Эксперимент по искусственной инкубации талого торфа бугристого болота

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведен комплексный анализ уязвимости бугристых болот к потеплению на европейском северо-востоке России. Для оценки устойчивости органического вещества бугристых болот к разложению проведен лабораторный эксперимент по искусственной инкубации торфа. В ходе эксперимента оценивали скорость трансформации органического вещества торфа по эмиссии СО2 и CH4 в искусственных аэробных и анаэробных условиях при температуре +4°С в течение 1300 сут в образцах торфа бугристого болота, взятых из сезонно-талого, переходного и многолетнемерзлого слоев. В качестве индикаторов изменения темпов разложения органического вещества определяли изотопы δ13C и δ15N, отношения C/N, O/C, H/C. Проведенные исследования показали, что к 1300 сут эксперимента при аэробных условиях общий объем СО2, выделившегося в расчете на 1 г углерода в анализируемом образце, составил 10.24–37.4 мг С/г (в среднем 25.76 мг С/г), тогда как в анаэробных условиях – только 2.1–3.38 мг С/г (в среднем 3.15 мг С/г). Эмиссия CH4 наблюдалась только в переходном слое и в крайне незначительных количествах.

Об авторах

А. В. Пастухов

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: alpast@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9368-9270
Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

Д. А. Каверин

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН

Email: alpast@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2559-2340
Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167982

Список литературы

  1. Атлас Республики Коми. М.: Феория, 2011. 448 с.
  2. Болота Западной Сибири, их строение и гидрологический режим / Под ред. Иванова К.Е., Новикова С.М. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 448 с.
  3. Геокриологическая карта СССР, масштаб 1 : 2.5 млн. / Отв. ред. Ершова Е.Д., Кондратьева К.А. М.: Мин. геологии СССР и МГУ, 1998.
  4. Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири / Под. ред. Новикова С.М. СПб.: ВВМ, 2009. 536 с.
  5. ГОСТ 17644-83 Торф. Методы отбора проб из залежи и обработки их для лабораторных испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1983. 14 с.
  6. Загирова С.В., Мигловец M.H., Якубенко С.В. Оценка потоков метана в экосистеме крупнобугристого болота подзоны крайнесеверной тайги на европейском северо-востоке России (по результатам двух методов измерений) // Сибирский экологический журнал. 2023. № 2. С. 136–147. https://doi.org/10.15372/SEJ20230203
  7. Иванов К.Е. Гидрология болот. Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1953. 300 с.
  8. Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.
  9. Инишева Л.И., Кобак К.И., Турчинович И.Е. Развитие процесса заболачивания и скорость аккумуляции углерода в болотных экосистемах России // География и природные ресурсы. 2013. Т. 34. № 3. С. 60–68.
  10. Каверин Д.А., Пастухов А.В., Новаковский А.Б. Динамика глубины сезонного протаивания тундровых мерзлотных почв (на примере площадки циркумполярного мониторинга деятельного слоя в европейской России) // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI, № 6. С. 35–45. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-6(35-44)
  11. Методические рекомендации по проектированию и строительству автомобильных дорог на промороженных основаниях в заболоченных районах Западной Сибири. М.: Союздорнии, 1975. 57 с.
  12. Мигловец М.Н., Загирова С.В., Гончарова Н.Н., Михайлов О.А. Эмиссия метана с крупнобугристого болота на северо-востоке европейской части России // Метеорология и гидрология. 2021. № 1. С. 93–102.
  13. Михайлов О.А., Мигловец M.H., Загирова С.В. Вертикальные потоки метана на мезоолиготрофном болоте таежной зоны Европейского Северо-Востока России // Сибирский экологический журнал. 2015. № 3. С. 452–460. https://doi.org/10.15372/SEJ20150312
  14. Обзорная криологическая карта Коми и НАО. Масштаб 1 : 1 млн. Проект ПРООН/ГЭФ/ЕС. 2015. http://undp-komi.org/images/pdf/reports/geokriomap.jpg (дата обращения: 03.02.2017).
  15. Пастухов А.В., Каверин Д.А., Гончарова Н.Н. Реликтовые бугристые мерзлотные торфяники на южном пределе Восточно-Европейской криолитозоны // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 1. С. 77–84.
  16. Пастухов А.В., Марченко-Вагапова Т.И., Каверин Д.А., Гончарова Н.И. Генезис и эволюция бугристых болот на территории редкоостровной многолетней мерзлоты на европейском Северо-Востоке (бассейн среднего течения р. Косью) // Криосфера Земли. 2016. Т. XX. № 1. С. 3–14.
  17. Пастухов А.В., Марченко-Вагапова Т.И., Каверин Д.А., Кулижский С.П., Кузнецов О.Л., Панов В.С. Динамика развития бугристых торфяников на южной границе Восточно-Европейской криолитозоны // Почвоведение. 2017. № 5. P. 544–557. https://doi.org/10.7868/S0032180X17030091
  18. Пастухов А.В., Каверин Д.А. Запасы почвенного углерода в тундровых и таежных экосистемах Северо-Восточной Европы // Почвоведение. 2013. № 9. С. 1084–1094. https://doi.org/10.7868/S0032180X13070083
  19. Пастухов А.В., Кноблаух К., Яковлева Е.В., Каверин Д.А. Маркеры трансформации органического вещества в мерзлотных бугристых болотах на европейском Северо-Востоке // Почвоведение. 2018. № 1. С. 48–61. https://doi.org/10.7868/S0032180X18010057
  20. Порохина Е.В., Инишева Л.И., Дырин В.А. Биологическая активность и сезонные изменения CO2 и CH4 в торфяных залежах эвтрофного болота // Вестник Томск. гос. ун-та. Биология. 2015. № 3(31). С. 157–176. https://doi.org/10.17223/19988591/31/12
  21. Пояснительная записка к листу Q-41 (Воркута) // Государственная почвенная карта России. Масштаб 1 : 1 000 000. Сыктывкар, 2011. 76 с.
  22. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М.: Недра, 1978. 231 с.
  23. Физика и химия торфа. М.: Недра, 1989. 304 с.
  24. Andren O., Kätterer T. ICBM: the introductory carbon balance model for exploration of soil carbon balances // Ecological Applications. 1997. V. 7. P. 1226–1236. https://doi.org/10.1890/1051-0761(1997)007[1226:ITICBM]2.0.CO;2
  25. Christensen O.B., Drews M., Christensen J.H., Dethloff K., Ketelsen K., Hebestadt I., Rinke A. The HIRHAM regional climate model version 5, Danish Meteorological Institute Technical Report 06-17, Danish Meteorological Institute, Copenhagen, 2006. 22 p.https://www.dmi.dk/fileadmin/Rapporter/TR/tr06-17.pdf (дата обращения: 02.07.2024).
  26. Dutta K., Schuur E.A.G., Neff J.C., Zimov S.A. Potential carbon release from permafrost soils of Northeastern Siberia // Global Change Biology. 2006. V. 12. P. 2336–2351. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01259.x
  27. Heiri O., Lotter A.F., Lemcke G. Loss on ignition as a method for estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility comparability of results // J. Paleolimnology. 2001. V. 25. P. 101–110. https://doi.org/10.1023/A:1008119611481
  28. Hiederer R., Köchy M. Global soil organic carbon estimates and the Harmonized World Soil Database, JRC Scientific and Technical Reports, 68528/EUR 25225 EN. Ispra: Joint Research Centre, 2011. https://doi.org/10.2788/13267
  29. Ingram H.A.P. Soil layers in mires: function and terminology // J. Soil Sci. 1978. V. 29. P. 224–227. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1978.tb02053.x
  30. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. International Union of Soil Sciences (IUSS). Vienna, 2022. 236 с.
  31. Kaverin D., Malkova G., Zamolodchikov D., Shiklomanov N., Pastukhov A., Novakovskiy A., Sadurtdinov M., Skvortsov A., Tsarev A., Pochikalov A., Malitsky S., Kraev G. Long-term active layer monitoring at CALM sites in the Russian European North // Polar Geography. 2021. V. 44. P. 203–216. https://doi.org/10.1080/1088937X.2021.1981476
  32. Knoblauch C., Beer C., Sosnin A., Wagner D., Pfeiffer E.-M. Predicting long-term carbon mineralization and trace gas production from thawing permafrost of Northeast Siberia // Global Change Biology. 2013. V. 19. P. 1160–1172. https://doi.org/10.1111/gcb.12116
  33. Knoblauch C., Spott O., Evgrafova S., Kutzbach L., Pfeiffer E.-M. Regulation of methane production, oxidation, and emission by vascular plants and bryophytes in ponds of the northeast Siberian polygonal tundra // J. Geophys. Res Biogeosci. 2015. V. 120. P. 2525–2541. https://doi.org/10.1002/2015JG003053
  34. Knoblauch C., Beer C., Liebner S., Grigoriev M.N., Pfeiffer E.-M. Methane production as key to the greenhouse gas budget of thawing permafrost // Nature Climate Change. 2018. V. 8. P. 309–312. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0095-z
  35. Knorr K.H, Blodau C. Impact of experimental drought and rewetting on redox transformations and methanogenesis in mesocosms of a northern fen soil // Soil Biol. Biochem. 2009. V. 41. P. 1187–1198. http://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.02.030
  36. Krüger J.P., Leifeld J., Alewell C. Degradation changes stable carbon isotope depth profiles in palsa peatlands // Biogeosciences. 2014. V. 11. P. 3369–3380. https://doi.org/10.5194/bg-11-3369-2014
  37. Lee H, Schuur E.A.G., Inglett K.S., Lavoie M., Chanton J.P. The rate of permafrost carbon release under aerobic and anaerobic conditions and its potential effects on climate // Global Change Biology. 2012. V. 18. P. 515–527. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02519.x
  38. Myhre G., Shindell D., Breon F.M. et al. Anthropogenic and Natural Radiative Forcing // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contributions of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, 2013. P. 659–740.
  39. Natali S.M., Schuur E.A.G., Webb E.E., Pries C.E.H., Crummer K.G. Permafrost degradation stimulates carbon loss from experimentally warmed tundra // Ecology. 2014. V. 95. P. 602–608. https://doi.org/10.1890/13-0602.1
  40. O’Donnell J.A., Jorgenson M.T., Harden J.W., McGuire A.D., Kanevskiy M.Z., Wickland K.P. The effects of permafrost thaw on soil hydrologic, thermal, and carbon dynamics in an Alaskan Peatland // Ecosystems. 2012. V. 15. P. 213–229. https://doi.org/10.1007/s10021-011-9504-0
  41. Oksanen P.O., Kuhry P., Alekseeva R.N. Holocene development of the Rogovaya River peat plateau, European Russian Arctic // Holocene. 2001. V. 11. P. 25–40. https://doi.org/10.1191/095968301675477157
  42. Pastukhov A., Loiko S., Kaverin, D. Polycyclic aromatic hydrocarbons in permafrost peatlands // Scientific Rep. 2021. V. 11. P. 18878. https://doi.org/10.1038/s41598-021-98384-z
  43. Routh J, Hugelius G., Kuhry P., Filley T., Tillman P.K., Becher M., Crill P. Multi-proxy study of soil organic matter dynamics in permafrost peat deposits reveal vulnerability to climate change in the European Russian Arctic // Chem. Geology. 2014. V. 368. P. 104–117. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.12.022
  44. Saito K., Machiya H., Iwahana G., Ohno H., Yokohata T. Mapping simulated circum-Arctic organic carbon, ground ice, and vulnerability of ice-rich permafrost to degradation // Progress Earth Planetary Sci. 2020. V. 7. P. 31. https://doi.org/10.1186/s40645-020-00345-z
  45. Schuur E.A.G., McGuire A.D., Schädel C. et al. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature. 2015. V. 520. P. 171–179. https://doi.org/10.1038/nature14338
  46. Song Y., Liu C., Song C., X. Wang, Ma X., Gao J., Gao S., Wang L. Linking soil organic carbon mineralization with soil microbial and substrate properties under warming in permafrost peatlands of Northeastern China // Catena. 2021. V. 203. P. 105348. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105348
  47. Sothe C., Gonsamo A., Arabian J., Snider J. Large scale mapping of soil organic carbon concentration with 3D machine learning and satellite observations // Geoderma. 2022. V. 405. P. 115402. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115402
  48. Stendel M., Christensen J., Marchenko S. et al. Size matters – Very high resolution permafrost simulations on the 4 km scale in northeast European Russia. Geophysical Research Abstracts. 2011. V. 13. P. EGU2011-6493.
  49. Treat C., Natali S., Ernakovich J. et al. A pan-Arctic synthesis of CH4 and CO2 production from anoxic soil incubations // Global Change Biol. 2015. V. 21. P. 2787–2803. https://doi.org/10.1111/gcb.12875
  50. Zimov S.A., Davydov S.P., Zimova G.M. et al. Permafrost carbon: stock and decomposability of a globally significant carbon pool // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. P. L20502. https://doi.org/10.1029/2006GL027484

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Исследуемый регион с ключевым участком на спутниковом снимке (Google Earth Image©Maxar Technologies), обозначенным на картосхеме условным обозначением: И 11 – Инта. Ежемесячные температуры (Т, °С) и суммы осадков (О, мм) за 1961–2023 гг. взяты из климатической базы данных https://ru.climate-data.org/. Границы криолитозоны (южный предел распространения редкоостровной и островной многолетней мерзлоты) проведены: 1991 г. по [3], 2015 г. – по [14], 2080 г. по [48].

Скачать (82KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Исследуемое бугристое болото (фото 02.08.2024).

Скачать (72KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Физико-химические характеристики исследуемого бугристого болота.

Скачать (37KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эмиссия CO2 в аэробных (a) и анаэробных условиях (b) и эмиссия CH4 в анаэробных условиях (c) за 1 сут в сезонно-талом (СТС), переходном (ПС), многолетнемерзлом (ММП) слоях ключевого участка Инта 11. Эмиссию CO2 определяли в течение 1300-суточого периода инкубационного эксперимента, мкг CO2, выделяемого из 1 г углерода за 1 сут.

Скачать (39KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Доля минерализованного углерода в результате эмиссии CO2 в аэробных (a) и анаэробных условиях (b) и эмиссии CH4 в анаэробных условиях (c) в течение всего 1300-суточного периода инкубационного эксперимента, % от Собщ.

Скачать (37KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025