., Stendahl J., Lundblad M. et al. Predicting the spatial distribution of soil organic carbon stock in Swedish forests using a group of covariates and site-specific data // SOIL. 2021. Vol. 7,№ 2. P. 377–398. https://doi.org/10.5194/soil-7-377-2021
21.    IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022. 236 p.
22.    Krasilnikov P.V., Sidorova V.A.Pedodiversity and spatial variation in digital soil mapping // GlobalSoilMap-Digital Soil Mapping from Country to Globe. CRC Press, 2017. P. 75–80. https://doi.org/10.1201/9781351239707
23.    Malone B.P., McBratney A.B., Minasny B., Laslett G.M. Mapping continuous depth functions of soil carbon storage and available water capacity // Geoderma. 2009. Vol. 154,№ 1–2. P. 138–152. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.10.007