ИСТИНА

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.