Использование многолетних измерений дыхания почвы для расчетов нетто-баланса углерода в экосистемах Центрального Черноземья

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проанализированы многолетние 2017–2023 гг. наблюдения за эмиссией СО2 из почвы в Центральном Черноземье, Курская область, которые проводили с помощью инфракрасных газоанализаторов методом закрытых камер. Полученные оценки дыхания почвы за год в антропогенных и природных экосистемах, формирующих современный лесостепной агроландшафт европейской части России, варьируют от 651 ± 88 (неудобряемый огород) и 895 ± 91 (многолетние пашни) до 1040 ± 55 г С(СО2)/(м2 год) в луговых степях и широколиственных лесах, а также 1549 ± 215 г С(СО2)/(м2 год) на 2–8-летней залежи. Доля микробного дыхания в местных почвах за вегетационный сезон составила 55.5% в широколиственных лесах, 72.4% в луговой степи и 77.6% на залежи. Рассчитанные по разнице между чистой первичной продукцией (по модели CBM–CFS3 и данным таксации) и гетеротрофным дыханием (дыхание почвы и эмиссия СО2 от крупного древесного дебриса) оценки экосистемного нетто-баланса трех участков широколиственного леса варьируют от +130 г С/(м2 год), соответствующего поглощению углерода из атмосферы, до –112 г С/(м2 год), соответствующего его источнику. В последнем случае нетто-источник связан с накоплением значительных запасов крупного древесного дебриса в результате гибели деревьев от ксилофагов. На пашнях аналогично рассчитанные по чистой первичной продукции и гетеротрофному дыханию показатели нетто-баланса углерода меняются от +186 до –144 г С/(м2 год). При этом подавляющий вклад в межгодовые вариации гетеротрофного дыхания на различных полях вносит вид возделываемой в данное время культуры (87.9%). Сделан вывод о применимости рассматриваемого подхода при оценках нетто-баланса С, как в природных, так и в антропогенных экосистемах, однако наибольшую степень неопределенности вносят оценки доли микробного дыхания.

Об авторах

Д. В. Карелин

Институт географии РАН

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 29, Москва, 119017

А. Н. Золотухин

Курский федеральный аграрный научный центр

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, ул. Карла Маркса, 70Б, Курск, 305021

О. В. Рыжков

Центрально-Черноземный заповедник им. В.В. Алехина

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, Курская область, Курский район, пос. Заповедный, 305528

В. Н. Лунин

Институт географии РАН

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 29, Москва, 119017

Д. Г. Замолодчиков

Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, ул. Профсоюзная, 84/32, стр. 14, Москва, 117997

О. Э. Суховеева

Институт географии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 29, Москва, 119017

Список литературы

  1. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
  2. Евдокимов И.В., Ларионова А.А., Шмит М., Лопес де Гереню В.О., Бан М. Определение вклада дыхания корней растений в эмиссию СО2 из почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2010. № 3. С. 349–355.
  3. Грабовский В.И., Замолодчиков Д.Г. Методы оценки запасов валежа по данным учетов на трансектах // Лесоведение. 2012. № 2. C. 66–73.
  4. Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России // Вестник РАН. 2006. Т. 76. № 1. С. 14–29.
  5. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Коровин Г.Н. Управление бюджетом углерода лесов Дальнего Востока России: прогнозный анализ по модели CBM–CFS // Лесная таксация и лесоустройство. 2009. Т. 1. № 41. С. 98–103.
  6. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Коровин Г.Н., Гитарский М.Л., Блинов В.Г., Дмитриев В.В., Курц В.А. Бюджет углерода управляемых лесов Российской Федерации в 1990–2050 гг.: ретроспективная оценка и прогноз // Метеорология и гидрология. 2013. № 10. С. 73–92.
  7. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г. Углеродный обмен в криогенных экосистемах. М.: Наука, 2008. 344 с.
  8. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Почикалов А.В., Гитарский М.Л. Микробная и корневая составляющие дыхания дерново-подзолистых почв южной тайги // Лесоведение. 2017. № 3. С. 183–195. https://doi.org/10.1134/S199542551707006X
  9. Карелин Д.В., Суховеева О.Э., Глаголев М.В., Добрянский А.С., Сабреков А.Ф., Замотаев И.В. Годовой бюджет углеродсодержащих биогенных парниковых газов при смешанном землепользовании: Льговский район как модельный объект центрального Черноземья // Почвоведение. 2023. № 8. С. 911–924.
  10. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Савин И.Ю., Шорохова Е.В. Баланс углерода в лесных экосистемах южного Подмосковья в условиях усиления засушливости климата // Лесоведение. 2016. № 5. С. 332–345.
  11. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Жиенгалиев А.Т., Кудеяров В.Н. Углеродный бюджет степных экосистем России // Доклады академии наук, 2019. Т. 485. № 6. С. 732–735.
  12. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 2010. 416 с.
  13. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.
  14. Саржанов Д.А., Васенев В.И., Сотникова Ю.Л., Тембо А., Васенев И.И., Валентини Р. Краткосрочная динамика и пространственная неоднородность эмиссии СО2 почвами естественных и городских экосистем Центрально-Черноземного региона // Почвоведение. 2015. № 4. С. 469–478.
  15. Суховеева О.Э., Карелин Д.В. Оценка дыхания почв с помощью модели Райха–Хашимото: параметризация и прогноз // Известия РАН. Сер. Географическая. 2022. Т. 86. № 4. С. 519–527.
  16. Сушко С.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Кудеяров В.Н. Эмиссия СО2, микробная биомасса и базальное дыхание чернозема при различном землепользовании // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1081–1091.
  17. Тарасов М.Е. Роль крупного древесного детрита в балансе углерода лесных экосистем Ленинградской области. Автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб., 2000. 21 с.
  18. Швиденко А., Щепащенко Д., Нильссон С., Булуй Ю. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно–справочные материалы). М.: Федеральное агентство лесного хозяйства, 2008. 886 с.
  19. Anderson M.J., Gorley R.N., Clarke K.R. PERMANOVA+ for PRIMER: guide to software and statistical methods. Plymouth: PRIMER–E Ltd, 2008. 214 pp.
  20. Bond-Lamberty B., Chuankuan Wang, Stith T. Gower. A global relationship between the heterotrophic and autotrophic components of soil respiration? // Global Change Biology. V. 10. 2004. P. 1756–1766. https://doi.org/10.1111/j.1365–2486.2004.00816.x
  21. Gavrichkova O. Drivers of soil respiration of root and microbial origin in grasslands. Universita degli studi della Tuscia–Viterbo, 2009. 166 p.
  22. Hanson P.J., Edwards N.T., Garten C.T., Andrews J.A. Separating root and soil microbial to soil respiration: A review of methods and observations // Biogeochemistry. 2000. V. 48. P. 115–146.
  23. Karelin D., Goryachkin S., Zazovskaya E., Shishkov V., Pochikalov A., Dolgikh A., Sirin A. et al. Greenhouse gas emission from the cold soils of Eurasia in natural settings and under human impact: Controls on spatial variability // Geoderma Regional. 2020. V. 22. P. e00290. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2020.e00290
  24. Karelin D.V., Zamolodchikov D.G., Shilkin A.V., Popov S.Yu, Kumanyaev A.S., Lopes de Gerenyu V.O., Tel’nova N.O., Gitarskiy M.L. The effect of tree mortality on CO2 fluxes in an old-growth spruce forest // Eur. J. Forest Res. 2021. V. 140. Р. 287–305. https://doi.org/10.1007/s10342–020–01330–3
  25. Khanina L., Bobrovsky M., Smirnov V., Romanov M. Wood decomposition, carbon, nitrogen, and pH values in logs of 8 tree species 14 and 15 years after a catastrophic windthrow in a mesic broad-leaved forest in the East European plain // Forest Ecology and Management. 2023. V. 545. P. 121275.
  26. Luo Y., Zhou X. Soil respiration and the environment. Burlington: Academic Press, 2006. 316 p.
  27. Pierre B., Ceschia E., Dedieu G. Саrbon balance of a three crop succession over two cropland sites in South West France // Agricultural and Forest Meteorology 149 (2009) 1628–1645.
  28. Schmidt M., Reichenaua T.G., Fiener P., Schneider K. The carbon budget of a winter wheat field: An eddy covariance analysis of seasonal and inter–annual variability // Agricultural and Forest Meteorology. 2012. V. 165. P. 114–126.
  29. Shuxia J., Zhang X., Chen X., McLaughlin N.B., Zhang S., Wei S., Sun B., Lian A. Long-term conservation tillage influences the soil microbial community and its contribution to soil CO2 emissions in a Mollisol in Northeast China // J. Soils Sediments. 2016. V. 16(1). P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s11368-015-1158-7
  30. Soegaard H., Jensen N., Boegh E., Hasager C., Schelde K., Thomsen A. Carbon dioxide exchange over agricultural landscape using eddy correlation and footprint modelling // Agricultural and Forest Meteorology. 2003. V. 114. P. 153–173.
  31. Ståhl G., Ringvall A., Fridman J. Assessment of coarse woody debris – a methodological overview // Ecol. Bul. 2001. V. 49. P. 57–71.
  32. Subke J.A., Inglima I., Cotrufo M.F. Trends and methodological impacts in soil CO2 efflux partitioning: A meta–analytical review // Global Change Biology. 2006.V. 12. P. 921–943. https://doi.org/10.1111/j.1365–2486.2006.01117.x
  33. Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A.G., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region // Glob. Biogeochem. Cycles. 2009. https://doi.org/10.1029/2008GB003327

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (313KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Расчет экосистемного нетто-потока (ЧП) в трех типах леса по чистой первичной продукции (ЧПП), микробному дыханию в почве (МД) и дыханию валежа и сухостоя (ДД). Положительные значения обозначают поглощение С экосистемой из атмосферы, отрицательные – источник С в атмосферу. (а) – старовозрастный дубовый лес, (b) – кленово-дубовый лес, (c) – ясеневый лес.

Скачать (183KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024