ИСТИНА

В настоящее время наблюдаются существенные изменения Арктических экосистем, возникающие в связи с потеплением климата и деградацией многолетней мерзлоты. Северные экосистемы являются одними из важнейших компонентов глобального цикла углерода на планете благодаря большому его запасу непосредственно в почве и законсервированному в мерзлоте. Почвенный углерод уязвим для любых изменений и ожидается, что прогнозируемое потепление приведет к значительному увеличению потоков парниковых газов между почвами и атмосферой и сдвигу углеродного баланса. При этом механизмы, регулирующие минерализацию органического вещества в активном слое почв до сих пор недостаточно изучены. Множество факторов, их взаимосвязи, специфика почв Севера ставят перед исследователями сложные методические задачи, а также определяют неоднозначность, а зачастую и противоречивость получаемых выводов. Данный проект предусматривает детальное изучение отклика торфяных почв севера Западной Сибири на повышении температуры. При помощи долгосрочных манипуляционных полевых экспериментов, а также разнообразных лабораторных инкубационных экспериментов будет оценена температурная чувствительность минерализации органического вещества торфяных почв, различающихся по свойствам и параметрам функционирования. Будет проведено апробирование и адаптация методик по изучению минерализации органического вещества почв, функционирующих в экстремальных условиях Арктики. Реализация проекта позволит получить актуальные, комплексные, статистически достоверные данные отклика почв на потепление, необходимые для проведения адекватных оценок влияния климатических изменений на неустойчивые экосистемы Арктики и установления точных взаимосвязей почва – климат.

At present, there are significant changes in the Arctic ecosystems, due to of the climate warming and the permafrost degradation. Northern ecosystems are one of the most important components of the global carbon cycle due to its large reserve in the soil and conserved in the permafrost. Soil carbon is vulnerable to any change and it is expected that the predicted warming will lead to a significant increase in greenhouse gas fluxes between soils and the atmosphere and a shift in the carbon balance. At the same time, the mechanisms regulating the mineralization of organic matter in the active layer of soils have not been sufficiently studied. Many factors, their interrelationships, the specificity of the soil of the North, to set the complex of methodological problems for researchers, and they also determine the ambiguity and inconsistency of the conclusions. This project provides for a detailed study of the response of peat soils in the north of Western Siberia to an increase in temperature. Long-term manipulation field experiments, as well as various laboratory incubation experiments, will allow estimating the temperature sensitivity of organic matter mineralization of peat soils differing in properties and parameters of functioning. Approbation and adaptation of techniques for studying mineralization of soil organic matter functioning in extreme conditions of the Arctic will be carried out. The implementation of the project will provide relevant, comprehensive, statistically reliable soil warming response data necessary for conducting adequate assessments of the impact of climate change on the Arctic ecosystems and establishing exact soil-climate relationships.

Результаты проекта позволят детально охарактеризовать биологическую активность торфяных почв криолитозоны севера Западной Сибири (продукцию СО2, содержание лабильных компонентов, количество и активность микробиоты), функционирующих в различных температурных режимах. Будут получены статистически значимые оценки температурной чувствительности торфяных почв криолитозоны в зависимости от свойств торфа и параметров его функционирования. Будут выявлены региональные особенности реакции торфяных почв криолитозоны на потепление. Будет оценен вклад температуры в минерализацию органического вещества торфяных почв Севера. Будут откорректированы и уточнены методики изучения биологической активности торфяных почв Севера с учетом специфики объектов исследования. Планируется разработка новых методических подходов. Результаты позволят оценить глубину и направленность трансформации экосистем гидроморфных ландшафтов криолитозоны при потеплении. На основе полученных данных будет составлен прогноз динамики криогенных экосистем в случае изменения условий их функционирования при возможных климатических изменениях или при активизации антропогенной нагрузки. Будут разработаны рекомендации по снижению последствий антропогенной нагрузки на экосистемы Севера, а также оценены перспективы социально-экономического развития региона при возможных климатических изменениях и увеличении антропогенной нагрузки.

Коллективом детально исследованы ландшафты и почвы северной тайги и южной тундры севера Западной Сибири, изучен их генезис и связь с различными проявлениями криогенных процессов на разных уровнях (Матышак и др., 2017). К настоящему времени разработана общая методология исследований, накоплены ряды мониторинговых наблюдений, составлены и постоянно пополняются компьютерные базы данных о динамике компонентов природных комплексов севера Западной Сибири. Коллектив авторов на протяжении многих лет проводит исследования взаимосвязи свойств почв и криогенных процессов, активно идущих в зоне развития многолетнемерзлых пород (Огнева, 2016). Коллективом применяется оригинальный метод полевых исследований мерзлотных почв, основанный на их изучении в строгом соответствии с элементами проявления криогенеза. Установлено, что фактором, оказывающим наибольшее влияние на разнообразие экосистем и биологическую активность почв северной тайги и лесотундры, 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 (Бобрик, 2016). У коллектива имеется база данных по продукции диоксида углерода и метана почвами основных криогенных ландшафтов северной тайги Западной Сибири, обширные материалы по термическим режимам почв региона (Matyshak, 2015; Гончарова и др., 2014). Проведены пробные точечные исследования отклика почв на отепляющее влияние газопроводов, проложенных в пределах бугристых и полигональных торфяников Западной Сибири. Полученные предварительные результаты не только демонстрируют значительную трансформацию экосистем, подвергнувшихся отепляющему воздействию, но и возможность использования линейных объектов в криолитозоне в качестве длительных, модельных, максимально приближенных к реальности, ландшафтов при исследовании влияния потепления на экосистемы и почвы Севера.

Работы в рамках проекта были разделены на 2 равноценных этапа: полевой и лабораторный. Полевой этап представлял из себя серию исследований, основанных как на изучении нативных экосистем, так и на проведении ряда манипуляционных экспериментов. В рамках этой части были реализованы оригинальные идеи использования почв торфяных пятен и нагревающихся из-за антропогенной деятельности участков торфяных почв. Также были использованы методы манипуляционного повышения температуры почв: метод нагрева почв камерами пассивного нагрева и метод трансплантации (пересадки) ненарушенных почв из холодного участка в теплый. Во всех случаях были отобраны образцы контрольных и нагретых почв для лабораторного этапа исследований. Важной частью проекта была оценка отклика на повышение температуры образцов торфяных почв разного типа проведенная на основе манипуляционных краткосрочных температурных экспериментов в лабораторных условиях. По результатам трех лет исследований показано, что не зависимо от типа экосистем, технологий, времени не происходит значительного увеличения эмиссии СО2 торфяными почвами при долговременном нагревании. 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. Буферность экосистем обусловлена противоположным многофакторным характером отклика и изменением вклада автотрофного (растительность) и гетеротрофного (микробиота) компонентов в эмиссию СО2, т.е активизацией первого и снижением активности второго в долгосрочной перспективе, а также активизацией выноса растворенного СО2 за пределы нагретых экосистем. Снижение активности микробиоты торфяных горизонтов, выявленное практически на всех исследованных участках разными методами обусловлено ускоренной минерализацией доступного органического вещества в начальный момент и нехваткой его в дальнейшем. Это подтверждается снижением содержания и запасов общего и лабильного органического вещества в почвах экосистем при долговременном тепловом воздействии. Среди ряда опробованных манипуляционных экспериментов показана хорошая применимость метода трансплантации (переноса ненарушенного образца из «холодного» участка в «теплый») для изучения влияния потепления на свойства торфяных почв. На основе данного эксперимента установлена четкая реакция торфяных почв севера на увеличение температуры, отличная от южных аналогов и выраженная достоверно более высоким откликом эмиссии СО2. По результатам полевых и лабораторных исследований установлено, что температурная чувствительность минерализации органического вещества торфяных почв севера Западной Сибири характеризовалась не только высокими значениями, но и имеет более высокие значения по сравнению с южными вариантами, что указывает на их особую повышенную реакцию на потепление. Температурная чувствительность определяется не только зональным аспектом, но и типом торфа и глубиной его залегания, а также интервалом экспериментальных температур. Установлена сложная реакция экосистем и почв севера на потепление в долгосрочной перспективе, при которой, несмотря на факт увеличения биологической активности нагретых почв в краткосрочных полевых и лабораторных экспериментах, не наблюдается всплесков и достоверного увеличения эмиссии СО2. Показано, что увеличение автотрофного вклада в продукцию СО2 торфяными почвами при потеплении может нивелироваться снижением гетеротрофного компонента (в долгосрочной перспективе) из-за нехватки легкодоступного органического вещества, а также перераспределением потоков СО2 в почвах и активному его выносу с растворами в окружающие аквальные экосистемы. В результате перераспределение потоков СО2 в экосистеме нивелирует общий эффект от нагревания и мы не наблюдаем всплесков эмиссии СО2. Важным результатом проекта явилось то, что апробированные в исследованиях полевые и лабораторные методы обусловили схожие значения температурной чувствительности в сопоставимых интервалах температур и, соответственно, равнозначно применимы.