ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Целью работы является установление закономерностей функционирования почв в разных экологических условиях. Она направлена на разработку и совершенствование методов прогнозирования реакции почв на глобальные изменения климата и характера землепользования. В результате проведенных исследований будут определены ведущие биотические и абиотические факторы, определяющие пространственную неоднородность свойств и параметров функционирования почв в условиях островной криолитозоны, охарактеризованы изменения растительного покрова, гидротермических условий и эмиссии парниковых газов вдоль линейных сооружений (газопроводов) и определена температурная чувствительность разложения органического вещества торфяных почв криолитозоны. Будут оценены изменения запасов органического углерода почв европейской России за исторический период на основе единого подхода; охарактеризованы процессы и направленность преобразования минеральных фаз в комплексах слитых почв; охарактеризована фиксация углерода в форме фракций свободного и сорбированного на минеральной матрице органического вещества и определена активность трансформации азотсодержащих соединений в почве по данным изотопного состава азота разных пулов. Будет изучена пирогенная трансформация и постпирогенное функционирование почв горной тундры в зависимости от интенсивности пожаров. Проведенные исследования позволят более точно количественно охарактеризовать изменение почвенных свойств на локальном и региональном уровнях, что послужит оптимальному выбору стратегий использования и охраны почв.
The goal of the work is to establish patterns of soil functioning in different environmental conditions. It is aimed at developing and improving methods for predicting the response of soils to global climate change and the land use. As a result of the studies, leading biotic and abiotic factors will be determined, that describe the spatial heterogeneity of soil properties and functioning parameters in the conditions of the permafrost zone. Changes in the vegetation cover, hydrothermal conditions and greenhouse gas emissions along linear structures (gas pipelines) will be characterized, and the temperature sensitivity of the decomposition of organic matter will be determined for peat soils of cryolithozone. Changes in the organic carbon stocks of the soils of European Russia over the historical period will be estimated based on a unified approach. The processes and directions of the conversion of mineral phases in Vertisol complexes will be characterized. The fixation of carbon in the form of fractions of free and organic matter adsorbed on the mineral matrix will be characterized, and the transformation activity of nitrogen-containing compounds in the soil will be determined according to the nitrogen isotopic composition of different pools. The pyrogenic transformation and post-pyrogenic functioning of mountain tundra soils will be studied depending on the intensity of fires. The studies will allow more accurately quantitatively characterize the change in soil properties at the local and regional levels, which will serve as the optimal choice of strategies for the use and protection of soils.
Будут получены: Количественная оценка влияния ведущих биотических и абиотических факторов на функционирование почв в условиях островной криолитозоны; Оценка температурной чувствительности скорости разложения органического вещества торфяных почв по результатам полевых и лабораторных экспериментов; Характеристика степени трансформированности экосистем на основе анализа растительного покрова, гидротермических условий и эмиссии парниковых газов вдоль газопроводов; Характеристика процессов и направленности преобразования минеральных фаз в комплексах слитых почв; Характеристика фиксации углерода в форме фракций свободного и сорбированного на минеральной матрице органического вещества для почв основных природных зон Русской равнины; Оценка особенностей фракционирования стабильных изотопов углерода при формировании различных форм почвенного органического вещества (свободных и сорбированных) в различных биоклиматических и биоценотических условиях; Изотопный состав азота разных почвенных пулов как показатель активности процессов трансформации азотсодержащих соединений в почвах и индикатор особенностей азотного питания растений; Оценка влияния пожаров разной интенсивности на содержание активного и стабильного пулов органического вещества в почвах горной тундры; Оценка изменения интенсивности процессов трансформации соединений углерода и азота в почвах горной тундры на разных постпирогенных стадиях развития; Сравнительная характеристика запасов органического углерода в автоморфных и полугидроморфных лесных почвах в региональном масштабе; Оценка изменения запасов органического углерода почв в условиях лесной, лесостепной и степной зон Европейской России в историческом масштабе.
Начаты исследования эмиссии СО2 из почв основных типов экосистем северной тайги и южной тундры Западной Сибири. Подобраны объекты для исследования влияния газопроводов на функционирование бугристых торфяников островной криолитозоны северной тайги Западной Сибири. Изучены свойства почв и геохимическая структура слитоземных почвенных комплексов в контрастных климатических условиях – в умеренном (Россия, Ставропольский край) и субтропическом (США, штат Техас) климате. Начаты исследования изотопного состава азота в почве, который может быть информативным показателем для характеристики процессов азотного цикла и источников азотного питания растений. Проведены полевые исследования по оценке влияния пожаров разной интенсивности на почвы горной тундры Хибин. Для сравнительной оценки запасов органического углерода и их структуры в автоморфных и и полугидроморфных лесных почвах создана база данных, характеризующая 289 профилей почв лесной зоны европейской территории России. Проведены исследования по оценке тенденций изменения запасов органического углерода почв в историческом масштабе под влиянием антропогенного воздействия в пределах территорий южной тайги и лесостепи Европейской России на примере модельных регионов.
В результате четырех лет выполнения темы показано, что: 1. Строительство и эксплуатация газопроводов в условиях криолитозоны сопровождается не только механическим нарушением растительного и почвенного покровов, но оказывает значительное постоянное отепляющее влияние, вызывающее деградацию многолетнемерзлых пород на значительную глубину и ширину вдоль трассы газопроводов, по которым транспортируется «теплый» газ. В результате происходит быстрая трансформация и адаптация к новым условиям экосистем, оказавшихся в зоне влияния линейных сооружений. 2. Анализ свойств и функционирования почв слитоземных комплексов с микрорельефом гильгай убедительно демонстрирует генетическое и функциональное единство почвенных компонентов, составляющих комплекс. Почвенный комплекс сформирован единой группой процессов, охватывающих все элементы микрорельефа и включающих перенос растворенных веществ, а так же механические подвижки почвенного материала, которые имеют различный масштаб и специфическую направленность действия в зависимости от локализации в комплексе. При этом генетическом единстве, почвы гильгайного комплекса существенно различаются по условиям почвообразования, что приводит к формированию различий их свойств на таксономическом уровне подтипа. 3. Изотопный состав углерода в разных частях органического пула (фракциях) достоверно отличается друг от друга, что указывает на фракционирование изотопов углерода в процессе почвообразования и гумусообразования. При этом происходит дифференцированное утяжеление углерода почвенного органического вещества в зависимости от форм его фиксации в почвенном веществе. Изотопный состав азота в почвах может быть информативным показателем для характеристики процессов азотного цикла и источников азотного питания растений. 4. Воздействие пожаров в тундре на общий пул почвенного углерода не однозначно и зависит от интенсивности пожара. Высокая интенсивность приводит к практически полному уничтожению водорастворимого и потенциально минерализуемого органического вещества в почве, а также существенному снижению углерода микробной биомассы. Пожар средней интенсивности приводит к уменьшению содержания только потенциально минерализуемого органического вещества, что, вероятно, связано с формированием углистых частиц, слабо подверженных микробиологической атаке. Действие пожара в долгосрочной перспективе приводит к повышению доступности азота почвы, а также к повышению способности к фиксации атмосферного азота. Почвы горной тундры на уровне выраженности процессов трансформации углерода и азота сохраняют память о пожаре в течение длительного времени.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Трансформация экосистем Севера при антропогенном воздействии |
Результаты этапа: В настоящее время происходит активное освоение криолитозоны России, в первую очередь севера Западной Сибири. Строительство и эксплуатация газопроводов в условиях криолитозоны сопровождается не только механическим нарушением растительного и почвенного покровов, но оказывает значительное постоянное отепляющее влияние, вызывающее деградацию многолетнемерзлых пород на значительную глубину и ширину вдоль трассы газопроводов, по которым транспортируется «теплый» газ. В результате происходит быстрая трансформация и адаптация к новым условиям экосистем, оказавшихся в зоне влияния линейных сооружений. Нами проведены исследования по оценке влияния строительства и эксплуатации газопроводов на функционирование бугристых торфяников островной криолитозоны северной тайги Западной Сибири. В качестве объекта исследования выбран почвенный и растительный покров бугристых торфяников, подвергшихся воздействию линейных сооружений трассы газопровода Надым - Пунга (8-9 км), построенного более 40 лет назад (Тюменская область, Ямало-Ненецкий автономный округ). На выбранном участке газопровод укладывался подземным способом на глубину превышающую диаметр труб (>1.5 м) и засыпался грунтом. Мониторинговые исследования проведены в августе 2016 г. на трех стационарных ключевых участках, выбранных в наиболее типичных ландшафтах, отличающихся по типу растительного и почвенного покрова, а также наличию и уровню залегания ММП как в естественных, так и в нарушенных условиях. Полученные результаты свидетельствуют об изменении проективного покрытия, видового состава и структуры растительного покрова. Наблюдается экспансия древесной растительности вдоль газопроводов на север. Отмечаются изменения почвенных свойств и показателей их биологической активности. Активизируются процессы трансформации и минерализации органического вещества почв, о чем свидетельствуют изменения в динамике содержания лабильного углерода в почве и увеличение продукции парниковых газов. Величина изменений определяется характером воздействий при строительстве и эксплуатации газопроводов, типом экосистем, а также динамикой гидротермических параметров функционирования почв и экосистем. С учетом протяженности линейных сооружений на севере Западной Сибири, площадь трансформированных экосистем в зоне их воздействия достигает значительных величин, что может оказывать влияние на углеродный баланс этого региона. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Биогеохимия слитогенеза почв |
Результаты этапа: Проведено многостороннее экспериментальное исследование вещественных характеристик и закономерностей поведения почвенного материала при слитогенезе. Целью работы было выяснить геохимическую структуру слитоземных почвенных комплексов, закономерности поведения и направленность формирования свойств почвенного материала в ходе почвообразования в различных климатических условиях. Изучены химические, физические и минералогические свойства, свойства, водоудерживающие характеристики, кривые усадки, реологические свойства. Объекты исследования расположены в контрастных климатических условиях – в умеренном (Россия, Ставропольский край) и субтропическом (США, штат Техас) климате. В работе использован широкий набор методов: традиционные химические методы, оптическая микроскопия, рентгендифрактометрия, мессбауэровская спектроскопия, лазерная дифрактометрия, комплекс методов исследования физических свойств и поведения почвенного материала. Анализ свойств и функционирования почв слитоземных комплексов с микрорельефом гильгай убедительно демонстрирует генетическое и функциональное единство почвенных компонентов, составляющих комплекс. При всем генетическом единстве, почвы гильгайного комплекса существенно различаются по условиям почвообразования, что приводит к формированию различий их свойств на таксономическом уровне подтипа. Тем не менее, почвенный комплекс сформирован единой группой процессов, охватывающих все элементы микрорельефа и включающих перенос растворенных веществ, а так же механические подвижки почвенного материала, которые имеют различный масштаб и специфическую направленность действия в зависимости от локализации в комплексе. Гильгайные комплексы в степной зоне характеризуются не только структурной, но и функциональной сложностью. По вещественным свойствам и функциональным особенностям ясно определяется генетически обусловленная сублатеральная структура комплекса: зона преимущественного выноса веществ локализована в микропонижении, зона аккумуляции растворимых соединений и формирования новообразований ‒ на микроповышении. Отмеченные зоны четко дифференцированы по состоянию почвенной влаги, что определяет направленность движения, интенсивность миграции почвенных растворов и судьбу химических соединений. В течение года влага присутствует в различных состояниях – от неподвижной до миграционно-активной. Общей особенностью для всех почв комплекса является заметная сублатеральная составляющая перераспределения почвенной влаги. Таким образом, для комплекса умеренного климата отчетливо выделяется геохимическая структура. В то же время, для Техасского слитоземного комплекса в субтропических условиях явной картины с сублатеральной направленностью не отмечено: в целом, данный комплекс менее дифференцирован по вещественным и функциональным свойствам почвенного материала в связи с относительно низкой сезонной контрастностью погодных условий. | ||
3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Стабильные изотопы углерода и азота как показатели почвообразования и функционирования почв |
Результаты этапа: В почвах Европейской территории России преобладают фракции органического вещества, сорбированного на минеральной матрице. В почвах холодных областей выражена неоднородность или комплексность почвенного покрова по соотношению масс фракций. Ряд более южных почв демонстрирует зональные закономерности – наиболее высокая доля свободного органического вещества отмечается в черноземе (19% от общего содержания органического вещества), а к северу и югу доля свободного органического вещества снижается. Основной вклад в углеродный пул почвы осуществляет специфическое органическое вещество предположительно гуминовой природы (фракция <1,8 г/см3, <50 мкм), а также органическое вещество, сорбированное на грубом иле (фракция 0,2-2 мкм). Однако роль этих фракций в формировании общего углеродного пула почвы несколько различна: относительно невысокое содержание углерода в почвах формируется преимущественно углеродом, сорбированным на илистой фракции, а относительно высокое содержание общего углерода достигается за счет фракции свободного органического вещества. Изотопный состав углерода в разных частях органического пула (фракциях) достоверно отличается друг от друга, что указывает на фракционирование изотопов углерода в процессе почвообразования и гумусообразования. При этом происходит дифференцированное утяжеление углерода почвенного органического вещества в зависимости от форм его фиксации в почвенном веществе. Изотопный состав общего углерода органического вещества и углерода фульвокислот в дерново-подзолистых почвах становится более тяжелым до глубины 40-50 см, а глубже величина δ13С снова уменьшается. В черноземах δ13С общего органического вещества увеличивается до глубины 100 см и только глубже стабилизируется. В дерново-подзолистых почвах экстрагируемые фракции гумуса характеризуются более тяжелым изотопным составом углерода в сравнении с общим углеродом почвы. В черноземах экстрагируемые ГК близки по изотопному составу к углероду общего органического вещества, а более тяжелой по изотопному составу фракцией является только углерод ФК. Следовательно, утяжеление изотопного состава органического вещества почв с глубиной может быть связано с миграцией фульвокислот по профилю и их аккумуляцией в более глубоких горизонтах. Изотопный состав азота в почвах может быть информативным показателем для характеристики процессов азотного цикла и источников азотного питания растений. Показано, что трансформация соединений азота в почвах приводит к формированию хорошо выраженных различий в изотопном составе разных азотсодержащих соединений: δ15N экстрагируемых органических соединений > δ15N общ > δ15N-NH4+ > δ15N-NO3-. Диапазон изменения δ15N в этом ряду достигает 25‰. Различия δ15N в пределах одного пула азота в почвах разных экосистем, а также сезонная динамика δ15N-NH4+ выражены в гораздо меньшей степени (диапазон изменения δ15N составляет 2-4‰). Нитрификация является ключевым процессом, контролирующим изотопный состав N-NH4+. Значение N-минерализации во фракционировании изотопов N менее очевидно, а аккумуляция 15N в составе экстрагируемых органических соединений может объясняться существенным участием в их составе «тяжелых» азотсодержащих соединений микробного происхождения. | ||
4 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Пирогенная трансформация и постпирогенное функционирование почв горной тундры |
Результаты этапа: Воздействие огня на общий пул почвенного углерода не однозначно и зависит от интенсивности пожара. Несмотря на то, что пожар средней интенсивности не оказывает статистически значимого воздействия на общие запасы углерода в почве, он запускает активные процессы эрозии, и в конечном итоге потери С почвами сравнимы с прямыми пирогенными потерями при пожаре высокой интенсивности. Стабилизации почвенного пула углерода способствует восстановление растительности, в первую очередь травянистой. На поздних стадиях послепожарного самовосстановления проявляется постпирогенный эффект избыточного накопления углерода в почве. Пожар высокой интенсивности приводит к практически полному уничтожению водорастворимого и потенциально минерализуемого ПОВ, а также существенному снижению углерода микробной биомассы. Пожар средней интенсивности приводит к уменьшению содержания только потенциально минерализуемого ПОВ, что, вероятно, связано с формированием углистых частиц, слабо подверженных микробиологической атаке. Лабильный пул углерода почвы (водо- и щелочнорастворимый) при постпирогенном самовосстановлении почв в целом повторяет динамику общего углерода с падением содержания в первые 2–3 года и последующим ростом до значений, характерных для почвы контрольного негоревшего участка. Пул потенциально минерализуемого органического вещества в пирогенных горизонтах имеет иную динамику с максимумом в почве трехлетней гари, что связано с активным заселением этого участка травянистыми растениями. Для почв постпирогенного хроноряда в долгосрочной перспективе характерно снижение активности минерализации ПОВ в органогенных (пирогенных) горизонтах и увеличение этого показателя в минеральном горизонте. В то же время учитывая низкую микробиологическую активность в минеральных горизонтах почвы в реальных условиях горной тундры, можно говорить о том, что при постпирогенной сукцессии имеет место консервация части ПОВ в минеральном горизонте. Почвы горной тундры на уровне выраженности процессов трансформации углерода и азота сохраняют память о пожаре в течение длительного времени. При этом показатели лабильного органического вещества (включая углерод и азот микробной биомассы) восстанавливаются гораздо быстрее, чем их валовое содержание. Пирогенное воздействие изменяет доступность органического вещества почв к минерализации микроорганизмами. По мере восстановления экосистемы после пожара повышается устойчивость органического вещества почвы к минерализации, однако значений, характерных для контрольных почв этот показатель достигает не ранее, чем через 60 лет после пожара. Основным путем трансформации соединений углерода в почвах постпирогенной хроносерии является аэробное окисление, способность к метаногенезу выражена слабо и полностью компенсируется способностью к окислению метана. Действие пожара в долгосрочной перспективе приводит к повышению доступности азота почвы, а также к повышению способности к фиксации атмосферного азота. Не смотря на временное повышение минерализуемости органических форм азота (в том числе нитрификации) на ранних этапах постпирогенного восстановления почвенных систем, процесс нитратного дыхания не играет заметной роли в биогеохимическом цикле N. | ||
5 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Оценка влияния антропогенного воздействия и глобального изменения климата на запасы органического углерода почв в региональном масштабе |
Результаты этапа: Результаты этапа: В связи с увеличением антропогенного воздействия и проблемой глобального изменения климата большое внимание уделяется оценке изменений запасов органического углерода почв, обусловленных действием этих факторов в региональном масштабе. С целью уточнения региональных оценок запасов органического углерода почв лесной зоны России на основе большого фактического материала определены запасы органического углерода (с учетом подстилки) в полугидроморфных лесных почвах и показано, что в среднем они примерно в три раза выше, чем в автоморфных. В тех случаях, когда при определении региональных запасов органического углерода из-за недостатка данных вкладом полугидроморфных почв пренебрегают, возможна их недооценка. Ее величина определяется структурой почвенного покрова изучаемой территории и мощностью рассматриваемой почвенной толщи. Расчеты, проведенные на примере Карелии, показали, что для 30, 50 и 100-см слоев почвы недооценка составляет соответственно 22, 19 и 13%. В зависимости от характера землепользования, почвы могут выступать источником или стоком атмосферного углерода. В целях изучения этого антропогенного фактора в настоящее время прибегают к историческим реконструкциям землепользования разного пространственно-временного масштаба. На примере модельных регионов, характеризующих природные условия и историю землепользования в южной тайге, лесостепи и степной зоне европейской территории России были получены региональные оценки запасов углерода и их структуры, актуальные (при современном состоянии экосистем и структуре землепользования в регионе) и потенциальные (при гипотетическом состоянии с природными комплексами, аналогичными современным целинным). Их сравнение позволило в первом приближении оценить интегральный результат антропогенного влияния на цикл углерода при многократном изменении характера землепользования в регионах за исторический период. Максимальные относительные потери углерода выявлены в лесостепи и составляют 37% от потенциальных запасов углерода в почвенно-растительном покрове. Они связаны с высокой степенью распашки и сведением лесов в этом регионе, что привело к снижению запасов углерода в фитомассе и почвах соответственно на 82 и 19%. Регионы южной тайги и степной зоны европейской территории России характеризуются близкими значениями относительных потерь углерода около 24%. Но причины, обусловившие эти потери разные. В южной тайге потери на 98% представлены углеродом биомассы в результате лесохозяйственной деятельности, а в степной зоне потери на 96% представлены органическим углеродом почв вследствие высокой сельскохозяйственной активности. Изучена динамика запасов углерода в основных компонентах постагрогенных экосистем в ходе естественного лесовосстановления на землях, выведенных из сельскохозяйственного оборота в период экономического кризиса в России в 1990 годах, в зависимости от литологических условий и характера сельскохозяйственного использования в прошлом. Объектом исследования послужили четыре хроноряда, характеризующие зарастание пашни и сенокосов (Костромская обл.). Установлено, что по мере восстановления естественной растительности общий запас углерода в экосистеме значительно увеличивается. Так, при зарастании пашни примерно за 100 лет он возрастает в 7 раз на песчаных почвах, на суглинистых – в 9 раз, при зарастании сенокоса – в 3.5 раза. Проведены лабраторные и полевые эксперименты по изучению температурной чувствительности гетеротрофного дыхания торфяных почв севера Западной Сибири. Полученные результаты свидетельствуют о высокой температурной чувствительности торфяно-криоземов и могут быть использованы для уточнения прогнозов отклика этих почв на глобальные изменения климата в северных регионах Западной Сибири на основе биогеохимических моделей. |
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".
№ | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
---|