В связи с техническими работами в центре обработки данных, возможность загрузки и скачивания файлов временно недоступна.
 

Температурная чувствительность минерализации органического вещества торфяных почв криолитозоныНИР

Temperature sensitivity of organic matter decompozition in peat soils of permafrost zone

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. этап 2018 года
Результаты этапа: За отчетный период проведен ряд экспедиций на севере Западной Сибири (ЯНАО, Тюменская область, Надымский и Приуральский районы) во время которых апробирован оригинальный авторский подход по изучению реакции торфяных почв на нагревание. Разведаны несколько участков трансформированных в результате отепляющего воздействия газопроводов экосистем в тундровой и северотаежной зоне. Показан достоверный эффект изменения параметров экосистем в зоне нагрева (10-30м от газопровода) в результате которого в них увеличивается глубина протаивания, температура почв, структура и биомасса растительного покрова. Установлен слабый положительный тренд увеличения эмиссии СО2 нагретыми почвами, при этом активность и количество микробной биомассы торфяных горизонтов снижается. Это говорит о неоднозначном, трудно прогнозируемом отклике почв и экосистем Севера на нагревание в долгосрочной перспективе при котором, в определенных условиях, нагретые участки могут становиться даже стоком углерода, а не прогнозируемым источником. На стационарном участке, организованном в пределах бугристого торфяника с. тайги, поставлен ряд кратко и долгосрочных экспериментов по нагреванию торфяных почв. Метод трансплантации показал значительный положительный краткосрочный отклик биологической активности торфяных почв (по эмиссии СО2) на нагревание, обусловленный реакцией микробиоты на резкое повышение температуры. Организованы участки долгосрочного постепенного нагрева торфяных почв методом открытых полевых камер пассивного нагрева и трансплантации (как внутри одного торфяника, так и между различными природными зонами). Первые результаты предполагается получить летом 2019г. На всех участках измерены параметры функционирования и биологическая активность почв, установлены датчики круглогодичного мониторинга температуры почв, отобраны образцы торфяных почв для изучения их свойств и проведения манипуляционных экспериментов в лабораторных условиях. Проведены первичные исследования влияния изменения температуры на минерализацию органического вещества различных торфяных горизонтов торфяных почв севера. По результатам серии лабораторных экспериментов методами ПУТ (последовательного увеличения температур) и РВ (равных времен) установлен идентичный характер отклика горизонтов торфяно-криозема на увеличение температуры: скорость минерализации при увеличении температуры с 5 до 30 °С возрастала в 11-14 раз, активность микробиоты (базальное дыхание) при увеличении с 5 до 25 °С - в 6-11 раз. Несмотря на однотипный характер отклика, выявлены значительные отличия в температурной чувствительности разложения органического вещества горизонтов с разными свойствами. Для слаборазложенных олиготрофных торфов характерны наибольшие абсолютные значения исследуемых показателей (в среднем они в 3 раза выше), чем для сильноразложенных эутрофных горизонтов. При этом, максимальные значения коэффициента температурной чувствительности Q10, оказались выше для сильноразложенных горизонтов торфа. Использование метода РВ приводит к более экспрессной реакции исследуемых показателей и более применимо для задач по количественной оценке температурной чувствительности почв бугристых торфяников криолитозоны в лабораторных условиях.
2 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. этап 2019 года
Результаты этапа: В полевых условиях получены и проанализированы промежуточные варианты полевых экспериментов по трансплантации почв из "Холодных" участков в "Тепплый" в интразональном и межзональном варианте. В среднем за 2 года наблюдений на участке «Трансплантация» установлено трехкратное превышение температуры в слое 0-10 см по сравнению с участком «Контроль». Максимальное различие в температурах (в 4 раза) зафиксировано в 2019 г., минимальное (в 2.2 раза) - в 2018 г. Различия статистически значимы. Средние значения объемной влажности в слое 0-20 см для участка «Трансплантация» составили 34 ± 4%, для участка «Контроль» - 37 ± 4%. Значения эмиссии СО2 с поверхности типичного торфяно-криозема на участке «Контроль» варьировали от 39 ± 16 до 135 ± 38 мг CO2/(м2*ч), на участке «Трансплантация» от 146 ± 32 до 286 ± 47 мг CO2/(м2*ч). В среднем за 2 года наблюдений трансплантация образцов торфяно криозема обусловила 2.5-кратное увеличение эмиссии СО2 по сравнению со значениями на контрольном участке. Наибольшее превышение значении эмиссии СО2 отмечено в первый год наблюдений (2018-2019 гг.), различия средних статистически значимы. Значения эмиссии СО2 с поверхности торфяной олиготрофной типичной почвы на участке «Контроль Юж. тайга» варьировали от 30 ± 3 (ноябрь) до 220 ± 68 мг CO2/(м2*ч) (июль), с поверхности трансплантированного торфяно-криозема на участке "Трансплантация" от 60 ± 23 (ноябрь) до 502 ± 136 мг CO2/(м2*ч) (июль). В «холодный» период (октябрь-апрель) не выявлено статистически значимых различии в эмиссии СО2 между участками. В «теплом» периоде (май-сентябрь) значения эмиссии СО2 участка «Трансплантация» в среднем в 2 раза выше значении участка «Контроль Юж. тайга». Наиболее контрастная разница характерна для пика вегетационного сезона (июль): в этот период значения эмиссия СО2 участка «Трансплантация» в 2 раза превышают значения участка «Контроль». В «теплом» интервале температур 8-20 °С межзональный вариант трансплантации обусловил в среднем в 2 раза более высокие значения эмиссии СО2 с поверхности торфяно-криозема по сравнению с интразональным вариантом: различия средних статистически значимы, несмотря на высокое значение стандартного отклонения для участка «Трансплантация» в южной таиге. В «холодном» интервале температур 2-7 °С эффект межзональной трансплантации не выражен: значения эмиссии СО2 с поверхности контрольного и трансплантированного торфяно-криозема статистически значимо не различались. В лабораторных условиях методами последовательного увеличения температур (ПУТ) и равных времен (РВ) изучена реакция верхних (Т1) и нижних (Т2) торфяных горизонтов торфяно-криозема (Turbic Histic Cryosol (Dystric)) севера Западной Сибири на увеличение температуры. Методом ПУТ оценен отклик скорости минерализации органического углерода (R) на последовательное увеличение температуры с 5 до 30°C, методом РВ – отклик базального (микробного) дыхания на одновременную инкубацию при 5, 15 и 25°C. По результатам экспериментов рассчитан коэффициент температурной чувствительности Q10. В гор. Т1 при повышении температуры увеличение отклика составило 91 и 84%, в гор. Т2 – 93 и 91% для методов ПУТ и РВ соответственно. Несмотря на стабильное увеличение отклика, расчет значений Q10 выявил разные закономерности температурной чувствительности. Установлено, что наибольшие значения Q10 для обоих горизонтов относятся к холодному 5–15°C интервалу температур. В большинстве интервалов температур Q10 выше для гор. Т2, чем для Т1. Для гор. Т1 в случае метода ПУТ Q10 изменялся слабо и находился в диапазоне 2.7–3.0, тогда как в случае метода РВ снижался в 3.3 раза от холодного (4.9) к теплому 15–25°C (1.5) интервалу температур. Для гор. Т2 при использовании метода ПУТ Q10 также изменялся слабо и варьировал в диапазоне 3.0–3.5, а при использовании метода РВ уменьшался в 1.5 раза от холодного (4.3) к теплому (2.8) интервалу. Таким образом, метод РВ по сравнению с методом ПУТ приводит к более контрастной динамике значений Q10, что свидетельствует о его большей применимости для задач по оценке температурной чувствительности торфяных почв криолитозоны в лабораторных условиях.
3 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. этап 2020года
Результаты этапа: Таким образом, на основе результатов полевых экспериментов можно заключить, что: 1. Не зависимо от типа экосистем, технологий, времени нагревания не происходит значительного увеличения эмиссии СО2. Т.е. торфяные криогенные экосистемы севера Западной Сибири не являются климатической «бомбой» и при возможном потеплении будут адаптироваться и характеризоваться типичными эмиссионными потоками без экстремальных всплесков. 2. Буферность экосистем обусловлена противоположным характером отклика и изменением вклада автотрофного и гетеротрофного компонентов, т.е активизацией первого и снижением активности второго. 3. Снижение активности микробиоты торфяных горизонтов, выявленное практически на всех участках разными методами обусловлено ускоренной минерализацией доступного органического вещества в начальный момент и нехваткой его в дальнейшем. Это подтверждается как снижением мощности органогенного горизонта, так и снижением содержания лабильного органического вещества. Различные варианты трансплантации выявили высокую температурную чувствительность торфяно-криозема северной тайги: значение коэффициента температурной чувствительности Q10 для внутризонального варианта трансплантации составило 3.6 ± 2.2, для межзонального варианта - 4.6 ± 1.8. В «теплом» интервале температур 8-20 °С межзональный вариант трансплантации обусловил в среднем в 2 раза более высокие значения эмиссии СО2 с поверхности торфяно-криозема по сравнению с внутризональным вариантом, что, вероятно, обусловлено разницей сумм активных температур разных природных зон. Показано, что значения Q10 для торфяных почв криолитозоны (в среднем 4.3) существенно выше по сравнению с торфяными почвами южной тайги (Q10=2.7), что подтверждает их особую возможную реакцию на потепление. По результатам лабораторных исследований показано, что для образцов «северных» торфяных олиготрофных почв (северная тайга) отмечены меньшие абсолютные значения показателей биологической активности по сравнению с образцами «южных» олиготрофных почв (южная тайга): в среднем в 2-5 раз ниже, содержание Слаб для образцов «северных» и «южных» торфяных олиготрофных почв статистически значимо не отличается (в среднем 1172 ± 137 и 1162 ± 167 мг/кг соответственно). При этом расчет коэффициента Q10 выявил большую температурную чувствительность минерализации органического вещества для образцов северных торфяных олиготрофных почв в сравнении с южными. Апробированные полевые и лабораторные методы показали схожие величины температурной чувствительности торфяных почв криолитозоны в сопоставимых интервалах температур: значения Q10 варьировали в диапазоне 3.6-4.8, что говорит о том, что полевой метод «трансплантация» и лабораторная оценка микробного дыхания (БД) с использованием метода РВ в равной степени применимы. Долгосрочные тренды реакции выявили отсутствие или негативную реакцию микробиологической активности (БД) торфяных почв на нагревание как в условиях трансплантации, так и в условиях нагретых экосистем вдоль газопроводов. Содержание Слаб реагирует слабо или снижается, тогда как Nлаб увеличивается с ростом температуры в разных вариантах экспериментов. Снижение активности микробиоты торфяных горизонтов, выявленное практически на всех участках разными методами обусловлено, вероятно, ускоренной минерализацией доступного органического вещества в начальный момент повышения температуры функционирования и нехваткой его в дальнейшем.

Прикрепленные к НИР результаты

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".