ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
Оценка динамики углеродного баланса криогенных экосистем при изменении параметров их функционирования в случае климатических изменений или антропогенной нагрузки
Northern peatlands cover an area of about 3.5 million km2. and contain up to one third of the world's carbon stock (Gorham 1991). The balance of carbon in these ecosystems with ongoing climatic changes will be controlled by their productivity, on the one hand, and the rate of decomposition of organic matter, on the other. In turn, these parameters will be regulated by hydrothermal conditions. Until recently, the impact of global warming on the carbon cycle of cryogenic ecosystems was considered primarily in terms of increasing soil temperatures and melting permafrost. Many studies have indicated that, under certain conditions, northern ecosystems from a CO2 sink can become their source, and significantly affect the CO2 balance in the atmosphere (Zoltai and Martikainen, 1996; Chivers, 2009). However, such an important characteristic as soil moisture remained in the shade, which can also change significantly with warming and significantly affect the decomposition of organic matter, and hence the biological activity of soils. Melting of permafrost can lead to both waterlogging of the soil and its drainage due to the lowering of the level of suprapermafrost waters. (Natali, 2015). In well-drained dry areas, an active process of mineralization of organic matter can begin, during which additional CO2 will be released into the atmosphere. (Natali, 2015; Chivers, 2009; Moore and Dalva, 1993). Overmoistening, on the contrary, reduces CO2 emissions and stimulates the release of methane. Both of these processes, in turn, can enhance the greenhouse effect. To date, it has been shown that a change in soil moisture in the North can have an even greater effect on the mineralization of soil organic matter than an increase in temperature (Guanlin Li, 2017, Hicks Pries, 2013). In contrast to numerous studies on the temperature sensitivity of soils, there are very few studies on the effect of moisture on the biological activity of soils, especially peat soils. The uncertainty of the contribution of this parameter prevents the construction of clear representative models of climate change and determines the relevance of this project. The novelty of this project will be not only the study of the response of organogenic permafrost soils located at the permafrost boundary to changes in moisture content, but also the use of a wide range of field and laboratory manipulation experiments. In field conditions, the widespread use of the method of transplantation (soil transplantation) from dry conditions to wet conditions and vice versa, worked out in previous projects, is assumed in order to study the short and long-term response of peat soils to changes in moisture. Under laboratory conditions, it is planned to conduct a wide range of incubation experiments, differing in duration, conditions for manipulating moisture to study the response of peat samples of different types, genesis and properties to changes in their moisture content. An important part will be the development of methods for studying the effect of moisture on the properties of peat soils, comparing the results of field and laboratory experiments and, ultimately, answering the questions: what will happen when the permafrost thaws and the moisture content of the permafrost zone changes? How will their biological activity change? Will they become a climate bomb? And what role will humidity play in this? Answers to these questions will help to understand the speed and direction of change, as well as to clarify the models of the consequences of ongoing warming.
По результатам первого года работ предполагается установление особенностей биологической активности и свойств торфяных почв, развивающихся в различных режимах увлажнения в условиях бугристых торфяников северной тайги Западной Сибири и ю. тайги. Будут получены предварительные результаты отклика торфяных образцов на изменение влажности по результатам лабораторных экспериментов. В полевых условиях будет оценен краткосрочный отклик биологической активности торфяных почв на изменение влажности. На втором году работ будут получены данные по результатам долгосрочных полевых экспериментов (трансплатация и камеры открытого типа) и оценено влияние изменения влажности на свойства торфяных почв, а также уточнены и расширены данные на основе детальных лабораторных экспериментов с манипулированием влажностью образцов торфа разного генезиса. На втором году будут адаптированы методики изучения биологической активности торфов. Полученные результаты позволят оценить влияние влажности на свойства торфяных почв разного типа, а также оценить методические особенности изучения отклика торфяных почв на изменение влажности.
В заявленном проекте найдут применение результаты, полученные коллективом во время исследований, проводимых более 20 лет на севере Западной Сибири в российском секторе Арктики. Детально исследованы ландшафты и почвы северной тайги и южной тундры региона, изучен их генезис и связь с различными проявлениями криогенных процессов на разных уровнях (Матышак и др. 2017). Установлено, что фактором, оказывающим наибольшее влияние на разнообразие экосистем и биологическую активность почв является наличие и глубина залегания многолетнемерзлых пород, так как именно мерзлота определяет тип биогеоценоза, температурный режим и активность процессов трансформации органического вещества в экосистемах этого региона (Гончарова и др. 2016, 2017). У коллектива имеется база данных по продукции СО2 и СН4 почвами основных криогенных ландшафтов северной тайги Западной Сибири, обширные материалы по термическим режимам почв региона (Matyshak 2015; Гончарова и др. 2014, 2015, 2016, 2017). Членами коллектива опубликована серия работ, освещающая пространственное распределение таких компонентов углеродного цикла почв региона, как эмиссия СО2, содержание лабильного и микробного углерода (Гончарова и др. 2016, 2017, 2018); оценены запасы общего, водоизвлекаемого и микробного углерода в основных типах почв региона (Бобрик и др., 2018). У коллектива имеется большой опыт проведения полевых и лабораторных манипуляционных экспериментов по изучению влияния различных параметров на биологическую активность торфяных почв Севера. В полевых условиях апробированы методы трансплантации почвенных монолитов, долгосрочного нагревания почв методом Open-Top Chamber, в лабораторных условиях отработаны методы оценки температурной чувствительности минерализации органического вещества почв и т.д. (Матышак, Чуванов 2019, 2021). Заявленный проект является логическим продолжением исследований по оценке температурной чувствительности минерализации органического вещества торфяных почв севера Западной Сибири.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Влияние влажности на биологическую активность торфяных почв криолитозоны |
Результаты этапа: Что произойдет при таянии мерзлоты и изменении влажности торфяников криолитозоны? Как сильно изменится углеродный баланс экосистем, станут ли они мощным источником парниковых газов? И какую роль в этом сыграет влажность? Будут ли эти механизмы отличаться от реакции почв "южных" торфяников? Для ответа на поставленные вопросы на первом году исследований были выполнены 2 блока работ: полевой и лабораторный. Были организованы и проведены работы на 2 полигонах: северотаежный Надымский полигон (Надымский район, Тюменская область, ЯНАО, 65.535924N, 72.531341E) и южнотаежный полигон "Звенигородская биостанция МГУ и карьер "Сима" (ЗБС), Волковское верховое болото (55.667675N, 36.713571E) далее называемый “карьер Сима”. Работа на каждом из полигонов проводилась в 2 этапа по следующему принципу: 1 этап - Выбор и организация экспериментальных площадок, установка датчиков, проведение стартовых / контрольных измерений, отбор контрольных образцов и образцов для манипуляционных экспериментов. 2 этап (через 1, 2 месяца) - Снятие данных с датчиков, измерение всех параметров на контрольных и экспериментальных площадках, отбор экспериментальных образцов. На полигонах была организована серия манипуляционных экспериментов по искусственному изменению влажности торфяных почв и оценке динамики их биологической активности (по эмиссии СО2): «Полив», «ОТС», «Трансплантация». После апробирования этих вариантов за основу был взят вариант «Трансплантация». Верхнюю часть (20 см) торфяной почвы помещали в перфорированную ПВХ емкость (микрокосм) объемом 0.04 м3 и переносили (пересаживали) в наиболее отличное по влажности место - в близлежащую ложбину на предварительно подготовленные участки (вариант «увлажнение») или на сухой участок (вариант «осушение»). Оба варианта в достаточной повторности. В августе, спустя месяц эксперимента, эмиссия СО2 осушенных почв в целом составила 183.0 ± 72.9 мг CO2 м–2 ч–1, а для контрольных участков - 202.4 ± 81.1 мг CO2 м–2 ч–1, в среднем. В данном типе эксперимента в краткосрочной перспективе между осушенным и контрольным участком не оказалось достоверных различий. При этом отмечено увеличение (недостоверное) биологической активности для вариантов увлажненных почв. В лабораторном блоке была выполнена серия экспериментов для оценки влияния влажности на свойства образцов торфяных почв разного типа (базальное (БД) и субстратиндуцированное дыхание (СИД), содержание лабильного органического вещества), а также для оценки применимости стандартных методов при изучении биологической активности органогенных почв. Одним из важнейших результатов явилась оценка динамики БД торфяных образцов в широком диапазоне влажности и определение оптимума влажности. При этом не была выявлена «классическая куполоообразная» (при 50–60% ППВ (предельная полевая влагоемкость)) тенденция отклика образцов на увлажнение. Рост БД и содержания углерода микробной биомассы продолжился вплоть до 100% ППВ для обоих типов торфа. Снижение БД и углерода микробной биомассы было отмечено только для слаборазложенного образца (ТО) при достижении величин влажности образца более 100% ППВ (т.е. когда образец погружен в воду). При этом установлена тенденция снижения содержания лабильного органического углерода и азота для образца ТО в области высоких значений влажности. Для сильноразложенного образца торфа (ТЕ) достоверных тенденций выявлено не было. Таким образом, на основе предварительных экспериментов выявлены две важные закономерности. 1. Высокая биологическая активность торфов в области высоких значений влажности обусловлена широким интервалом оптимума влажности, при котором микробная активность не лимитируется. Это может быть обусловлено как специфическими свойствами торфов, такими как высокая пористость, особое строение (наличие гиалиновых клеток) и т.д., так и методическими проблемами при проведении лабораторных экспериментов 2. Очевидны методические сложности создания анаэробных условий (переувлажнения) во флаконах. Возможно, что в краткосрочных условиях и при широком соотношении навески к газовой фазе, кислород, находящийся в газовой фазе флакона и в растворе, препятствует созданию «чистых» условий переувлажнения, добиться которых удается лишь залив образец водой полностью (>100% ППВ). Таким образом, на основе как полевых, так и лабораторных экспериментов, показан сложный и неоднозначный характер отклика образцов торфяных почв на изменение влажности. Предварительные результаты свидетельствуют о ряде методологических проблем, о особенностях реакции торфяного субстрата и неоднозначной и различной его реакции на увлажнение по результатам полевых и лабораторных экспериментов. Тем не менее установлено, что торфяной субстрат имеет широкий интервал оптимума влажности при исследованиях биологической активности почв в лабораторных условиях, а биологическая активность торфяных почв (эмиссия СО2), определенная в полевых условиях, слабо коррелирует с влажностью. При этом в обоих вариантах исследований биологическая активность почв растет (или остается высокой) при высоких (вплоть до 100% ППВ) значениях влажности. Поиск причины такого поведения будет являться одной из главных задач на следующем этапе исследований. | ||
2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Влияние влажности на биологическую активность торфяных почв криолитозоны |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".