КРИОСФЕРА ЗЕМЛИ
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
http://www.izdatgeo.ru
Криосфера Земли, 2018, т. XXII, № 6, с. 45–54
КРИОПЕДОЛОГИЯ
УДК 631.4 (574.4)
DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2018-6(45-54)
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ
УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ПОЧВ И ФАКТОРОВ СРЕДЫ
В ЮЖНОТУНДРОВЫХ ЭКОСИСТЕМАХ НА ПОЛУОСТРОВЕ ТАЗОВСКИЙ
А.А. Бобрик1, О.Ю. Гончарова1, Г.В. Матышак1, М.О. Тархов1,
Н.М. Петржик1, Д.С. Дроздов2, О.Е. Пономарева2
1Московский
государственный университет имени М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения,
119991, Москва, Ленинские горы, 1, Россия; ann-bobrik@yandex.ru
2 Институт криосферы Земли СО РАН, 625000, Тюмень, ул. Малыгина, 86, Россия
Пространственное распределение эмиссии диоксида углерода из почв на территории стационара
“Новый Уренгой” в южной тундре Тазовского полуострова определяется объемной влажностью почвы,
содержанием лабильного углерода почв и абсолютными высотами местности. Содержание лабильного и
микробного углерода почв характеризуется высокой пространственной изменчивостью. Пространственное варьирование содержания микробного углерода на 19 % связано с мощностью органогенного горизонта почв, на 8 % с влажностью почв. Факторы окружающей среды (мощность сезонноталого слоя,
влажность и температура почвы) характеризуются слабой пространственной неоднородностью, что обусловлено однородным характером почвенного и растительного покровов, малой мощностью органогенного горизонта почв.
Криогенные почвы, эмиссия СО2, лабильный углерод почв, углерод микробной биомассы почв, влажность почв, температура почв
SPATIAL DISTRIBUTION OF SOIL CARBON CYCLE COMPONENTS AND ENVIRONMENTAL FACTORS
IN SOUTHERN TUNDRA ECOSYSTEMS OF THE TAZ PENINSULA
A.A. Bobrik1, O.Yu. Goncharova1, G.V. Matyshak1, M.O. Tarkhov1,
N.M. Petrzhik1, D.S. Drozdov2, O.E. Ponomareva2
1Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science,
1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia; ann-bobrik@yandex.ru
2Earth Cryosphere Institute, SB RAS, 86, Malygina str., Tyumen, 625000, Russia
The spatial distribution of soil СO2 efflux measured at Novyi Urengoy station in southern tundra (Taz
Peninsula) is determined by the soil volumetric moisture content and water-extractable organic carbon and
with elevations above sea level. The contents of soil water-extractable and microbial biomass carbon are highly
variable over the territory. The spatial distribution of the soil microbial carbon content partly depends on organic layer thickness and soil moisture, which are responsible for 19 % and 8 % of its variance, respectively. The
environmental factors of active layer thickness, soil volumetric moisture, and soil surface temperature are relatively stable as the soil and vegetation covers are homogeneous while the soil organic layer is thin.
Permafrost-affected soils, CO2 efflux, soil labile carbon, microbial biomass carbon, soil moisture, soil temperature
ВВЕДЕНИЕ
Пристальное внимание как в России, так и за
рубежом в настоящее время уделяется изучению
функционирования криогенных почв в условиях
меняющегося климата, их гидротермического режима и параметров биологической активности
[Карелин, Замолодчиков, 2008; Головацкая, Дюкарев, 2012; Гончарова и др., 2014; Davidson, Janssens,
2006; Turetsky et al., 2007; Schuur et al., 2008, 2009;
Natali et al., 2011; Fouche et al., 2014; Jensen et al.,
2014; Ping et al., 2015]. Основной тенденцией мировых исследований данной проблемы является
моделирование последствий глобального изменения климата с оценкой чувствительности этих моделей к разным параметрам, таким как свойства
почвы, гидротермические, биологические и другие
факторы. В связи с этим особое внимание уделяется количественной оценке запасов компонентов
углеродного цикла в криогенных почвах, в том
числе эмиссии углерода из них. Как правило, эти
оценки основаны на материалах почвенных карт и
немногочисленных баз данных [Честных и др.,
2004; Hugelius et al., 2013]. Редки работы по изуче-
© А.А. Бобрик, О.Ю. Гончарова, Г.В. Матышак, М.О. Тархов, Н.М. Петржик, Д.С. Дроздов, О.Е. Пономарева, 2018
45
А.А. БОБРИК И ДР.
нию пространственной вариабельности эмиссии
парниковых газов и запасов органического углерода в почвах бореальных и арктических экосистем, которые необходимы для надежных оценок
потоков углерода [Замолодчиков и др., 2014; Rodionov et al., 2007; Kelsey et al., 2012].
Эмиссия парниковых газов с поверхности
почвы в атмосферу – важный интегральный показатель биологической активности почв. Эмиссия
СО2 зависит от многих почвенных показателей и
термодинамических условий: температуры и
влажности почвы, уровня грунтовых вод, скорости ветра, роста надземной и корневой массы, особенностей трансформации органического материала и др. [Смагин, 2005]. В зависимости от конкретных условий будут проявляться те или иные
отклики, часто взаимно противоположные, поэтому “корреляции” дыхания почв с температурой,
влажностью почв или другими факторами может
вообще не быть [Смагин, 2005]. Эмиссия парниковых газов из криогенных почв в связи с определяющими ее факторами в зонах прерывистого и
сплошного распространения многолетнемерзлых
пород (ММП) в северной тайге и тундре Западной
Сибири до настоящего времени оставалась малоизученной.
Цель данной работы – оценка пространственного распределения компонентов углеродного
цикла (эмиссии СО2, содержания лабильного и
микробного углерода) в почвах типичных экосистем южной тундры Западной Сибири.
Задачи исследования: 1) охарактеризовать
фак торы среды (растительность, рельеф, мощность сезонноталого слоя, гидротермические свойства почв) и компоненты углеродного цикла почв
основных экосистем южной тундры; 2) определить пространственную вариабельность факторов
среды и компонентов углеродного цикла почв;
3) оценить взаимосвязь факторов среды; 4) получить зависимость эмиссии СО2 от гидротермических и геокриологических параметров почв и
содержания в них лабильного и микробного углерода.
По мнению авторов, площадки мониторинговой программы CALM (Circumpolar Active Layer
Monitoring) являются оптимальными для оценки
пространственной вариабельности содержания
почвенного углерода и эмиссии диоксида углерода
из почвы.
Основная цель международной программы
CALM – это наблюдение за реакцией ММП на изменение климата в течение длительного периода
времени.
На территории Российской Федерации находятся 64 мониторинговые площадки CALM, из
них 13 – в Западной Сибири. В 2008 г. в южной
тундре, в 100 км севернее г. Новый Уренгой, была
заложена площадка CALM R50B для мониторинга
глубины сезонного протаивания (рис. 1).
Данная работа продолжает цикл статей, отражающих результаты исследования закономерностей распределения компонентов углеродного
цикла в почвах типичных экосистем Западной Сибири вдоль биоклиматического и геокриологического трансекта от южной тайги до южной тундры
[Бобрик и др., 2015, 2016, 2017].
МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА
ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 1. Местоположение района исследований.
1–5 – ландшафтные зоны и подзоны: 1 – северная тайга,
2 – лесотундра, 3 – южная тундра, 4 – типичная тундра;
5 – арктическая тундра; 6 – Новоуренгойский стационар
(площадка CALM R50B).
46
Объектом исследования являются ландшафты и почвы мониторинговой площадки CALM
R50В (67°48′ с.ш., 76°69′ в.д.), расположенной в
подзоне южной тундры Западной Сибири на левобережье р. Хадуттэ, в пределах III морской террасы (абс. отметка 30–40 м) (см. рис. 1). Для равнины характерен пологохолмистый рельеф, расчлененный древовидной сетью ложбин и логов.
Почвообразующие породы представлены преимущественно верхнечетвертичными пылеватыми суглинками с прослоями и линзами песков. Сильнольдистые ММП (суммарная влажность суглинков до 60 %, песков – 21–28 %) имеют сплошное
распространение с поверхности [Дроздов и др.,
2010; Украинцева и др., 2011]. Площадка CALM
находится на пологонаклонной вершине холма со
слабовыраженным (зарастающим) пятнисто-медальонным микрорельефом, доминирует травянокустарничковый мохово-лишайниковый расти-
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ПОЧВ И ФАКТОРОВ СРЕДЫ
тельный покров с редкими оголенными участками
минеральных пятен-медальонов. В ложбинах и
логах встречаются низкорослые ивняки и ерники
с фрагментами травяно-моховых болот. По днищам крупных эрозионных форм развиты невысокие бугры многолетнего пучения [Украинцева и
др., 2011].
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В августе 2016 г. на всех пикетах мониторинговой площадки, расположенных по регулярной
сетке с шагом 10 м (70 × 100 м, 77 точек опробования), проведено описание почвенного и растительного покровов, определены абсолютные высоты методом нивелирной съемки оптическим
нивелиром SAL24ND berger. Определена мощность торфа с помощью почвенного бура-ложки
фирмы “Eijkelkamp” для пробоотбора мягких агрегированных почв (влажная глина, торфяные отложения и т. п.) с сохранением структуры образца.
Аналогичные методики использованы в предыдущих исследованиях на мониторинговых площадках CALM R1 и R50A [Бобрик и др., 2015,
2016, 2017]. Определение эмиссии диоксида углерода с поверхности почвы проводилось однократно за полевой сезон 7 августа 2016 г. в дневные
часы (с 11.00 до 14.00) для каждого пикета мониторинговой площадки методом статичных закрытых камер с удалением растительного покрова
[Смагин, 2005; Riveros-Iregui et al., 2008]. Измерение концентрации СО2 в пробах осуществлялось с
помощью портативного газоанализатора с инфракрасным датчиком RMT DX6210. Параллельно
измерялась температура воздуха с помощью программируемого микротермодатчика Thermochron
iButton™ [Смагин, 2005]. Объемную влажность
почвы измеряли в верхнем 20-сантиметровом слое
почвы с помощью влагомера Spectrum TDR 100.
Прибор рассчитывает объемную влажность на основе контрастного сопротивления почвы и воды
постоянному электрическому току. Проведены
разовые измерения температуры почвы электронным термометром ТР3001 (разрешение 0.1 °C,
точность ±1 °C) в верхнем 10-сантиметровом слое
почвы с трехкратной повторностью для каждого
пикета. Измерение температуры почвы на глубине
10 см является стандартным для подобного рода
исследований. Мощность СТС определялась методом зондирования щупом, представляющим собой заостренный металлический стержень диаметром 10 мм и длиной 2 м [ГОСТ 26262-2014, 2015].
Проведен отбор образцов из горизонтов исследованных почв. Образцы хранили при естественной влажности и температуре 4 °С для микробиологических исследований (“свежие” образцы).
В лабораторных условиях определение содержания углерода лабильного органического веще-
ства проводилось в вытяжке 0.05 М K2SO4 на автоматическом анализаторе ТОС-VCPN (Shimadzu)
с пятикратной повторностью [Chantigny, 2003].
Следует заметить, что в данном методе раствор
K2SO4 низкой концентрации выступает не как экстрагент, а как агент коагуляции почвенных коллоидов, поэтому экстрагируемый углерод можно
считать водоизвлекаемым [Макаров и др., 2013].
Влажность образцов почв определяли с помощью
весового измерителя влажности OHAUS МВ-35.
Определение содержания углерода микробной биомассы проводилось методом фумигации–
экстракции с пятитикратной повторностью [Vance
et al., 1987]. Компоненты микробных клеток, погибших в результате обработки почвы парами
хлороформа, экстрагируют раствором соли. В качестве экстрагента авторы использовали раствор
K 2SO 4 в концентрации 0.05 М [Макаров и др.,
2013]. Экстракция проводилась для контрольной
(нефумигированной) и фумигированной частей
пробы. В настоящей работе использовали фумигацию “свежих” образцов почвы при естественной
влажности парами хлороформа, стабилизированного амиленом, без этанола в течение 1 суток. Содержание углерода в растворах определяли на автоматическом анализаторе ТОС-VCPN (Shimadzu).
Содержание микробного углерода рассчитывалось
как Смикр = FС/kС, где FС – разница содержания
углерода в фумигированных и нефумигированных
образцах; kС – поправочный коэффициент, показывающий полноту экстракции углерода из почв
[Joergensen et al., 2011]. Для органогенных почв (с
содержанием органического углерода более 10 %,
подстилки, торфяных горизонтов) поправочный
коэффициент kС = 0.45, для минеральных kС = 0.33
[Vance et al., 1987; Martens, 1995; Joergensen et al.,
2011].
Проведен статистический анализ полученных
данных в программном пакете Statistica 7.0. Определен тип распределения (проверка нормальности стандартными методами). Представлены средние значения с учетом стандартного отклонения.
Сравнение средних значений проводилось по параметрическому критерию Стьюдента (t-критерий) (уровень значимости p < 0.05) и непараметрическому критерию Вилкоксона (уровень значимости α = 0.05). В случае распределения,
отличающегося от нормального, корреляционный
анализ выполнялся по методу ранговой корреляции Спирмена. Коэффициент корреляции r > 0.24
считается значимым при объеме выборки n > 77
(уровень значимости p < 0.05) [Дмитриев, 1995].
Объем выборки каждого исследованного показателя на мониторинговой площадке CALM R50B
равен 77. Структуру пространственной вариабельности параметров исследовали при помощи картограмм в пакете “Golden Software Surfer 8”.
47
А.А. БОБРИК И ДР.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
По данным нивелирной съемки на мониторинговой площадке, превышение максимальной отметки над минимальной составляло 2.48 м, средние абсолютные высоты составляли (31.95 ±
± 0.76) м. Этот показатель характеризовался низкой пространственной вариабельностью (коэффициент вариации 2 %), его распределение описывается нормальным типом. Наблюдается общий
уклон поверхности мониторинговой площадки в
северном направлении.
Объект исследования характеризовался однородной фациальной структурой растительного покрова. Растительность представлена в напочвенном покрове различными лишайниками (Сladonia
spp.) и мхами (Sphagnum spp., Pleurozium spp.,
Politrichum spp.). Проективное покрытие моховолишайникового яруса в среднем составляло 85 %
(коэффициент вариации 36 %), его распределение
асимметрично, медиана смещена в сторону высоких значений. Экосистемы, расположенные на
73 % точек опробования, характеризовались проективным покрытием мохово-лишайникового
яруса от 90 до 100 %.
В травяно-кустарничковом ярусе растительность представлена черникой (Vaccínium myrtíllus),
голубикой (Vaccínium uliginósum), брусникой (Vaccínium vítis-idaéa), багульником (Ledum palustre), а
также осокой различных видов (Carex spp.), морошкой (Rubus chamaemorus), пушицей (Eriophorum spp.), андромедой (Andromeda spp.). Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса в
среднем составляло 37 % (коэффициент вариации
54 %), его распределение асимметрично, медиана
смещена в сторону низких значений. Проективным покрытием мохово-лишайникового яруса от
20 до 60 % характеризовались экосистемы, расположенные на 74 % точек опробования.
Почвенный покров площадки отличается слабой неоднородностью и представлен комплексом
криометаморфических и криотурбированных
почв, приуроченным к элементам криогенного
микрорельефа. Несмотря на преобладание суглинистых отложений, наиболее типичны неглеевые
подтипы почв с выраженными признаками криотурбаций и маломощным органопрофилем, состоящим из 1–2 торфянистых горизонтов разной степени разложенности. Минеральный профиль почв
представляет собой набор горизонтов (2–3) со
слабовыраженными процессами гумусообразования и оглеения и выраженными проявлениями
криогенного оструктуривания и криотурбаций.
Своеобразным вариантом являются почвы, формирующиеся на минеральных пятнах-медальонах
и занимающие около 5 % площадки. Характерная
черта этих почв – полное отсутствие органопрофиля. Наибольшее распространение имеют органокриометаморфические и криометаморфические
48
грубогумусовые почвы, развитые на пониженных
и повышенных элементах микрорельефа соответственно. Более редкими вариантами, приуроченными к пятнам-медальонам, являются криоземы
грубогумусовые типичные и глееземы криотурбированные.
Мощность сезонноталого слоя на мониторинговой площадке варьировала от 0.59 до 1.34 м и в
среднем составляла (0.95 ± 0.13) м (рис. 2, а). Это
показатель с низкой пространственной вариабельностью (коэффициент вариации 14 %), его распределение описывается нормальным типом. Мощность СТС от 0.9 до 1.0 м имеют экосистемы, расположенные на 50 % точек опробования.
Объемная влажность почвы (в верхнем слое
0–20 см) мониторинговой площадки характеризовалась низкой пространственной вариабельностью
(коэффициент вариации 13 %), тип ее распределения нормальный. Значение влажности почвы
варьировало в пределах 20.5–48.3 %, в среднем
составляя (37.8 ± 5.1) %. Влажностью от 35 до
45 % характеризовались почвы, расположенные на
70 % точек опробования (см. рис. 2, б).
Температура почвы на глубине 10 см в дневное время отличалась невысокой пространственной вариабельностью (коэффициент вариации
29 %), тип ее распределения нормальный. Значение температуры почвы мониторинговой площадки варьировало в широких пределах – от 1.0 до
6.3 °С, при этом среднее равно (4.2 ± 1.2) °С (см.
рис. 2, в). Температурой более 4 °С характеризовались почвы, расположенные на 60 % точек опробования. Температура воздуха в дневные часы составила 22 °С.
Мощность органогенного горизонта почв на
мониторинговой площадке варьировала от 0 до
6 см, в среднем составляя (2.2 ± 1.4) см (см.
рис. 2, г). Этот показатель характеризовался высокой пространственной вариабельностью (коэффициент вариации 61 %), его распределение асимметрично, медиана смещена в сторону низких значений.
Эмиссия диоксида углерода почвами мониторинговой площадки варьировала в широких пределах (от 60 до 470 мг СО2/(м2⋅ч)) и составляла в
среднем (198 ± 75) мг СО2/(м2⋅ч) (см. рис. 2, д).
Этот показатель отличался невысокой пространственной вариабельностью: коэффициент вариации равен 36 %. Распределение значений эмиссии
СО2 относилось к нормальному. Почвы, расположенные на 10 % точек опробования, характеризовались эмиссией СО2 менее 100 мг СО2/(м2⋅ч),
а расположенные на 12 % точек опробования –
эмиссией СО2 более 300 мг СО2/(м2⋅ч).
Содержание лабильного органического углерода почв в верхней 15-сантиметровой толще почв
мониторинговой площадки варьировало в широких пределах (от 2 до 486 мг С/кг почвы) и в сред-
а – мощность сезонноталого слоя; б –
объемная влажность почв; в – температура почв; г – мощность органогенного
горизонта почв; д – эмиссия СО2 почв;
е – содержание лабильного органического углерода почв; ж – содержание
углерода микробной биомассы почв.
Рис. 2. Пространственное распределение различных характеристик на мониторинговой
площадке CALM (07.08.2016 г.):
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ПОЧВ И ФАКТОРОВ СРЕДЫ
49
А.А. БОБРИК И ДР.
нем составляло (91 ± 71) мг С/кг почвы (см.
рис. 2, е). Содержание лабильного углерода в почвах отличалось высокой пространственной вариабельностью: коэффициент вариации составил
77 %, его распределение асимметрично, медиана
смещена в сторону низких значений. Содержанием лабильного углерода менее 100 мг С/кг характеризовались почвы, расположенные на 70 % точек опробования.
Содержание углерода микробной биомассы
почв в верхней 15-сантиметровой толще почв мониторинговой площадки варьировало в широких
пределах (от 98 до 2990 мг С/кг почвы) и в среднем составляло (1005 ± 647) мг С/кг почвы (см.
рис. 2, ж). Содержание микробного углерода в почвах отличалось высокой пространственной вариабельностью: коэффициент вариации составил
65 %, его распределение асимметрично, медиана
смещена в сторону низких значений. Содержанием микробного углерода более 1500 мг С/кг характеризовались почвы, расположенные на 20 % точек опробования.
ОБСУЖДЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Взаимосвязь факторов среды. С помощью
регрессионного анализа установлено, что температура почвы (дневное время, 07.08.2016 г.) имеет
статистически значимую связь с мощностью СТС
и мощностью органогенного горизонта почв:
температура почвы [°С] = –1.8 [°С] + 6.3 [°С/м] ×
× мощность СТС [м]; r = 0.69, p-level < 0.05,
n = 77;
(1)
температура почвы [°С] =5.1 [°С] – 0.37 [°С/см] ×
× мощность органогенного горизонта почв [см];
r = –0.42, p-level < 0.05, n = 77.
(2)
Пространственное варьирование температуры почвы на 48 % связано с мощностью СТС, на
18 % с мощностью органогенного горизонта почв,
а на 34 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо.
С мощностью органогенного горизонта почв
также имеет статистически значимую связь мощность СТС мониторинговой площадки:
мощность СТС [м] = 1.1 [м] – 0.04 [м/см] ×
× мощность органогенного горизонта почв [см],
r = –0.45, p-level < 0.05, n = 77.
(3)
Пространственное варьирование мощности
СТС на 20 % связано с мощностью органогенного
горизонта почв, на 48 % с температурой почвы, а
на 32 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо. Полученные нами ре50
зультаты согласуются с исследованиями, проведенными А.П. Тыртиковым на севере Западной
Сибири [Тыртиков, 1980]. Им установлено, что
формирование торфянистого горизонта и усиленный рост мхов ведут к существенному уменьшению глубины протаивания. Торфяные горизонты
обладают низкой теплопроводностью в талом состоянии, следовательно, обеспечивают изолирующее воздействие на ММП [Гончарова и др., 2015;
Zimov et al., 1993; Mazhitova et al., 2004].
Мощность органогенного горизонта почв
имеет статистически значимую связь с объемной
влажностью почвы:
влажность [%] = 40.6 [%] – 1.3 [%/см] ×
× мощность органогенного горизонта почв [см],
r = –0.34, p-level < 0.05, n = 77.
(4)
Установлено, что на 12 % варьирование влажности почв связано с мощностью органогенного
горизонта, а на 88 % варьирование этих признаков
осуществляется взаимно независимо (4).
Заметим, что в ходе исследования были установлены слабые, но статистически значимые связи мощности органогенного горизонта почв со всеми рассматриваемыми факторами среды. Это показывает важную роль почвенно-растительного
покрова в формировании глубины сезонного протаивания и подтверждает необходимость проведения почвенно-ботанических исследований при
оценке геокриологических условий территории.
Дыхание почвы. В ходе исследования установлено, что почвы южной тундры, так же как
северной тайги и лесотундры Западной Сибири,
характеризуются невысокими значениями эмиссии диоксида углерода (198 ± 75, 142 ± 21 и
202 ± 142 мг СО2/(м2⋅ч) соответственно) [Бобрик
и др., 2016, 2017], что свидетельствует об их низкой биологической активности по сравнению с
почвами других природных зон [Наумов, 2009;
Курганова, 2010; Семенюк и др., 2013]. Средние
значения эмиссии СО2 из почв изученных регионов статистически значимо не различаются, что
объясняется ее высокой пространственной вариабельностью (коэффициенты вариации равны 85
и 73 % в северной тайге и лесотундре соответственно).
В результате регрессионного анализа получено, что эмиссия СО2 почв мониторинговой площадки (07.08.2016 г.) имеет статистически значимую связь с влажностью почвы:
эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] = 357 [мг СО2/(м2⋅ч)] –
– 4.2 [мг СО2/(м2⋅ч)/%] × влажность [%],
r = –0.28, p-level < 0.05, n = 77.
(5)
Коэффициент детерминации этой модели довольно низкий (0.08), что обусловлено, вероятно,
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ПОЧВ И ФАКТОРОВ СРЕДЫ
использованием данных о влажности почвы только в августе. На наш взгляд, он был бы значительно выше в случае интегральных характеристик
влажности почв за весь теплый период.
Эмиссия СО2 почв площадки CALM имеет
статистически значимую связь также с содержанием лабильного углерода почв и абсолютными
высотами:
Слаб [мг С/кг почвы] = 40 [мг С/кг почвы] +
+ 23 [мг С/кг почвы/см] × мощность органогенного
горизонта почв [см], r = 0.44, p-level < 0.05,
эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] = 164 [мг СО2/(м2⋅ч)] +
+ 0.38 [мг СО2/(м2⋅ч)/мг С/кг почвы] ×
× Слаб [мг С/кг почвы], r = 0.36, p-level < 0.05,
n = 77;
(6)
r = –0.42, p-level < 0.05, n = 55.
(9)
Варьирование содержания С лаб связано на
20 % с мощностью органогенного горизонта почв,
на 18 % со значением гипсометрического уровня, а
на 62 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо.
Выявленная связь содержания лабильного
углерода почв с абсолютными высотами местности может носить косвенный характер и объясняться высокой подвижностью лабильных форм
углерода и аккумуляцией их в пониженных формах рельефа.
Установлено, что содержание углерода микробной биомассы почв имеет статистически значимую связь только с мощностью органогенного
горизонта и влажностью почв:
эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] = 1227 [мг СО2/(м2⋅ч)] –
– 32 [мг СО2/(м2⋅ч)/м] × абс. высота [м],
r = –0.33, p-level < 0.05, n = 55.
(7)
На 8 % варьирование эмиссии диоксида углерода связано с объемной влажностью почвы, на
13 % с содержанием лабильного углерода, на 10 %
с абсолютными высотами местности, а на 69 %
варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо. Выявленная авторами обратная
связь эмиссии диоксида углерода с абсолютными
значениями высот местности может быть обусловлена перераспределением влажности и температуры почв по элементам микрорельефа.
Полученные авторами статистически значимые корреляции эмиссии диоксида углерода с
влажностью почвы согласуются с выводами ведущих ученых о важной роли абиотических факторов (температура и влажность почвы, уровень
грунтовых вод и т. д.) в продуцировании, перераспределении и выделении парниковых газов из
почв [Кобак, 1988; Смагин, 2005; Наумов, 2009; Liu
et al., 2006].
Не установлено статистически значимых связей эмиссии диоксида углерода с другими изученными параметрами почв и экосистем (мощность
СТС, температура почвы, мощность органогенного горизонта почв, содержание углерода микробной биомассы), что может быть обусловлено недоучетом такого параметра, как корневое дыхание.
Содержание лабильного и микробного углерода почв. Значительное влияние на эмиссию диоксида углерода оказывает состав органического
вещества почвы, в частности, наличие или отсутствие лабильного легко минерализуемого субстрата, от которого, в свою очередь, зависит активность микроорганизмов [Головацкая, Дюкарев,
2012].
При анализе данных по содержанию углерода
почв была установлена статистически значимая
связь содержания лабильного углерода с мощностью органогенного горизонта почв и абсолютными высотами местности:
n = 77;
(8)
Слаб [мг С/кг почвы] = 1476 [мг С/кг почвы] –
– 43 [мг С/кг почвы/м] × абс. высота [м],
Смикр [мг С/кг почвы] = 543 [мг С/кг почвы] +
+ 206 [мг С/кг почвы/см] × мощность органогенного
горизонта почв [см], r = 0.44, p-level < 0.05,
n = 77;
(10)
Смикр [мг С/кг почвы] = 2374 [мг С/кг почвы] –
– 36 [мг С/кг почвы/%] × влажность [%],
r = –0.28, p-level < 0.05, n = 77.
(11)
Пространственное варьирование содержания
Смикр на 19 % связано с мощностью органогенного
горизонта почв, на 8 % с влажностью почв, а на
73 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо.
Полученные авторами данные по содержанию
углерода микробной биомассы почв сопоставимы
с литературными данными для экосистем северной тайги и тундры [Cheng, Virginia, 1993; Cheng et
al., 1998; Fisk et al., 2003; Potila, Sarjala, 2004].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все изученные факторы среды (мощность сезонноталого слоя, влажность почвы, температура
почвы) мониторинговой площадки CALM R50В,
расположенной на севере Западной Сибири (п-ов
Тазовский), характеризуются низкой пространственной вариабельностью, что обусловлено однородным характером почвенного и растительного
покровов, малой мощностью органогенного горизонта почв. Это одна из причин выявления слабых, но статистически значимых связей между параметрами.
51
А.А. БОБРИК И ДР.
Исследованные экосистемы южной тундры в
пик вегетационного сезона (август 2016 г.) отличаются невысокими значениями мощности СТС и
ее низкой пространственной вариабельностью
(0.95 ± 0.13 м, коэффициент вариации 14 %). Пространственное распределение мощности СТС на
этой территории связано с температурой почвы
(r = 0.69, p-level < 0.05) и мощностью органогенного горизонта почв (r = –0.45, p-level < 0.05).
В результате статистического анализа установлено, что мощность органогенного горизонта
почв оказывает прямое влияние на все рассмотренные факторы среды (мощность сезонноталого
слоя, r = –0.45, p-level < 0.05; температура почвы,
r = –0.42, p-level < 0.05; влажность почвы, r = –0.34,
p-level < 0.05) и компоненты углеродного цикла
(Слаб, r = 0.44, p-level < 0.05; Смикр, r = 0.44, p-level < 0.05), кроме эмиссии CO2 почвы. На последний параметр функционирования почвы мощность органогенного горизонта почв влияет косвенно через формирование гидротермического
режима почв и особенности трансформации органического материала.
Почвы мониторинговой площадки в пик вегетационного сезона характеризуются невысокими значениями эмиссии диоксида углерода и
ее низкой пространственной вариабельностью
(198 ± 75 мг СО2/(м2⋅ч), коэффициент вариации
36 %). Пространственное распределение эмиссии
диоксида углерода на изученной территории определяется влажностью почвы (r = –0.28, p-level < 0.05), содержанием лабильного углерода
почв (r = 0.36, p-level < 0.05) и абсолютными высотами местности (r = –0.33, p-level < 0.05). Содержание лабильного и микробного углерода почв
отличается высокой пространственной вариабельностью (коэффициенты вариации 77 и 65 % соответственно).
В ходе исследования впервые определено
пространственное распределение компонентов
углеродного цикла (эмиссия СО2, содержание лабильного и микробного углерода) в почвах типичных экосистем южной тундры Западной Сибири.
Полученные данные и установленные зависимости послужат основой для сравнительной оценки
эмиссии СО2 из почв типичных экосистем Западной Сибири вдоль биоклиматического и геокриологического трансекта от южной тайги до южной
тундры.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (проект № МК-1181.2018.5) и РФФИ
(проект № 16-04-00808 А).
Литература
Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В. и др. Взаимосвязь геокриологических условий и гидротермических
параметров почв плоскобугристых торфяников севера За-
52
падной Сибири (стационар Надым) // Криосфера Земли,
2015, т. XIX, № 4, с. 31–38.
Bobrik, A.A., Goncharova, O.Yu., Matyshak, G.V. Ryzhova, I.M.,
Moskalenko, N.G., Ponomareva, O.E., Ogneva, O.A., 2015. Correlation of active layer thickness and landscape parameters of
peatland in northern West Siberia (Nadym station). Earth’s
Cryosphere XIX (4), 29–35.
Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В. и др. Влияние геокриологических условий и свойств почв на пространственное варьирование эмиссии СО2 почвами плоскобугристых болот островной криолитозоны Западной Сибири //
Почвоведение, 2016, № 12, с. 1445–1456, DOI: 10.7868/
S0032180X1610004X.
Bobrik, A.A., Goncharova, O.Yu., Matyshak, G.V., Ryzhova, I.M., Makarov, M.I., 2016. State of permafrost and soil
properties as controls of soil CO2 efflux from peatlands in areas
of sporadic permafrost of West Siberia. Pochvovedeniye, No. 12,
1445–1456.
Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В. и др. Вклад
абиотических факторов в пространственное варьирование
эмиссии СО2 почв лесотундровой зоны Западной Сибири
(Новый Уренгой) // Криосфера Земли, 2017, т. XXI, № 2,
с. 52–59.
Bobrik, A.A., Goncharova, O.Yu., Matyshak, G.V. Drozdov, D.S., Ponomareva, O.E., 2017. Spatial variability of soil CO2
efflux in the forest-tundra zone of West Siberia (Novyi Urengoi):
abiotic controls. Earth’s Cryosphere XXI (2), 46–51.
Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А. Влияние факторов среды
на эмиссию СО2 с поверхности олиготрофных торфяных
почв Западной Сибири // Почвоведение, 2012, № 6, с. 658–
667.
Golovatskaya, E.A., Dyukarev, E.A., 2012. Environment effects
on CO2 efflux from oligotrophic peaty soils in West Siberia.
Pochvovedenie, No. 6, 658–667.
Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Москаленко Н.Г. Продуцирование диоксида углерода почвами северной тайги Западной Сибири (Надымский стационар) //
Криосфера Земли, 2014, т. XVIII, № 2, с. 66–71.
Goncharova, O.Yu., Matyshak, G.V., Bobrik, A.A., Moskalenko, N.G., 2014. Carbon dioxide production by northern taiga
soils of West Siberia (Nadym site). Earth’s Cryosphere
XVIII (2), 58–63.
Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А. и др. Температурные режимы северотаежных почв Западной Сибири в
условиях островного распространения многолетнемерзлых
пород // Почвоведение, 2015, № 12, с. 1462–1473, DOI:
10.7868/S0032180X15100032.
Goncharova, O.Yu., Matyshak, G.V., Bobrik, A.A., et al., 2015.
Thermal regime of northern taiga soils in areas of discontinuous
permafrost in West Siberia. Pochvovedenie, No. 12, 1462–1473.
ГОСТ 26262-2014. Методы полевого определения глубины
сезонного оттаивания. М., Стандартинформ, 2015, 11 с.
State Standard, 2015. Working Document GOST 26262-2014.
Methods of Field Thaw Depth Measurements. Standartinform,
Moscow, 11 pp. (in Russian)
Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении.
М., Изд-во Моск. ун-та, 1995, 320 с.
Dmitriev, E.A., 1995. Mathematical Statistics in Soil Science.
Moscow University Press, Moscow, 320 pp. (in Russian)
Дроздов Д.С., Украинцева Н.Г., Царев А.М., Чекрыгина С.Н. Изменения температурного поля мерзлых пород и
состояния геосистем на территории Уренгойского месторождения за последние 35 лет (1974–2008) // Криосфера
Земли, 2010, т. XIV, № 1, с. 22–31.
Drozdov, D.S., Ukraintseva, N.G., Tsarev, A.M., Chekrygina, S.N., 2010. Changes of permafrost temperature field and
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ПОЧВ И ФАКТОРОВ СРЕДЫ
geosystem state on the Urengoy oil-gas-field territory during the
last 35 years (1974–2008). Earth’s Cryosphere XIV (1), 22–31.
Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Курц В.А. Управление балансом углерода лесов России: прошлое, настоящее
и будущее // Устойчивое лесопользование, 2014, № 2,
с. 23–31.
Zamolodchikov, D.G., Grabovskiy, V.I., Kurtz, V.A., 2014.
Management of carbon budget in Russian forests: past, present,
and future. Ustoichivoe Lesopolzovanie, No. 2, 23–31.
Карелин Д.В. Углеродный обмен в криогенных экосистемах / Д.В. Карелин, Д.Г. Замолодчиков. М., Наука, 2008,
344 с.
Karelin, D.V., Zamolodchikov, D.G., 2008. Carbon Exchange in
Permafrost Ecosystems. Nauka, Moscow, 344 pp. (in Russian)
Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла.
М., Гидрометеоиздат, 1988, 248 с.
Kobak, K.I., 1988. Biotic Components of the Carbon Cycle.
Gidrometeoizdat, Moscow, 248 pp. (in Russian)
Курганова И.Н. Эмиссия и баланс диоксида углерода в наземных экосистемах России: Автореф. дис. … д-ра биол. наук.
Пущино, 2010, 50 с.
Kurganova, I.N., 2010. Soil Carbon Dioxide Efflux and Budget
in Terrestrial Ecosystems of Russia. Author’s Abstract, Doctor
Thesis (Biology). Pushchino, 50 pp. (in Russian)
Макаров М.И., Шулева М.С., Малышева Т.И., Меняйло О.В. Растворимость лабильных форм углерода и азота
почв в K2SO4 разной концентрации // Почвоведение, 2013,
№ 4, с. 408–413.
Makarov, M.I., Shuleva, M.S., Malysheva, T.I., Menyailo, O.V.,
2013. Solubility of water-extractable carbon and soil nitrogen in
K2SO4 of different concentrations. Pochvovedenie, No. 4, 408–
413.
Наумов А.В. Дыхание почвы: составляющие, экологические
функции, географические закономерности. Новосибирск,
Изд-во СО РАН, 2009, 208 с.
Naumov, A.V., 2009. Soil Respiration: Components, Environmental Functions, and Geographic Patterns. Izd-vo. SO RAN,
Novosibirsk, 208 pp. (in Russian)
Семенюк О.В., Ильяшенко М.А., Бобрик А.А. Оценка
экологических функций парковых почв на основе показателей их биологической активности // Проблемы агрохимии
и экологии, 2013, № 3, с. 35–39.
Semenyuk, O.V., Iliyashenko, M.A., Bobrik, A.A., 2013. Estimating environmental functions of park soils based on biological
activity. Problemy Agrokhimii i Ecologii, No. 3, 35–39.
Смагин А.В. Газовая фаза почв. М., Изд-во Моск. ун-та,
2005, 301 с.
Smagin, A.V., 2005. Soil Gas Phase. Moscow University Press,
Moscow, 301 pp. (in Russian)
Тыртиков А.П. Влияние растительного покрова на температуру грунтов на севере Западной Сибири // Природные
условия Западной Сибири. М., Изд-во Моск. ун-та, 1980,
112 с.
Tyrtikov, A.P., 1980. Effect of Vegetation on Soil Temperature
in Northern West Siberia, in: Natural Conditions of West Siberia. Moscow University Press, Moscow, 112 pp. (in Russian)
Украинцева Н.Г., Дроздов Д.С., Попов К.А. и др. Ландшафтная индикация локальной изменчивости свойств
многолетнемерзлых пород (Уренгойское месторождение,
Западная Сибирь) // Криосфера Земли, 2011, т. XV, № 4,
с. 37–40.
Ukraintseva, N.G., Drozdov, D.S., Popov, K.A., Gravis, A.G.,
Matyshak, G.V., 2011. Landscape indication of local permafrost
variability (West Siberia, Urengoy territory). Earth’s Cryosphere XV (4), 32–35.
Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Общие запасы биологического углерода и азота в почвах лесного
фонда России // Лесоведение, 2004, № 4, с. 30–42.
Chestnykh, O.V., Zamolodchikov, D.G., Utkin, A.I., 2004. Total
resources of biogenic carbon and nitrogen in forest soils of Russia. Lesovedeniye, No. 4, 30–42.
Chantigny, M.H. Dissolved and water-extractable organic
matter in soils: a review on the influence of land use and management practices // Geoderma, 2003, vol. 113, p. 357–380,
DOI: 10.1016/S0016-7061(02)00370-1.
Cheng, W., Virginia, R.A. Measurement of microbial biomass
in Arctic tundra soils using fumigation-extraction and substrateinduced respiration procedures // Soil Biol. Biochem., 1993,
vol. 25, No. 1, p. 135–141.
Cheng, W., Virginia, R.A., Oberbauer, S.F., et al. Soil nitrogen, microbial biomass and respiration along an arctic toposequence // Soil Sci. Soc. America J., 1998, vol. 62, p. 654–662.
Davidson, E.A., Janssens, I.A. Temperature sensitivity of soil
carbon decomposition and feedbacks to climate change //
Nature, 2006, vol. 440, p. 165–173.
Fisk, M.C., Ruether, K.F., Yavitt, J.B. Microbial activity and
functional composition among northern peatland ecosystems //
Soil Biol. Biochem., 2003, vol. 35, No. 4, p. 591–602.
Fouche, J., Keller, C., Allard, M., Ambrosi, J.P. Increased
CO2 fluxes under warming tests and soil solution chemistry in
Histic and Turbic Cryosols, Salluit, Nunavik, Canada // Soil
Biol. Biochem., 2014, No. 68, p. 185–199.
Hugelius, G., Tarnocai, C., Broll, G., et al. The Northen Circumpolar Soil Carbon Database: spatially distributed datasets
of soil coverage and soil carbon storage in the northern permafrost regions // Earth Syst. Sci. Data, 2013, No. 5, p. 3–13.
Jensen, A.E., Lohse, K.A., Crosby, B.T., Mora, C.I. Variations in soil carbon dioxide efflux across a thaw slump chronosequence in northwest Alaska // Environ. Res. Lett., 2014, vol. 9,
p. 1–11.
Joergensen, R.G., Wu, J., Brookes, P.C. Measuring soil microbial biomass using an automated procedure // Soil Biol.
Biochem., 2011, vol. 43, No. 5, p. 873–876.
Kelsey, K.C., Wickland, K.P., Striegl, R.G., Neff, J.C.
Variation in soil carbon dioxide efflux at two spatial scales in a
topographically complex boreal forest // Arctic, Antarctic and
Alpine Res., 2012, vol. 44, No. 4, p. 457–468.
Liu, Q., Edwards, N.T., Post, W.M., et al. Temperature-independent diel variation in soil respiration observed from a
temperate deciduous forest // Global Change Biol., 2006,
vol. 12 (11), p. 2136–2145.
Martens, R. Current methods for measuring microbial biomass
C in soil: Potentials and limitations // Biol. Fertil. Soils, 1995,
vol. 19, p. 87–99.
Mazhitova, G., Malkova, G., Chestnykh, O., Zamolodchikov, D. Active-layer spatial and temporal variability at
European Russian Circumpolar-Active-Layer-Monitoring
(CALM) sites // Permafrost and Periglacial Processes, 2004,
vol. 15, No. 2, p. 123–139.
Natali, S.M., Schuur, E.A.G., Trucco, C., et al. Effects of
experimental warming of air, soil and permafrost on carbon balance in Alaskan tundra // Global Change Biol., 2011, vol. 17,
p. 1394–1407.
Ping, C.L., Jastrow, J.D., Jorgenson, M.T., et al. Permafrost
soils and carbon cycling // Soil, 2015, vol. 1, p. 147–171.
Potila, H., Sarjala, T. Seasonal fluctuation in microbial biomass
and activity along a natural nitrogen gradient in a drained
peatland // Soil Biol. Biochem., 2004, No. 36, p. 1047–1055.
53
А.А. БОБРИК И ДР.
Riveros-Iregui, D.A., McGlynn, B.L., Epstein, H.E., Welsch, D.L. Interpretation and evaluation of combined measurement techniques for soil CO2 efflux: Discrete surface chambers
and continuous soil CO2 concentration probes // J. Geophys.
Res., 2008, vol. 113, p. 1–11.
Rodionov, A., Flessa, H., Grabe, M., et al. Organic carbon
and total nitrogen variability in permafrost-affected soils in a
forest tundra ecotone // Europ. J. Soil Sci., 2007, No. 58,
p. 1260–1272.
Schuur, E.A.G., Bockheim, J., Canadell, J.G., et al. Vulnerability of permafrost carbon to climate change: implications
for the global carbon cycle // Bioscience, 2008, vol. 58, p. 701–
714.
Schuur, E.A.G., Vogel, J.G., Crummer, K.G., et al. The effect of permafrost thaw on old carbon release and net car-
54
bon exchange from tundra // Nature, 2009, vol. 459, p. 556–
559.
Turetsky, M.R., Wieder, R.K., Vitt, D.H., et al. The disappearance of relict permafrost in boreal north America: Effects
on peatland carbon storage and fluxes // Global Change Biol.,
2007, vol. 13, p. 1922–1934.
Vance, E.D., Brookes, P.C., Jenkinson, D.S. An extraction
method for measuring soil microbial biomass C // Soil Biol.
Biochem., 1987, No. 19, p. 703–707.
Zimov, S.A., Zimova, G.M., Davydov, S.P., et al. Winter
biotic activity and production of CO2 in Siberian soils: a factor
in the greenhouse effect // J. Geophys. Res., 1993, vol. 98,
p. 5017–5023.
Поступила в редакцию
15 января 2018 г.
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
КРИОСФЕРА ЗЕМЛИ
http://www.izdatgeo.ru
Криосфера Земли, 2017, т. XXI, № 2, с. 52–59
ПАЛЕОКРИОГЕНЕЗ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ
УДК 631.4 (574.4)
DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-2(52-59)
ВКЛАД АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
В ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВ
ЛЕСОТУНДРОВОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НОВЫЙ УРЕНГОЙ)
А.А. Бобрик1, О.Ю. Гончарова1, Г.В. Матышак1, Д.С. Дроздов2, О.Е. Пономарева2
1 Московский
государственный университет имени М.В. Ломоносова,
ф-т почвоведения, 119991, Москва, Ленинские горы, 1, Россия; ann-bobrik@yandex.ru
2 Институт криосферы Земли СО РАН, 625000, Тюмень, ул. Малыгина, 86, Россия
В результате исследования на территории стационара Новый Уренгой (CALM R50, север Западной
Сибири) установлено, что эмиссия диоксида углерода, мощность сезонноталого слоя и ландшафтные условия (рельеф, влажность, температура почв) характеризуются высокой пространственной вариабельностью.
Пространственное распределение эмиссии диоксида углерода на изученной территории определяется
мощностью сезонноталого слоя, температурой и объемной влажностью почвы, а также гипсометрическим
уровнем. Установлено, что основной вклад в пространственную вариабельность влажности и температурного режима почв мониторинговой площадки вносит глубина залегания многолетнемерзлых пород.
Многолетнемерзлые породы, криогенные почвы, торф, влажность почв, эмиссия СО2
SPATIAL VARIABILITY OF SOIL CO2 EFFLUX
IN THE FORESTTUNDRA ZONE OF WEST SIBERIA (NOVY URENGOI):
CONTROL OF ABIOTIC FACTORS
A.A. Bobrik1, O.Yu. Goncharova1, G.V. Matyshak1, D.S. Drozdov2, O.E. Ponomareva2
1 Lomonosov Moscow State University, Department of Soil Science,
1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia; ann-bobrik@yandex.ru
2 Earth Cryosphere Institute, SB RAS, 86, Malygina str., Tyumen, 625400, Russia
Studies at site CALM R50 in Novy Urengoi, northern West Siberia, reveal high spatial variability in the
patterns of soil СО2 efflux, active layer thickness and landscape parameters (elevations, soil moisture, and soil
surface temperature). The distribution of carbon dioxide emission from soil over the area is determined by active
layer thickness, soil surface temperature and volumetric moisture content, as well as elevation. Active layer
thickness is the major control of soil moisture and temperature spatial distribution.
Permafrost, permafrost-affected soils, peat, soil moisture, CO2 efflux
ВВЕДЕНИЕ
Ключом к пониманию глобального цикла углерода является оценка пространственного варьирования эмиссии CO2 из почв как интегрального
показателя их биологической активности [Wang et
al., 2002; Chris et al., 2005; Yue-Lin et al., 2008]. Как
правило, такие оценки основаны на материалах
почвенных карт и немногочисленных баз данных
[Честных и др., 2004; Hugelius et al., 2013]. Особое
внимание уделяется количественной оценке запасов углерода в криогенных почвах и его эмиссии
из них в связи с возможными последствиями климатических изменений. Поэтому запас углерода в
эталонном почвенном профиле для каждого из
почвенных контуров умножается на его площадь.
Данный подход не учитывает вариабельность содержания почвенного углерода и его эмиссии
внутри почвенных контуров. Работ по изучению
пространственной изменчивости эмиссии парниковых газов и содержания органического углерода
в почвах бореальных и арктических экосистем немного [Бобрик и др., 2016; Rodionov et al., 2007].
В связи с этим очевидна необходимость оценки
пространственной вариабельности эмиссии углерода из почвы.
Оптимальными для оценки пространственной вариабельности содержания почвенного угле-
© А.А. Бобрик, О.Ю. Гончарова, Г.В. Матышак, Д.С. Дроздов, О.Е. Пономарева, 2017
52
ВКЛАД АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВ
рода и эмиссии углерода из почвы представляются исследования на площадках мониторинговой
программы (Circumpolar Active Layer Monitoring,
CALM). Основной целью Международной программы циркумполярного мониторинга активного
слоя CALM является наблюдение за реакцией
многолетнемерзлых пород на изменение климата
в течение длительного временного периода (www.
gwu.edu/~calm/data/north.html). На территории
РФ находятся 64 мониторинговые площадки, из
них 13 – в Западной Сибири. В 2008 г. в южной
лесотундре в 30 км севернее г. Новый Уренгой
была заложена площадка (CALM R50) для мониторинга сезонного протаивания (рис. 1).
Цель данной работы – оценка взаимосвязи
эмиссии диоксида углерода из почв, мощности сезонноталого слоя (СТС), ландшафтных условий и
их пространственного варьирования в лесотундровой зоне. Основные задачи: оценка пространственного распределения биотических (растительность) и абиотических (мощность сезонноталого
слоя, влажность почвы, температура почвы) факторов в пределах изучаемой территории; оценка
пространственного варьирования эмиссии диоксида углерода почвами; изучение связи эмиссии
CO2 с мощностью сезонноталого слоя и ландшафтными условиями в пространственном масштабе.
МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА
ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования являются почвы и
ландшафты мониторинговой площадки CALM
R50, расположенной в лесотундровой зоне Западной Сибири. Заболоченность лесотундры очень
высокая. В лесотундре и примыкающей к ней части северной тайги на Западно-Сибирской низменности болотные экосистемы занимают 50 % площади. На Надым-Пурском междуречье болота занимают до 70 % территории [Романова, 1985].
Мониторинговая площадка представляет собой
плоскую и слабонаклонную крупнокочковатую
основную поверхность типичного бугристого торфяника, сменяющуюся вблизи долины ручья
лист венничными лишайниковыми рединами и
кус тарниковыми ерниками [Украинцева и др.,
2011].
Почвенный покров площадки характеризуется высокой неоднородностью и представлен комплексом органогенных (торфяных), альфегумусовых, криотурбированных и глеевых почв. В целом
преобладают торфяные варианты и (за исключением участков лишайниковых редин) профиль
почв представляет собой набор горизонтов (2–3)
слабо- и среднеразложенных олиготрофных торфов, мощностью более 30 см, подстилаемых минеральными горизонтами разного типа. В лишайниковых рединах маломощный оторфованный
Рис. 1. Район исследований.
1 – северная тайга; 2 – лесотундра; 3 – южная тундра; 4 –
типичная тундра; 5 – арктическая тундра; 6 – Новоуренгойский стационар.
органопрофиль (<10 см) сменяется, как правило,
песчаным субстратом (подзолистый или альфегумусовый почвенный горизонт).
На основе материалов Н.Г. Украинцевой на
данной площадке авторами выделено пять фаций
(рис. 2, а), обладающих одинаковой литологией,
однообразным рельефом, сходным микроклиматом, однотипным набором почв и одним биоценозом. Для выделенных фаций характерны
следующие характеристики. 1. Лиственничные
лишайниковые редины с западинно-бугристым
микрорельефом представлены участком леса, характеризующимся относительно невысокой плотностью деревьев, отстоящих друг от друга на заметном удалении и не образующих сомкнутого
лесного полога. Почвенный покров представлен
подзолами глеевыми и торфяно-подбурами иллювиально-железистыми. 2. Ерники представлены
густыми зарослями кустарниковой березы (высотой до 1.0–1.5 м) с травяно-моховым покровом и
кочковатыми травяно-кустарничково-моховыми
ложбинами с преобладанием торфяно-криоземов
перегнойных. 3. Багульниково-лишайниковые
плоскобугристые торфяники характеризуются
комплексом торфяно-криоземов типичных и торфяных олиготрофных мерзлотных почв. 4. Морошково-сфагновые плоскобугристые торфяники
характеризуются комплексом торфяно-криоземов
типичных и торфяно-криоземов перегнойных.
5. Кустарничково-моховые безлесные мелкобуг53
А.А. БОБРИК И ДР.
Рис. 2. Пространственное распределение различных факторов на мониторинговой площадке
CALM (август 2015 г.):
а – фаций растительности (1 – лиственничные лишайниковые редины, 2 – кустарничково-травяно-моховые
ерники, 3 – багульниково-лишайниковые плоскобугристые торфяники, 4 – морошково-сфагновые плоскобугристые торфяники, 5 – кустарничково-моховые
безлесные мелкобугристые торфяники); б – мощности
сезонноталого слоя; в – объемной влажности почв; г –
температуры почв; д – эмиссии диоксида углерода.
ристые торфяники характеризуются комплексом
торфяно-глееземов типичных и глееземов криотурбированных. Названия почв приведены в соответствии с классификацией почв РФ [Классификация…, 2004].
По данным нивелирной съемки, на мониторинговой площадке превышение максималь54
ной отметки над минимальной составляет 3.56 м
(рис. 3), средние абсолютные высоты местности
составляют 59.51 ± 0.52 м. Установлено, что четыре из пяти выделенный фаций характеризуются
близкими средними значениями абсолютных высот (см. таблицу). Фация ерников занимает наименьшую позицию и характеризуется статисти-
ВКЛАД АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВ
Рис. 3. Гипсометрическая характеристика мониторинговой площадки CALM (август 2015 г.).
Средние значения исследованных показателей по фациям
Фация
n
Превышение
высот, м
Мощность
СТС, м
Лиственничные лишайниковые редины
Кустарничково-травяномоховые ерники
Багульниково-лишайниковые плоскобугристые
торфяники
25
59.61 ± 0.29
1.20 ± 0.23
Объемная
влажность
почвы, %
18.4 ± 6.0
10
58.25 ± 0.63
1.29 ± 0.32
37
59.63 ± 0.29
Морошково-сфагновые
плоскобугристые
торфяники
34
Кустарничково-моховые
безлесные мелкобугристые торфяники
15
Температура Эмиссия СО2,
почвы, °С мг СО2/(м2⋅ч)
Мощность
торфа, см
8.8 ± 1.4
246 ± 100
3.9 ± 3.2
63.5 ± 28.0
7.3 ± 0.6
417 ± 61
29.7 ± 10.9
0.52 ± 0.11
56.3 ± 18.0
4.4 ± 1.6
140 ± 90
39.5 ± 3.5
59.56 ± 0.39
0.71 ± 0.19
72.1 ± 15.0
7.6 ± 1.7
161 ± 90
40.3 ± 4.4
59.77 ± 0.27
1.17 ± 0.25
54.3 ± 16.3
9.8 ± 2.1
277 ± 75
37.6 ± 10.6
П р и м е ч а н и е. Показатель = среднее значение ± стандартное отклонение. Курсивом выделены значения, которые
статистически значимо отличаются от остальных. n – число повторностей измерения.
чески значимо меньшей абсолютной высотой
(58.25 ± 0.63 м).
Растительность мониторинговой площадки
представлена в напочвенном покрове различными
лишайниками (Сladonia sp.) и мхами (Sphagnum
sp., Pleurozium sp., Politrichum sp.); в травяно-кустарничковом ярусе – черникой (Vaccínium myrtíllus), голубикой (Vaccínium uliginósum), брусникой (Vaccínium vítis-idaéa), багульником (Ledum
palustre), а также различного вида осокой (Carex
sp.), морошкой (Rubus chamaemorus), пушицей
(Erio phorum sp.), андромедой (Andromeda sp.);
в кустарниковом ярусе – карликовой и кустарниковой березой (Вetula nana, Betula fruticosa); в древесном ярусе – лиственницей (Lárix sp.).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В августе 2015 г. на всех пикетах, расположенных по регулярной сетке с шагом 10 м (100 × 100 м,
121 точка опробования), мониторинговой площад-
ки CALM R50 проведено описание почвенного и
растительного покрова, определен гипсометрический уровень (абсолютные высоты местности) методом нивелирной съемки. Определена мощность
торфа с помощью почвенного бура – “ложки”
(фирмы Eijkelkamp) для пробоотбора мягких агрегированных почв (влажная глина, торфяные отложения и т. п.), с сохранением структуры образца.
Аналогичные методики использованы в предыдущих исследованиях на мониторинговой площадке
CALM R1 [Бобрик и др., 2015]. Определение эмиссии диоксида углерода с поверхности почвы проводилось однократно за полевой сезон в начале
августа (11.08.2015) единовременно в дневные
часы (с 12.00 до 15.00) для каждого 121 пикета мониторинговой площадки методом статичных закрытых камер с удалением растительного покрова
[Смагин, 2005; Riveros-Iregui et al., 2008]. Измерение концентрации СО2 в пробах осуществлялось с
помощью портативного газоанализатора с инфра55
А.А. БОБРИК И ДР.
красным датчиком RMT DX6210. Проведены разовые измерения объемной влажности с помощью
влагомера Spectrum TDR 100 и измерения температуры почвы термощупом в верхнем 10-сантиметровом слое почвы с трехкратной повторностью
для каждого пикета. Мощность СТС определялась
методом зондирования щупом, представляющим
собой заостренный металлический стержень диаметром 10 мм и длиной 2 м [Мельников и др., 2005;
ГОСТ 26262-2014, 2015].
Выполнен статистический анализ полученных данных в программном пакете Statistica 7.0.
Определен тип распределения (проверка нормальности стандартными методами). Результаты
представлены в форме: среднее значение ± стандартное отклонение. Сравнение средних значений проводилось по параметрическому критерию
Стьюдента (t-критерий) (уровень значимости
p < 0.05) и непараметрическому критерию Вилкоксона (уровень значимости α = 0.05). В случае
распределения, отличающегося от нормального,
корреляционный анализ проводился по методу
ранговой корреляции Спирмена. Коэффициент
корреляции r > 0.18 считается значимым при
объе ме выборки n > 119 (уровень значимости
p < 0.05). Объем выборки каждого исследованного
показателя на мониторинговой площадке CALM
R50 равен 121. Структуру пространственной вариабельности параметров исследовали при помощи
картограмм в пакете Golden Software Surfer 8.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Мощность сезонноталого слоя. Мощность
СТС на мониторинговой площадке варьировала
от 0.31 до 1.71 м и в среднем составляла
0.85 ± 0.37 м в августе 2015 г. (см. рис. 2, б). Минимальные значения мощности СТС характерны для
багульниково-лишайниковых плоскобугристых
торфяников, максимальные – для лиственничных
лишайниковых редин. Этот показатель характеризуется высокой пространственной вариабельностью (коэффициент вариации 44 %), его распределение асимметрично, медиана смещена в
сторону низких значений. Фации редин, ерников,
мелкобугристых торфяников характеризуются
близкими средними значениями мощности СТС
(среднее значение по трем фациям составляет
1.22 ± 0.30 м). Фации багульниково-лишайниковых и морошково-сфагновых плоскобугристых
торфяников статистически значимо отличаются
от описанных ранее фаций по мощности СТС и
характеризуются ее меньшими значениями (среднее по двум фациям составляет 0.62 ± 0.15 м). Это
может быть объяснено большой мощностью торфяного горизонта на плоскобугристых торфяниках. Торфяные горизонты обладают низкой теплопроводностью, следовательно, обеспечивают изолирующее воздействие на многолетнемерзлые
56
породы [Гончарова и др., 2015; Zimov et al., 1998;
Mazhitova et al., 2004].
Влажность почвы. Влажность почв обусловлена типом субстрата и является важным показателем для биологической активности почв. Объемная влажность почвы мониторинговой площадки характеризуется высокой пространственной
вариабельностью (коффициент вариации 48 %),
его распределение асимметрично, медиана смещена в сторону высоких значений. Значение объемной влажности почвы меняется в широких пределах – от 7.0 до 91.0 %, при этом среднее составляет
52.5 ± 25.1 %. Около 48 % пикетов характеризуются влажностью более 60 % (см. рис. 2, в). Установлено, что четыре из пяти выделенных фаций имеют близкие средние значения объемной влажности (среднее по четырем фациям составляет
61.3 ± 19.4 %) (см. таблицу). Фация редин характеризуется минимальным значением объемной
влажности почв (18.4 ± 6.0 %) и статистически
значимо отличается от других фаций по этому показателю, что связано с минеральным характером
верхнего горизонта почв. Наибольшие средние
значения объемной влажности почвы характерны
для фаций ерников и морошково-сфагновых плоскобугристых торфяников, что можно объяснить
пониженным положением в рельефе первой фации и особенностями торфяного горизонта второй
фации. Установлено, что почвы фации редин и
остальных четырех фаций статистически значимо
различались по вариабельности объемной влажности.
Температура почвы. Показатель температуры почвы на глубине 10 см в дневное время характеризуется высокой пространственной вариабельностью (коффициент вариации 38 %), тип его
распределения относится к нормальному. Значение температуры почвы мониторинговой площадки меняется в широких пределах – от 1.2 до
13.0 °С, при этом среднее составляет 7.4 ± 1.8 °С
(см. рис. 2, г). Фация багульниково-лишайниковых плоскобугристых торфяников характеризуется наименьшим значением температуры почвы
и статистически значимо отличается от других
фаций по этому показателю (см. таблицу). Это
связано с близким залеганием кровли многолетнемерзлых пород на данном участке.
Эмиссия диоксида углерода. Эмиссия диоксида углерода почвами мониторинговой площадки
варьировала в широких пределах (от 10 до 590 мг
СО2/(м2⋅ч)) и составляла в среднем 202 ± 142 мг
СО2/(м2⋅ч) (см. рис. 2, д). Этот показатель характеризуется высокой пространственной вариабельностью: коэффициент вариации составил 73 %.
Распределение значений эмиссии СО2 асимметрично, медиана смещена в сторону низких значений. Почвы фации ерников характеризуются наибольшим средним значением эмиссии диоксида
ВКЛАД АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВ
углерода (417 ± 61 мг СО2/(м2⋅ч)), оно статистически значимо отличается от средних значений
эмиссии почв других фаций. Это обусловлено как
большой мощностью СТС (1.29 ± 0.32 м) и, следовательно, благоприятными гидротермическими
условиями для микробной деятельности на данном участке, так и значительным вкладом корневого дыхания густых зарослей кустарников, которые характерны для данной фации. Установлено,
что почвы ерников и остальных четырех фаций
статистически значимо различаются по вариабельности эмиссии СО2.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Взаимосвязь факторов среды. Для криогенных почв мощность сезонноталого слоя является
важным показателем особенностей функционирования экосистем. Многолетнемерзлые породы, являясь, с одной стороны, водоупорным горизонтом,
а с другой – низкотемпературной средой, оказывают влияние на развитие экосистем и почв, детерминируя в первую очередь гидротермический режим [Макеев, 1999].
С помощью регрессионного анализа установлено, что мощность СТС мониторинговой площадки (август 2015 г.) имеет статистически значимую связь с объемной влажностью почвы (1) и
температурой почвы (2), а также с эмиссией диоксида углерода (4):
(1)
Объемная влажность [%] = 73.3 [%] –
–24.5 [%/м]×Мощность СТС [м], r = –0.28,
p-level < 0.05;
(2)
Температура почвы [°С] = 3.5 [°С] +
+ 4.1 [°С/м]×Мощность СТС [м], r = 0.65,
p-level < 0.05.
Температура почвы также имеет статистически значимую связь с объемной влажностью почвы (3):
(3)
Температура почвы [°С] = 8.1 [°С] –
– 0.02 [°С/%]×Объемная влажность [%],
r = –0.21, p-level < 0.05.
Установлено, что на 43 % варьирование температуры почвы связано с варьированием мощности СТС, а на 4.5 % – с варьированием объемной
влажности почвы. Установлено, что на 8 % варьирование объемной влажности почвы связано с
варьированием мощности СТС, а на 72 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо.
Не установлено статистически значимой связи мощности СТС мониторинговой площадки со
значениями абсолютных высот местности. Только
для фации морошково-сфагновых плоскобугристых торфяников характерна прямая связь мощности СТС с гипсометрическим уровнем (r = 0.65,
p-level < 0.05, n = 34).
Дыхание почвы. Величина эмиссии диоксида
углерода является интегральным показателем
биологической активности почв и зависит от гидротермических условий, физических свойств субстрата, от роста надземной и корневой массы, а
также от особенностей трансформации органического материала [Кобак, 1988].
В результате анализа данных по эмиссии диоксида углерода авторами установлено, что исследованные почвы, функционирующие в подзоне
южной лесотундры, характеризуются низкой биологической активностью по сравнению с почвами
других природных зон [Наумов, 2009; Гончарова и
др., 2014; Бобрик и др., 2016; Гончарова и др., 2016].
С помощью регрессионного анализа установлено, что эмиссия СО2 почв мониторинговой площадки (август 2015 г.) имеет статистически значимую связь с мощностью СТС (4), с объемной
влажностью почвы (5), температурой почвы (6) и
абсолютными высотами (7):
(4) Эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] = 9 [мг СО2/(м2⋅ч)] +
+ 255.5 [мг СО2/(м2⋅ч)/м]×Мощность СТС [м],
r = 0.50, p-level < 0.05;
(5)
Эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] =
= 291 [мг СО2/(м2⋅ч)] – 1.3 [мг СО2/(м2⋅ч)/%]×
×Объемная влажность [%], r = –0.27, p-level < 0.05;
(6)
Эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] =
= 119 [мг СО2/(м2⋅ч)] + 15.2 [мг СО2/(м2⋅ч)/°С]×
×Температура почвы [°С], r = 0.23, p-level < 0.05;
(7)
Эмиссия [мг СО2/(м2⋅ч)] =
= 8767 [мг СО2/(м2⋅ч)] – 143 [мг СО2/(м2⋅ч)/м]×
×Абс. высота [м], r = –0.42, p-level < 0.05.
Установлено, что на 25 % варьирование эмиссии диоксида углерода связано с варьированием
мощности СТС, на 18 % – с варьированием абсолютных высот местности, на 7.5 % – с варьированием объемной влажности почвы, на 5.5 % – с
варьированием температуры почвы, а на 44 % варьирование этих признаков осуществляется взаимно независимо.
Полученные авторами статистически значимые корреляции эмиссии диоксида углерода с
температурой и влажностью почвы подтверждаются сделанными ранее выводами ведущих ученых о важной роли абиотических факторов в продуцировании, перераспределении и выделении
парниковых газов из почв [Кобак, 1988; Смагин,
2005; Наумов, 2009; Liu et al., 2006]. Выявленная
нами обратная связь эмиссии диоксида углерода с
абсолютными значениями превышений высоты
местности может быть обусловлена спецификой
фаций и свойствами почв. Например, почвы ерников характеризуются наименьшими значениями
гипсометрического уровня и наибольшими величинами эмиссии диоксида углерода (см. таблицу).
57
А.А. БОБРИК И ДР.
Наибольший интерес представляет выявленная статистически значимая связь мощности СТС
и биологической активности почв. Установлено,
что почвам с наибольшей мощностью СТС соответствуют максимальные значения эмиссии СО2.
Это может быть связано с повышенной микробиологической активностью в верхних слоях почвы за
счет лучших гидротермических условий (удаляющегося фронта низких температур и пониженной
влажности). Следовательно, при увеличении глубины сезонного протаивания биологическая активность почв возрастает.
Установленная связь эмиссии СО 2 почв с
мощностью СТС объясняет необходимость оценки пространственной неоднородности мощности
СТС как значимого фактора, определяющего региональные выбросы СО2. Можно заключить, что
недоучет пространственной неоднородности геокриологических условий на территориях распространения многолетнемерзлых пород может привести к существенным искажениям оценок суммарных потоков диоксида углерода.
ВЫВОДЫ
1. Все изученные абиотические параметры
(мощность сезонноталого слоя, влажность и температура почвы) мониторинговой площадки
CALM R50 характеризуются высокой пространственной неоднородностью (коэффициенты вариации 38–48 %). Основной вклад в пространственную вариабельность влажности и температурного
режима почв мониторинговой площадки вносит
глубина залегания многолетнемерзлых пород.
2. Почвы мониторинговой площадки CALM
R50 в пик вегетационного сезона характеризуются
низкими значениями эмиссии диоксида углерода
и ее высокой пространственной вариабельностью
(202 ± 142 мг СО2/(м2⋅ч), коэффициент вариации
73 %). Ерники характеризуются статистически
значимо большей эмиссией диоксида углерода
почв (417 ± 61 мг СО2/(м2⋅ч)) по сравнению с
другими фациями.
3. Пространственное распределение эмиссии
диоксида углерода в пик вегетационного сезона
(август 2015 г.) на изученной территории определяется мощностью СТС (r = 0.50, p-level < 0.05),
температурой (r = 0.23, p-level < 0.05) и объемной
влажностью почвы (r = –0.27, p-level < 0.05), а
также гипсометрическим уровнем (r = –0.42,
p-level < 0.05), что связано с более высокой микробиологической активностью в верхнем слое почвы
при глубоком залегании многолетнемерзлых пород за счет лучших гидротермических условий
(удаляющегося фронта низких температур и пониженной влажности).
Работа выполнена при финансовой поддержке
РФФИ (проект № 16-04-00808 А).
58
Литература
Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Рыжова И.М., Москаленко Н.Г., Пономарева О.Е., Огнева О.А.
Взаимосвязь геокриологических условий и гидротермических параметров почв плоскобугристых торфяников севера
Западной Сибири (стационар Надым) // Криосфера Земли,
2015, т. XIX, № 4, с. 31–38.
Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Рыжова И.М., Макаров М.И. Влияние геокриологических условий и свойств почв на пространственное варьирование
эмиссии СО2 почвами плоскобугристых болот островной
криолитозоны Западной Сибири // Почвоведение, 2016,
№ 12, с. 1445–1456, DOI: 10.7868/S0032180X1610004X.
Гончарова О.Ю., Бобрик А.А., Матышак Г.В., Макаров М.И. Роль почвенного покрова в сохранении структурной и функциональной целостности северотаежных экосистем Западной Сибири // Сиб. эколог. журн., 2016, № 1,
с. 3–12.
Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Москаленко Н.Г. Продуцирование диоксида углерода почвами северной тайги Западной Сибири (Надымский стационар) //
Криосфера Земли, 2014, т. XVIII, № 2, с. 66–71.
Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А. и др. Температурные режимы северотаежных почв Западной Сибири в
условиях островного распространения многолетнемерзлых
пород // Почвоведение, 2015, № 12, с. 1462–1473, DOI:
10.7868/S0032180X15100032.
ГОСТ 26262-2014. Методы полевого определения глубины
сезонного оттаивания. М., Стандартинформ, 2015, 11 с.
Классификация и диагностика почв России / Авт. и сост.
Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск, Ойкумена, 2004, 342 с.
Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла /
К.И. Кобак. М., Гидрометеоиздат, 1988, 248 с.
Макеев О.В. Почва, мерзлота, криопедология // Почвоведение, 1999, № 8, с. 947–957.
Мельников Е.С., Васильев А.А., Лейбман М.О., Москаленко Н.Г. Динамика сезонноталого слоя в Западной Сибири // Криосфера Земли, 2005, т. IX, № 2, с. 23–32.
Наумов А.В. Дыхание почвы: составляющие, экологические
функции, географические закономерности / А.В. Наумов.
Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2009, 208 с.
Романова Е.А. Растительность болот // Растительный покров Западно-Сибирской равнины / Отв. ред. В.В. Воробьева, А.В. Белов. Новосибирск, Наука, 1985, с. 138–159.
Смагин А.В. Газовая фаза почв / А.В. Смагин. М., Изд-во
Моск. ун-та, 2005, 301 с.
Украинцева Н.Г., Дроздов Д.С., Попов К.А., Гравис А.Г.,
Матышак Г.В. Ландшафтная индикация локальной изменчивости свойств многолетнемерзлых пород (Уренгойское
месторождение, Западная Сибирь) // Криосфера Земли,
2011, т. XV, № 4, с. 37–40.
Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Общие запасы биологического углерода и азота в почвах лесного
фонда России // Лесоведение, 2004, № 4, с. 30–42.
Chris J., Claire M., Kevin C. et al. Global climate change and
soil carbon stocks; predictions from two contrasting models for
the turnover of organic carbon in soil // Global Change Biol.,
2005, No. 11, p. 154–166.
Hugelius G., Tarnocai C., Broll G. et al. The Northen Circumpolar Soil Carbon Database: spatially distributed datasets of soil
coverage and soil carbon storage in the northern permafrost
regions // Earth Syst. Sci. Data, 2013, No. 5, p. 3–13.
ВКЛАД АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВ
Liu Q., Edwards N.T., Post W.M. et al. Temperature-independent diel variation in soil respiration observed from a temperate deciduous forest // Glob. Change Biol., 2006, vol. 12 (11),
p. 2136–2145.
Mazhitova G., Malkova G., Chestnykh O., Zamolodchikov D.
Active-layer spatial and temporal variability at European Russian Circumpolar-Active-Layer-Monitiring (CALM) sites //
Permafrost and Periglacial Processes, 2004, No. 15, p. 123–139.
Riveros-Iregui D.A., McGlynn B.L., Epstein H.E.,
Welsch D.L. Interpretation and evaluation of combined measurement techniques for soil CO2 efflux: Discrete surface chambers and continuous soil CO2 concentration probes // J. Geophys. Res., 2008, vol. 113, p. 1–11.
Rodionov A., Flessa H., Grabe M. et al. Organic carbon and
total nitrogen variability in permafrost-affected soils in a forest
tundra ecotone // Europ. J. Soil Sci., 2007, No. 58, p. 1260–1272.
Wang G.X., Qian J., Cheng G.D., Lai Y.M. Soil organic carbon pool of grassland soils on the Qinghai-Tibetan Plateau and
its global implication // Sci. Total Environment, 2002,
vol. 291 (1–3), p. 207–217.
Yue-Lin Li, Otieno D., Owen K. et al. Temporal variability in
soil CO2 emission in an orchard forest ecosystem // Pedosphere,
2008, No. 18 (3), p. 273–283.
Zimov S.A., Zimova G.M., Daviodov S.P. et al. Winter biotic
activity and production of CO2 in Siberian soils: a factor in the
greenhouse effect // J. Geophys. Res., 1998, vol. 98, p. 5017–
5023.
www.gwu.edu/~calm/data/north.html – web site for the Circumpolar Active Layer Monitoring Network-CALM: LongTerm Observations of the Climate-Active Layer-Permafrost
System (дата обращения: 18.05.2016).
Поступила в редакцию
24 февраля 2016 г.
59
ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2016, № 12, с. 1445–1455
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ
ПОЧВ
УДК 631.433.53
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И СВОЙСТВ ПОЧВ
НА ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ЭМИССИИ СО2 ПОЧВАМИ
ПЛОСКОБУГРИСТЫХ БОЛОТ ОСТРОВНОЙ КРИОЛИТОЗОНЫ
ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
© 2016 г. А. А. Бобрик*, О. Ю. Гончарова, Г. В. Матышак, И. М. Рыжова, М. И. Макаров
МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, 119991, Москва, Ленинские горы
*е-mail: ann-bobrik@yandex.ru
Поступила в редакцию 08.05.2015 г.
Мощность сезонно-талого слоя, эмиссия СО2 и содержание органического вещества (общий, лабильный углерод и углерод микробной биомассы) почв плоскобугристого торфяника и заболоченного участка, исследованных на территории стационара Надым (север Западной Сибири, мониторинговая площадка CALM R1), характеризуются высокой пространственной вариабельностью.
Установлена приуроченность низких значений эмиссии СО2 к микроповышениям торфяника. Высокими значениями эмиссии (>200 мг СО2/(м2 ч)) характеризуются почвы с наибольшим содержанием углерода микробной биомассы и наименьшим количеством лабильного углерода. Почвы торфяника и заболоченного участка статистически значимо отличаются по содержанию общего, лабильного и микробного углерода, а также по эмиссии СО2. Почвы торфяника характеризуются
высоким содержанием углерода микробной биомассы (4260 ± 880 мг С/кг почвы), но при этом низкими значениями эмиссии СО2 (158 ± 23 мг СО2/(м2 ч)), что объясняется особенностями структурной организации микробных сообществ криогенных почв, влиянием гидротермических условий.
Ключевые слова: сезонно-талый слой, эмиссия СО2, органическое вещество, торфяно-криоземы
(Histic Oxyaquic Turbic Cryosol), торфяно-глееземы (Histic Reductaquic Cryosol), глееземы криотурбированные (Reductaquic Turbic Cryosol), криоземы (Oxyaquic Turbic Cryosol), торфяные олиготрофные типичные почвы (Fibric Histosol)
DOI: 10.7868/S0032180X1610004X
ВВЕДЕНИЕ
Многолетняя мерзлота и связанные с ней
криогенные почвы считаются наиболее значимыми наземными пулами углерода на планете. Хотя
криогенные почвы занимают лишь 16% площади
всех почв, они хранят 50% от общего почвенного
органического углерода в метровой толще [39].
Эти почвы на протяжении сотен лет аккумулировали органический углерод и азот в условиях короткого вегетационного периода, низких температур, постоянно повышенной влажности, наличия многолетнемерзлых пород (ММП). В условиях
меняющего климата северные экосистемы из стока СО2 могут стать его источником [30]. Органическое вещество, законсервированное в ММП, может сыграть важную роль в глобальной динамике
углерода, так как их деградация при изменении
(потеплении) климата может привести к образованию существенных объемов парниковых газов
[7, 34, 36, 39]. Израэль с соавт. оценили увеличение среднегодовой температуры воздуха в холодных регионах России на 0.2–0.3°C в год за по3
следние 30 лет и прогнозируют увеличение температур на 3–5°C в следующие 50 лет [28]. По
данным метеостанции Надым, отмечено существенное потепление климата на севере Западной
Сибири (Надымский регион, Ямало-Ненецкий
автономный округ) за последние 17 лет за счет
увеличения температуры воздуха в среднем с –6
до –4°С [4]. В связи с наблюдаемым потеплением
в северных регионах, изучение функционирования мерзлотных почв и динамики органического
вещества почв становится все более актуальным.
Особое внимание уделяется количественной
оценке запасов углерода в криогенных почвах и
эмиссии углерода из них. Как правило, такие
оценки основаны на материалах почвенных карт
и немногочисленных баз данных [20, 27]. Запас
углерода в эталонном почвенном профиле для
каждого из почвенных контуров умножается на
его площадь. Этот подход не учитывает вариабельность содержания почвенного углерода и его
эмиссии внутри почвенных контуров. Работы по
изучению пространственной изменчивости содержания органического углерода в почвах боре-
1445
1446
БОБРИК и др.
альных и арктических экосистем редки [35]. В
связи с этим очевидна необходимость в оценке
пространственной вариабельности содержания
почвенного углерода и эмиссии углерода из почвы.
Цель работы – оценка пространственного варьирования эмиссии СО2 и содержания органического углерода почв плоскобугристых торфяников, а также их взаимосвязи с геокриологическими
условиями в зоне островного распространения
ММП на основе мониторинговой площадки
CALM R1. Подробно программа мониторинга
CALM описана ниже. В задачи исследования входили: 1) характеристика пространственного распределения растительности, микрорельефа и геокриологических условий (мощность сезонно-талого слоя) в пределах изучаемой территории;
2) количественная оценка пространственного варьирования эмиссии СО2 почвами, а также содержания общего, лабильного и микробного углерода почв; 3) изучение связи эмиссии СО2 почвами
с содержанием органического вещества почв и
факторами среды.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Район исследования расположен на севере Западной Сибири (Надымский р-н, Тюменская обл.,
Ямало-Ненецкий автономный округ, 65°20′ N,
72°55′ E) на северной границе подзоны северной
тайги, в краевой части третьей озерно-аллювиальной террасы р. Надым, на междуречье Хейгияха–Левая Хетта [2, 15]. Территория относится к
зоне островного распространения ММП. Острова ММП, занимающие до 50% площади, приурочены к торфяникам, торфяным болотам и буграм
пучения [13, 18]. В целом для района исследования характерны суровые климатические условия:
продолжительный зимний период, низкие среднегодовые температуры воздуха (–5°С), количество осадков варьирует от 450 до 650 мм/год.
Ландшафты территории резко контрастируют
и четко подразделяются на два основных типа,
отличающихся по степени гидроморфизма и наличию ММП. Это автоморфные лесные ландшафты, где ММП отсутствуют и гидроморфные
ландшафты бугристых болот, представленные
комплексом собственно олиготрофных болот и
специфических вариантов мерзлых плоско- и
крупнобугристых торфяников с расположением
ММП на глубине 1–2 м [2, 12, 14].
Исследование проводили на мониторинговой
площадке CALM R1 на севере Западной Сибири в
рамках международной программы циркумполярного мониторинга активного слоя (CALM), основной целью которой является наблюдение за реакцией активного слоя (сезонно-талого слоя (СТС))
и ММП на изменение климата в течение длительного временного периода (несколько десятиле-
тий). Созданная в 1990 г. система мониторинга
CALM включает в себя участников из 15 стран мира и состоит из 260 площадок в обоих полушариях.
Большинство площадок расположено в арктической и субарктической зоне, где исследования
проводятся по сетке от 100 до 10000 м2 [42]. Комплексные исследования на площадках CALM ведутся на Аляске [26, 38], в Канаде [29], Гренландии
[24], Антарктике [31], России [10, 13, 40].
На территории России находятся 64 мониторинговые площадки, 13 из них – в Западной Сибири. Мониторинговая площадка CALM R1
представляет собой уникальный объект исследования, так как является самой южной в Западной
Сибири и расположена в зоне островного распространения ММП. Изучение временнóй изменчивости мощности СТС и температурных параметров в рамках проекта CALM на Надымском стационаре (R1) проводится с 1997 г. Впервые в
рамках программы CALM проведено исследование эмиссии СО2 почвами и содержания органического вещества почв.
Мониторинговая площадка CALM R1 охватывает два типа экосистем: 1) типичный участок
плоскобугристого торфяника, представляющий
собой плоскую и слабо наклонную крупнокочковатую основную поверхность, приподнятую над
общим уровнем болотных экосистем; 2) заболоченный участок, представляющий собой переувлажненное олиготрофное сфагновое болото,
сформированное в понижении между плоскобугристыми торфяниками.
При небольшой площади исследуемой площадки на ней выделены пять почвенных разностей [12]. К плоскобугристому торфянику приурочены торфяно-криоземы (Histic Oxyaquic Turbic
Cryosol) и торфяно-глееземы (Histic Reductaquic
Cryosol) (37 и 21% пикетов соответственно),
встречаются также глееземы криотурбированные
(Reductaquic Turbic Cryosol) и криоземы (Oxyaquic Turbic Cryosol). Торфяные олиготрофные типичные почвы (Fibric Histosol) приурочены к заболоченному участку [8, 41].
Основным методом исследования являлось
изучение всех показателей по пикетам мониторинговой площадки CALM R1. На площадке размером 100 × 100 м по сетке через каждые 10 м заложены пикеты (всего 121 точка опробования)
для длительных наблюдений за различными геокриологическими параметрами.
В августе 2014 г. для всех пикетов мониторинговой площадки проведено описание форм микрорельефа и растительного покрова. Мощность
СТС в почвенном профиле определяли методом
зондирования щупом, представляющим собой
заостренный металлический стержень диаметром
10 мм и длиной 2 м [5]. Измерение максимальной
мощности СТС на мониторинговых площадках
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
CALM традиционно проводили в конце августа (период наибольшего оттаивания) 2013, 2014 гг. [13].
Эмиссию СО2 с поверхности почвы с удаленным растительным покровом определяли однократно за полевой сезон в конце августа
(17.08.2013, 26.08.2014) единовременно в дневные
часы (с 12.00 до 15.00) для всех пикетов мониторинговой площадки методом закрытых камер [19,
33]. Измерение концентрации СО2 осуществляли
на портативном газоанализаторе RMT DX6210.
Портативный газоанализатор DX6210 фирмы
RMT Ltd. снабжен инфракрасным датчиком и
предназначен для определения содержания СО2 в
газовых пробах в диапазоне концентраций 0–2%,
c разрешением 0.001% и точностью 0.002%. Для
измерения эмиссии СО2 с поверхности почв использовали камеры из нержавеющей стали закрытого типа объемом 0.9 л. Камеры устанавливали на глубину 1–2 см в почву. Места установки
камер были подготовлены заранее (прорезана
щель для установки и удален растительный покров). Пробы газа объемом 10 см3 отбирали с помощью шприцев-пробоотборников через резиновую пробку в камере сразу после ее установки и
через 20 мин экспонирования. Перед каждым отбором пробы воздух в камере перемешивался
троекратным прокачиванием поршнем шприца.
После этого отобранную пробу газа вводили в
прибор и определяли концентрацию СО2 в камере в начальный момент и в конце экспозиции.
В августе 2013 г. проведен отбор образцов из
верхнего 15-сантиметрового слоя почвы под каждым пикетом с помощью почвенного бура-“ложки” (фирмы Eijkelkamp) для пробоотбора мягких
агрегированных почв (влажная глина, торфяные
отложения и др.) с сохранением структуры образца. Половину каждого образца хранили при естественной влажности и температуре 4°C для микробиологических исследований (“свежие” образцы),
другую половину высушивали для определения общих свойств почв.
Определение содержания общего углерода и
азота проводили на экспресс-анализаторе Vario
ElIII (Elementar). Содержание углерода лабильного
органического вещества исследовали в вытяжке
0.05 М К2SO4 на автоматическом анализаторе
ТОС-VCPN (Shimadzu) [22]. Влажность образцов
почв определяли с помощью измерителя влажности весового OHAUS МВ-35.
Содержания углерода микробной биомассы
исследовали методом фумигации-экстракции.
Компоненты микробных клеток, погибших в результате обработки почвы парами хлороформа,
экстрагировали раствором соли. В качестве экстрагента использовали раствор K2SO4 в концентрации 0.05 М, а не в традиционно используемой
для подобного анализа концентрации 0.5 М [11].
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
1447
Экстракцию проводили для контрольной (нефумигированной) и фумигированной частей пробы.
В настоящей работе использовали фумигацию
свежих образцов почвы при естественной влажности парами хлороформа, стабилизированного
амиленом, без этанола в течение суток. Содержание C в растворах определяли на автоматическом
анализаторе ТОС-VCPN (Shimadzu). Содержание
микробного углерода рассчитывали как С микр =
= Fс/kc, где Fс – разница содержания углерода в
фумигированных и нефумигированных образцах,
kс – поправочный коэффициент, показывающий
полноту экстракции углерода из почв [21, 23]. Для
органогенных почв использовали поправочный
коэффициент, равный 0.45 [37].
Статистический анализ полученных данных
осуществляли с помощью программного пакета
Statistica 6.0. Определяли 95% доверительные интервалы среднего для каждого показателя (mean ±
± 1.96SD) и тип распределения (проверка нормальности). Сравнение средних значений проводили по параметрическому критерию Стьюдента
(t-критерий) (уровень значимости P < 0.05) и непараметрическому критерию Вилкоксона (уровень
значимости α = 0.05). Дисперсии сравнивали по
критерию Фишера (уровень значимости α = 0.05).
Структуру пространственной вариабельности параметров исследовали при помощи картограмм в
пакете Golden Software Surfer 8.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Топография, растительность и почв е н н ы й п о к р о в. Большая часть пикетов (60%)
мониторинговой площадки расположена на торфянике, остальная – на заболоченном участке. По
данным нивелирной съемки, на мониторинговой
площадке превышение максимальной отметки над
минимальной составляет 1.68 м (рис. 1), среднее
относительное превышение – 0.54 ± 0.07 м. Все
пикеты, находящиеся на заболоченном участке,
характеризуются значением гипсометрического
уровня не превышающим 0.5 м [1].
Микрорельеф торфяника представлен комплексом форм: ровные основные поверхности
(27.5% пикетов), микроповышения в виде кочек
(45% пикетов) и микропонижения в виде крупных мочажин (27.5% пикетов). Заболоченные
участки представлены ровной поверхностью и
микроповышениями в виде болотных кочек.
Растительность мониторинговой площадки
представлена в напочвенном покрове различными лишайниками рода Сladonia spp. и мхами
(Sphagnum spp., Pleurozium spp., Politrichum spp.), в
кустарничковом ярусе карликовой березой (Вetula nana), черникой (Vaccínium myrtíllus), голубикой
(Vaccínium uliginósum), брусникой (Vaccínium vítisidaéa) и багульником (Ledum palustre), для травя3*
1448
БОБРИК и др.
1.6
1.5
1.0
0.5
1.2
0
10 90
80
70
60
50
40
30
20 0
1
0
30
20
10
60
50
40
80
70
90
0
10
0.8
С
0.4
0м
Ю
Рис. 1. Гипсометрическая характеристика мониторинговой площадки CALM.
А
100
90
90
1.2
1.4
Б
100
80
1.4
2.0
80
1.8
1.8
70
1.8
60
2
50
1.8
1.4
1.4
1.4
40
30
30
20
20
10
0
1.2
1.2
1.2
1.6
1.4
1.4
1.6
50
1.4
40
1.4
1.6
70
1.4
1.8
1.8
1.4
1.2
60
2
2
1.0
2
1.8
1.6
1.8
10
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0
С
1.8
0.8
1.2
0.6
1.8
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.4
м
Ю
Рис. 2. Пространственное распределение мощности СТС на мониторинговой площадке CALM в августе 2013 г. (А) и
2014 г. (Б).
ного яруса наиболее характерны осоки различного вида (Carex spp.), пушица (Eriophorum spp.), андромеда (Andromeda spp.). Сфагновые и ягелевые
сообщества (с примесью кустарничков, трав, осоки и без) встречаются на мониторинговой площадке практически одинаково (на 50.5 и 49.5%
пикетов соответственно). Сфагновые сообщества
без примеси других видов растений встречаются
на 20% пикетов, так же, как и чисто ягелевые сообщества. Установлено, что для поверхности торфяника характерен ягелевый, кустарничко-ягелевый и кустарничко-сфагновый покров, а для
заболоченного участка – сфагновый и осоковосфагновый покров.
Верхний 15-сантиметровый слой почвы торфяника представлен торфом (80% пикетов торфяника) торфяно-криоземов и торфяно-глеезе-
мов; минеральным слоем пятен (5%); органо-минеральным слоем криоземов и глееземов (15%),
где мощность торфа <15 см. Мощность торфа на
заболоченном участке превышает 0.50 м.
М о щ н о с т ь С Т С на мониторинговой площадке изменялась от 0.43 до 2 м и глубже и составляла 1.36 ± 0.10 и 1.66 ± 0.08 м в августе 2013 и 2014 гг.
(рис. 2). При этом площадь территории с мощностью СТС более 2 м в августе 2013 г. составляла
16%, а в августе 2014 увеличилась до 56%. В основном она приурочена к заболоченному участку и
микропонижениям торфяника.
Сравнение дисперсий мощности СТС за два
года по критерию Фишера (α = 0.05) показало,
что пространственная вариабельность мощности
СТС статистически значимо не различалась (коПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
1449
Таблица 1. Статистические характеристики мощности сезонно-талого слоя и эмиссии СО2 почвой
Торфяник
Показатель
2013
Заболоченный участок
2014
Мощность СТС, м
76
76
1.33
1.56
0.06
0.06
0.47
0.48
36
31
0.43
0.55
0.98
1.14
1.30
1.70
1.80
2.00
>2.00
>2.00
Эмиссия СО2 почвой мг СО2/(м2 ч)
74
74
158
120
12
10
102
86
62
71
11
0
88
51
158
108
232
165
397
359
n
Среднее
Ошибка среднего
Стандартное отклонение
Коэффициент вариации, %
Минимум
Нижний квартиль
Медиана
Верхний квартиль
Максимум
n
Среднее
Ошибка среднего
Стандартное отклонение
Коэффициент вариации, %
Минимум
Нижний квартиль
Медиана
Верхний квартиль
Максимум
эффициенты вариации 33 и 27% в августе 2013 и
2014 гг. соответственно). Установлено увеличение глубины протаивания на торфянике в среднем с 1.33 ± 0.11 до 1.56 ± 0.11 м, а на заболоченном участке с 1.44 ± 0.12 до 1.82 ± 0.10 м (отличие
средних статистически значимо). На заболоченном участке 70% пикетов характеризуются мощностью СТС более 2 м (2014 г.), что связано с
отепляющим действием воды.
Торфяник и заболоченный участок между собой статистически значимо различались по вариабельности мощности СТС только в 2014 г.
Вариабельность мощности СТС обеих экосистем
в августе 2013 и 2014 гг. (между годами) статистически значимо не различалась (табл. 1).
2013
2014
45
1.44
0.06
0.40
28
0.70
1.10
1.35
1.85
>2.00
45
1.82
0.05
0.33
18
1.09
1.74
2.00
2.00
>2.00
42
127
10
65
51
22
77
116
160
331
42
133
13
87
65
17
63
114
199
319
коэффициент вариации составил 74% в 2013 г. и
73% в 2014.
Наблюдались меньшие значения эмиссии
СО2 почвами торфяника в 2014 г. (120 ± 20 мг
СО2/(м2 ч)) по сравнению с 2013 г. (158 ± 23 мг
СО2/(м2 ч)) (отличие средних статистически
значимо). При этом заболоченный участок характеризуется схожими значениями эмиссии в
августе 2013 и 2014 гг. (127 ± 20 и 133 ± 26 мг
СО2/(м2 ч) соответственно). Таким образом,
разница в эмиссии СО2 почвами мониторинговой площадки за 2 года обусловлена в основном
функционированием почв торфяника.
Под ягелевыми сообществами среднее значение мощности СТС (1.56 ± 0.05 м) статистически
значимо ниже, чем под сфагновыми сообществами (1.68 ± 0.06 м). Мощность СТС более 2 м характерна в основном для пикетов под осоковосфагновым сообществом.
Установлено, что торфяник и заболоченный
участок статистически значимо различались по вариабельности эмиссии СО2 как в 2013, так и 2014 г.
Вариабельность эмиссии СО2 почвами заболоченного участка, статистически значимо различалась в
2013 и 2014 гг. А вариабельность этого показателя
для торфяника не зависела от года.
Э м и с с и я С О2 почвами мониторинговой
площадки варьировала в широких пределах (от 10
до 400 мг СО2/(м2 ч)) и составляла в среднем 142 ±
± 21 и 127 ± 17 мг СО2/(м2 ч) (2013 и 2014 гг. соответственно) (рис. 3). Этот показатель характеризуется высокой пространственной вариабельностью:
Внимание привлекают единичные экстремальные величины эмиссии СО2 на заболоченном участке (450–900 мг СО2/(м2 ч)), что связано
с аккумуляцией газа в полостях, образующихся
под сплошным поверхностным слоем влаги, и его
последующим единовременным выделением.
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
1450
БОБРИК и др.
А
100
90
80
0
15
15
0
70
0
10
50
300
50
150
40
350
0
15
100
300
250
0
10
20
0
150
200
30
150
0
10
60
0
25
40
0
10
200
70
60
50
50
80
20
0
мг СО2/(м2 ч)
400
200
90
0
15
0
10
Б
100
200
150
50
100
200
150
30
С
25
10
150
10
50
150
100
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0
100
100
25
0
20
100
0
20
25
0
200
50
150
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
Ю
Рис. 3. Пространственное распределение эмиссии углекислого газа почв мониторинговой площадки CALM в августе
2013 г. (А) и 2014 г. (Б).
Экстремальные значения эмиссии были исключены из общей выборки.
Отличие средних значений эмиссии СО2 почвами торфяника по элементам микрорельефа статистически значимо. Микропонижения торфяника характеризуются наибольшими значениями
эмиссии (187 ± 32 и 144 ± 20 мг СО2/(м2 ч) в 2013
и 2014 гг. соответственно), а микроповышения –
наименьшими (148 ± 27 и 98 ± 18 мг СО2/(м2 ч) в
2013 и 2014 гг. соответственно).
По данным 2013 г. установлено, что значения
эмиссии СО2 под выделенными растительными
сообществами отличаются статистически значимо. Под сфагновыми сообществами эмиссия составила 120 ± 20, под ягелевыми сообществами –
180 ± 35 мг СО2/(м2 ч). По данным 2014 г. такая
закономерность не выявлена, так как средние
значения эмиссии под всеми растительными сообществами статистически значимо не отличались. На участках с осоково-сфагновым покровом средние значения эмиссии СО2 составили
175 ± 27 мг СО2/(м2 ч) и не отличались по годам.
Установлено, что болотные участки мониторинговой площадки со сфагновым покровом и осоково-сфагновым покровом статистически значимо
отличаются именно по показателю эмиссии СО2.
О б щ и й у г л е р о д. Среднее содержание органического углерода и азота в верхней 15-сантиметровой толще почв мониторинговой площадки
составляет 34.24 ± 1.92 и 1.10 ± 0.06%, при этом в
почвах торфяника эти показатели составляют
31.88 ± 3.02 и 1.06 ± 0.10% соответственно (рис. 3).
Наблюдается высокое содержание органического
углерода и азота на заболоченном участке (37.96 ±
± 2.00 и 1.16 ± 0.10% соответственно). Содержание общего углерода характеризуется высокой
пространственной вариабельностью, его распределение ассиметрично, медиана смещена в сторону высоких значений (табл. 2).
Детальный статистический анализ данных по
общему, лабильному и микробному углероду
проведен только для почв торфяника, так как для
заболоченного участка объем выборки (n = 3) для
такого анализа недостаточен.
Отличие средних значений содержания общего углерода почв по элементам микрорельефа
торфяника статистически значимо. Наибольшее
содержание характерно для ровной поверхности
торфяника (37.45 ± 3.42%), а наименьшее – для
микропонижений (28.20 ± 2.34%). Это связано с
тем, что большая часть микропонижений торфяника занята глееземами и криоземами, верхний
15-сантиметровый слой которых характеризуется
органо-минеральным составом. Для распределения
общего азота характерна обратная зависимость:
наибольшие значения наблюдаются на микропонижениях торфяника (1.15 ± 0.15%), а наименьшие –
на микроповышениях (0.97 ± 0.14%).
Содержание общего углерода почв статистически
значимо выше на участках с небольшой мощностью
СТС (<1 м). Установлено, что участки со сфагновым
покровом характеризуются большим содержанием
общего углерода почв (35.35 ± 1.01%), чем участки с
ягелевым покровом (32.60 ± 1.70%). Наибольшее
содержание общего углерода (37.00 ± 1.01%) и общего азота (1.15 ± 0.10%) характерно для участков
с осоково-сфагновым покровом (отличие средних статистически значимо).
Л а б и л ь н ы й у г л е р о д. Среднее содержание лабильного органического углерода в верхней
15-сантиметровой толще почв мониторинговой
площадки составляет 13100 ± 2100 мг С/кг почвы,
при этом в почвах торфяника – 1400 ± 300 мг С/кг
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
1451
Таблица 2. Статистические характеристики содержания органического углерода в почве торфяника (n = 74)
С общ
Показатель
N общ
С лаб
1.06
0.05
0.45
43
0.06
0.89
1.00
1.43
1.96
мг С/кг почвы
1400
4260
100
330
850
2720
61
64
100
100
820
1680
1220
4380
1860
6440
3920
9840
%
Среднее
Ошибка среднего
Стандартное отклонение
Коэффициент вариации, %
Минимум
Нижний квартиль
Медиана
Верхний квартиль
Максимум
31.88
1.54
13.27
42
6.17
17.00
37.85
43.08
47.52
С мик
С лаб
С мик
% от С общ
0.46
1.54
0.03
0.09
0.28
0.77
62
50
0.09
0.09
0.25
0.98
0.37
1.45
0.59
1.99
1.32
3.30
Таблица 3. Категории эмиссии СО2 почвой мониторинговой площадки CALM
Категория
эмиссии СО2,
Мощность СТС, м
мг СО2/(м2 ч)
2013
2014
0–100
101–200
201–300
301–400
1.15 ± 0.10
1.34 ± 0.11
1.45 ± 0.10
1.70 ± 0.15
1.60 ± 0.10
1.63 ± 0.14
1.68 ± 0.10
2.00 ± 0.10
С лаб
С общ, %
35.02 ± 2.82
33.65 ± 3.80
32.93 ± 4.88
40.28 ± 2.85
С микр
мг С/кг почвы
14700 ± 2500
13410 ± 3620
7900 ± 1200
7800 ± 1610
2900 ± 1020
2860 ± 1130
5140 ± 1130
4710 ± 1280
Примечание. Доверительный интервал среднего (95%) (mean ± 1.96SD).
почвы, а на заболоченном участке – 31100 ± 2200 мг
С/кг почвы (рис. 4). Это связано с аккумуляцией
лабильных форм углерода на заболоченном
участке за счет латерального стока. Содержание
лабильного углерода в почвах торфяника характеризуется высокой пространственной вариабельностью, его распределение ассиметрично, медиана смещена в сторону низких значений (табл. 3).
Содержание лабильного углерода почв статистически значимо ниже на участках торфяника с небольшой мощностью СТС (<1 м).
Содержание лабильного углерода почв зависит
от микрорельефа торфяника. Отличие средних
значений статистически значимо. Наибольшее
содержание лабильного углерода характерно для
микропонижений (2700 ± 500 мг С/кг почвы), а наименьшее – для микроповышений и ровной поверхности торфяника (1800 ± 550 и 1400 ± 400 мг С/кг
почвы соответственно). Это объясняется высокой подвижностью лабильных форм углерода и
аккумуляцией их в пониженных формах рельефа.
Установлено, что участки со сфагновым и осоково-сфагновым покровом характеризуется
большим содержанием лабильного углерода почв
(31100 ± 1100 и 21600 ± 4200 мг С/кг почвы), чем
участки с ягелевым покровом (2350 ± 710 мг С/кг
почвы). Это связано с тем, что сфагновый покров
в основном распространен на заболоченном
участке, а ягелевый – на поверхности торфяника.
Для почв мониторинговой площадки доля лабильного углерода от общего составляет 3.50 ± 0.60%.
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
В почвах торфяника лабильный углерод занимает
0.46 ± 0.10% от общего, широко варьируя от 0.09
до 1.32%. На заболоченном участке доля лабильного углерода от общего достигает 8.20%. Установлено, что в почвах мониторинговой площадки
под ягелевым покровом доля лабильного углерода от общего до 2 раз меньше, чем в почвах под кустарничко-ягелевым покровом (0.47 ± 0.13 и 0.82 ±
± 0.20% соответственно).
У г л е р о д м и к р о б н о й б и о м а с с ы. Среднее содержание углерода микробной биомассы в
верхней 15-сантиметровой толще почв мониторинговой площадки составляет 3300 ± 600 мг С/кг
почвы. При этом в почвах торфяника оно более
чем в 17 раз выше, чем на заболоченном участке
(4260 ± 880 мг С/кг почвы и 240 ± 50 мг С/кг почвы соответственно). Содержание микробного углерода в почвах торфяника характеризуется высокой пространственной вариабельностью, его
распределение ассиметрично, медиана смещена в
сторону высоких значений.
Наибольшее среднее содержание микробного
углерода в почвах торфяника характерно для
микроповышений и ровной поверхности (5660 ±
± 850 и 6460 ± 1000 мг С/кг почвы соответственно), а наименьшее – для микропонижений (3280 ±
± 550 мг С/кг почвы). Отличие средних по элементам микрорельефа торфяника статистически
значимо.
Содержание микробного углерода почв до
2 раз выше на участках торфяника с небольшой
1452
БОБРИК и др.
А
26
31
16
31
21
26
26
36
16
16
11
41
41
26
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Б
6
3500
3000
0
150
3500
500
2500
2
2500
25
2000
00
2000
250
0
2000
00
10
1500
500
1500
0
1000
0
0
10
500
2000
3500
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
В
0
9000
8000
0
7000
500
0
5000
6000
5000
4000
3000
0
0
41
26
500
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
31
31
16
500
0
0
36
41
31
250
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
41
36
5000
2000
0
0
46
36
21
500
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
мг С/кг почвы
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1000
0
Рис. 4. Пространственное распределение содержания
общего (А), лабильного (Б) и микробного (В) углерода в почвах мониторинговой площадки CALM (август, 2013); деление шкалы для лабильного углерода
составляет 500 мг С/кг почвы, при этом наибольшая
категория (>3500) равна 31100 мг С/кг почвы.
мощностью СТС (<1 м). Участки с ягелевым и кустарничково-ягелевым покровом характеризуются большим содержанием микробного углерода
почв (6160 ± 900 и 4290 ± 900 мг С/кг почвы соответственно), чем участки со сфагновым покровом
(1600 ± 800 мг С/кг почвы). Для почв мониторинговой площадки доля микробного углерода от общего составляет 1.00 ± 0.19%. На заболоченном
участке доля микробного углерода от общего составляет 0.06%. В почвах торфяника микробный
углерод занимает 1.54 ± 0.22% от общего, широко
варьируя от 0.09 до 3.30%.
ОБСУЖДЕНИЕ
С о д е р ж а н и е у г л е р о д а в п о ч в а х.
Проделанный анализ данных по распределению
содержания общего, лабильного и микробного
углерода почв свидетельствует о его высокой пространственной вариабельности. Особенно сильно для почв торфяника варьируют значения содержания лабильного и микробного углерода.
Содержание общего углерода и азота характеризуется меньшей изменчивостью, но и для них коэффициенты вариации достаточно высоки. Почвы торфяника и заболоченного участка площадки
CALM статистически значимо отличаются по содержанию общего, лабильного и микробного углерода.
О б щ и й у г л е р о д . Полученные значения
содержания общего углерода и азота почв сопоставимы с литературными данными [6, 17]. С помощью регрессионного анализа установлено, что
содержание общего углерода в верхней органогенной толще почв торфяника зависит от влажности почвы:
С общ = 2.33 + 0.49W, r = 0.70, Р < 0.05, (1)
где C общ – содержание общего углерода, %; W –
влажность, %.
Взаимосвязь содержания общего углерода с
влажностью почвы может быть обоснована характером поверхностного горизонта.
Л а б и л ь н ы й у г л е р о д . Лабильная часть
органического вещества почвы наиболее значима
для поддержания микробной активности и является чувствительным индикатором ранних изменений количества и качества органического вещества под действием природных и антропогенных факторов [22].
В почвах торфяника мониторинговой площадки доля микробного углерода от общего в 3 раза
больше доли лабильного углерода. При этом для
заболоченного участка характерна обратная зависимость: доля лабильного углерода от общего в
сотни раз превышает долю микробного углерода.
Это может быть связано с высоким содержанием
лабильных форм углерода и ингибированием микробной микрофлоры в условиях повышенной
влажности заболоченного участка. Для почв торфяника характерны более благоприятные условия
для микробной активности, но при этом происхоПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
дит вынос лабильных форм углерода почвенными
растворами и аккумуляция их на заболоченном
участке. Торфяные горизонты торфяно-криоземов
и торфяно-глееземов характеризуются б^льшим
содержанием лабильного углерода, чем органоминеральные горизонты криоземов и глееземов.
Для почв торфяника установлена статистически значимая связь содержания лабильного углерода в верхней органогенной толще с содержанием общего углерода, влажностью почвы и гипсометрическим уровнем:
С лаб = 456 + 30 С общ,
С лаб = –254+ 28W,
С лаб = 2056 – 897h,
r = 0.47, Р < 0.05; (2)
r = 0.62, Р < 0.05;
(3)
r = –0.38, Р < 0.05;
(4)
где С лаб – содержание лабильного углерода,
мг С/кг почвы; C общ – содержание общего углерода, %; W – влажность, %; h – гипсометрический уровень, м.
У г л е р о д м и к р о б н о й б и о м а с с ы. Известно, что около половины общего потока СО2
из почв образуется за счет микробного дыхания.
Углерод микробной биомассы – составная часть
и индикатор состояния почвенного углерода,
чувствительная к условиям среды [9, 16]. Анализ
углерода микробной биомассы почв является необходимым при оценке особенностей функционирования почв. Полученные значения содержания углерода микробной биомассы почв сопоставимы с литературными данными для экосистем
северной тайги и лесотундры [23, 25, 32].
Содержание углерода микробной биомассы в
верхней 15-сантиметровой толще почв мониторинговой площадки характеризуется высокой
пространственной вариабельностью. Низкое содержание микробного углерода на болотных
участках может быть связано с ингибированием
микробной микрофлоры даже при высоком содержании лабильного органического вещества.
Установлена статистически значимая связь
содержания углерода микробной биомассы в
верхней органогенной толще почв торфяника с
содержанием общего углерода почв и влажностью
почвы:
С мик = 352 + 123Собщ,
С мик = –1481 + 97W,
r = 0.62, Р < 0.05; (5)
r = 0.70, Р < 0.05.
(6)
где С мик – содержание углерода микробной биомассы, мг С/кг почвы; C общ – содержание общего углерода, %; W – влажность, %.
Д ы х а н и е п о ч в ы. Величина эмиссии СО2
является интегральным показателем биологической активности почв и зависит от гидротермических условий, физических свойств субстрата, роста
надземной и корневой массы, а также от особенностей трансформации органического материала [9].
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
1453
На основе анализа данных по эмиссии СО2 исследованные почвы, функционирующие на северной границе подзоны северной тайги, характеризуются низкой биологической активностью по
сравнению с почвами других природных зон [16].
Исследованные плоско-бугристый торфяник и заболоченный участок характеризуются промежуточным значением эмиссии СО2 по сравнению с
другими биогеоценозами района исследования,
которые отличаются по геокриологическим и гидротермическим условиям (лесная экосистема –
213 ± 17 мг СО2/(м2 ч); крупнобугристый торфяник – 39 ± 15 мг СО2/(м2 ч)) [3]. Низкие значения
эмиссии СО2 почвами на мониторинговой площадке CALM, как и во всех экосистемах района
исследования, определяются особенностями
трансформации органического вещества, зависящими от гидротермических условий.
Почвы торфяника и заболоченного участка
статистически значимо отличаются по эмиссии
СО2 и характеризуются высокой пространственной вариабельностью этого показателя.
Для показателя эмиссии СО2 почв торфяника
мониторинговой площадки CALM в августе 2014 г.
характерно меньшее значение, чем в 2013 г. Это
может быть связано с тем, что среднесуточная
температура воздуха в течение 2 дней, включая
день измерения, в 2013 существенно выше чем в
2014 (15.7 и 8.2°C соответственно). Заболоченный
участок оказался менее чувствителен к изменению погодных условий, что проявилось в одинаковых значениях эмиссии СО2 в дни измерения в
разные годы.
Между эмиссией СО2 (мг СО2/(м2 ч)) почвы
торфяника в августе 2013 г. и мощностью
СТС (м) получено регрессионное уравнение (7)
со значимым но очень низким коэффициентом
корреляции:
Эмиссия = 112 + 0.131СТС,
r = 0.25, Р < 0.05.
(7)
Учитывая, что данное уравнение описывает только 6% общей вариабельности данных, следует заключить, что о зависимости эмиссии CO2 почвы
торфяника от мощности СТС говорить затруднительно.
По данным 2014 г. такая зависимость не выявлена. Для почв заболоченного участка не установлена статистически значимая связь эмиссии СО2
с мощностью СТС ни для одного из годов наблюдения.
В связи с тем, что по данным регрессионного
анализа не выявлена статистически значимая связь
эмиссии СО2 с другими параметрами почв мониторинговой площадки проведен углубленный анализ
варьирования этого показателя. Для этого величи-
1454
БОБРИК и др.
ны эмиссии СО2 поделены на четыре категории (с
шагом, равным 100 мг СО2/(м2 ч)) (табл. 3). Почвам
с наибольшим содержанием углерода микробной
биомассы соответствуют наибольшие значения
эмиссии СО2 (>200 мг СО2/(м2 ч)). Зависимость
эмиссии СО2 от содержания микробного углерода почв объясняется тем, что основная масса углерода, связанного в органическом веществе торфа,
освобождается в аэробных условиях гетеротрофными организмами, образующими главный поток СО2.
При этом почвам с наибольшим содержанием лабильного углерода соответствуют наименьшие значения эмиссии СО2 (<200 мг СО2/(м2 ч)). Не выявлено общих закономерностей в распределение
общего углерода почвы и эмиссии СО2.
Почвам с наибольшей мощностью СТС соответствуют наибольшие значения эмиссии СО2.
Это может быть связано с повышенной микробиологической активностью в верхних слоях почвы за счет лучших гидротермических условий
(удаляющегося фронта низких температур и пониженной влажности). Следовательно, при увеличении глубины сезонного протаивания увеличивается биологическая активность почв.
Установленная связь эмиссии СО2 почв с
мощностью СТС объясняет необходимость оценки пространственной неоднородности мощности
СТС как значимого фактора, определяющего региональные выбросы СО2. Можно заключить, что
недоучет пространственной неоднородности геокриологических условий на территориях распространения ММП может привести к существенным
искажениям оценок суммарных потоков СО2.
ВЫВОДЫ
1. Почвы мониторинговой площадки CALM
R1, расположенной на плоскобугристом торфянике и прилегающем заболоченном участке, в
пик вегетационного сезона характеризуются низкими значениями эмиссии СО2 и высокой пространственной вариабельностью (142 ± 21 и 127 ±
± 17 мг СО2/(м2 ч) в 2013 и 2014 гг. соответственно).
Почвы торфяника и заболоченного участка статистически значимо отличаются по эмиссии СО2.
2. Установлена приуроченность низких значений эмиссии СО2 к микроповышениям торфяника. Показано, что высокими значениями эмиссии
(>200 мг СО2/(м2 ч)) характеризуются почвы с
наибольшим содержанием углерода микробной
биомассы и наименьшим количеством лабильного углерода.
3. Верхние горизонты почв торфяника и заболоченного участка статистически значимо отличаются по содержанию общего, лабильного углерода и углерода микробной биомассы. Эти показатели в почвах торфяника характеризуются
высокой пространственной вариабельностью. Их
пространственное распределение зависит от
влажности почвы (P < 0.05, r = 0.70, 0.62, 0.70 соответственно) и выраженности микрорельефа.
Статистически значимая связь с величиной гипсометрического уровня установлена только для
содержания лабильного углерода (r = –0.38, P <
< 0.05).
4. Почвы торфяника характеризуются высоким содержанием углерода микробной биомассы
(4260 ± 880 мг С/кг почвы), но при этом низкими
значениями эмиссии СО2 (158 ± 23 мг СО2/(м2 ч)).
Это объясняется особенностями структурной организации микробных сообществ криогенных
почв, влиянием гидротермических условий, а
также перераспределением потоков СО2 в результате физических и физико-химических процессов в толще почвы.
Благодарность. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 15-34-50316 мол_нр; проект 13-04-01577-а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобрик А.А., Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Москаленко Н.Г., Пономарева О.Е. Пространственное
варьирование и взаимосвязь геокриологических
условий и гидротермических параметров почв
плоскобугристых торфяников (CALM R1, Надым,
Западная Сибирь) // Криосфера Земли. 2015. № 4.
С. 31–38.
2. Васильевская В.Д., Иванов В.В., Богатырев Л.Г.
Почвы севера Западной Сибири. М.: Изд-во Моск.
ун-та, 1986. 227 с.
3. Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Москаленко Н.Г. Продуцирование диоксида углерода
почвами северной тайги Западной Сибири (Надымский стационар) // Криосфера Земли. 2014.
№ 2. С. 66–71.
4. Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А. Температурный режим северотаежных почв Западной
Сибири в условиях островного распространения
многолетнемерзлых пород // Почвоведение. 2015.
№ 12. С. 1462–1473. doi 10.7868/S0032180X15100032
5. ГОСТ 26262-84. Методы полевого определения
глубины сезонного оттаивания. М.: ИПК Изд-во
стандартов, 1984.
6. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л.:
Агропромиздат, 1986. 264 с.
7. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г. Углеродный обмен
в криогенных экосистемах. М.: Наука, 2008. 344 с.
8. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
9. Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного
цикла. М.: Гидрометсоиздат, 1988. 248 с.
10. Комплексный мониторинг северотаежных геосистем Западной Сибири. Новосибирск: Гео, 2012.
207 с.
11. Макаров М.И., Шулева М.С., Малышева Т.И., Меняйло О.В. Растворимость лабильных форм углерода и азота почв в К2SO4 разной концентрации //
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
ВЛИЯНИЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
Почвоведение. 2013. № 4. С. 408–413. doi 10.7868/
S0032180X13040096
Матышак Г.В. Особенности формирования почв
Севера Западной Сибири в условиях криогенеза.
Дис. … канд. биол. н. М., 2009.
Мельников Е.С., Васильев А.А., Лейбман М.О., Москаленко Н.Г. Динамика сезонноталого слоя в Западной Сибири // Криосфера Земли. 2005. № 2.
С. 23–32.
Москаленко Н.Г. Антропогенная динамика растительности равнин криолитозоны России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 280 с.
Москаленко Н.Г. Изменение криогенных ландшафтов северной тайги Западной Сибири в условиях меняющегося климата и техногенеза // Криосфера Земли. 2012. Т. 16. № 2. С. 38–42.
Наумов А.В. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 208 с.
Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.:
Наука, 1996. 256 с.
Павлов А.В., Москаленко Н.Г. Термический режим
почвы на севере Западной Сибири // Криосфера
Земли. 2001. Т. 5. № 2. С. 11–19.
Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во Моск.
ун-та, 2005. 301 с.
Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Общие запасы биологического углерода и азота в
почвах лесного фонда России // Лесоведение.
2004. № 4. С. 30–42
Brookes P.C., Landman A., Pruden G., Jenkinson D.S.
Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen:
A rapid direct extraction method to measure microbial
biomass nitrogen in soil // Soil Biol. Biochem. 1985.
V. 17. P. 837–842. doi 10.1016/0038-0717(85)90144-0
Chantigny M.H. Dissolved and water – extractable organic matter in soils: a review on the influence of land
use and management practices // Geoderma. 2003.
V. 113. P. 357–380. doi 10.1016/S0016-7061(02)00370-1
Cheng W., Virginia R.A. Measurement of microbial biomass in Arctic tundra soils using fumigation-extraction
and substrate-induced respiration procedures // Soil
Biol. Biochem. 1993. V. 25(1). P. 135–141.
Christiansen H.H. Active layer monitoring in two
Greenlandic permafrost areas: Zackenberg and Disko
Island // Danish J. Geography. 1999. P. 117–121.
Fisk M.C., Ruether K.F., Yavitt J.B. Microbial activity and
functional composition among northern peatland ecosystems // Soil Biol. Biochem. 2003. V. 35. P. 591–602.
Hinkel K.M., Nelson F.E. Spatial and temporal patterns
of active layer thickness at Circumpolar Active Layer
Monitoring (CALM) sites in northern Alaska, 1995–
2000 // J. Geophys. Res. V. 108(D2). P. 8168. 2003. doi
10.1029/2001JD000927
Hugelius G., Tarnocai C., Broll G., Canadell J.G.,
Kuhry P., Swanson D.K. The Northen Circumpolar
Soil Carbon Database: spatially distributed datasets of
soil coverage and soil carbon storage in the northern
permafrost regions // Earth Syst. Sci. Data. 2013. № 5.
P. 3–13.
Izrael Y.A., Pavlov A.V., Anoknin Y.A. Analysis of current and future climate and permafrost changes in the
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
№ 12
2016
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
1455
Russian arctic // Russian Meteorology and Hydrology.
1999. № 3. P. 10–17.
Nixon F.M., Taylor A.E. Active layer monitoring in natural environments, Mackenzie Valley, Northwest Territories // Current Research, Geological Survey of Canada. 1994. P. 27–34.
Oechel W.C., Hastings S.J., Vourlitis G., Jenkins M.,
Riechers G., Grulke N. Recent change of Arctic tundra
ecosystems from a net carbon dioxide sink to a source //
Nature. 1993. № 361. P. 520–523.
Pablo M.A., Pamler W., Ramos M. CALM-DAT: an under develop data mining software for active layer and
frozen ground monitoring sites // Book of Abstracts of
EUCOP4 –4th European Conference on Permafrost.
2014. Évora, Portugal, P. 441–441.
Polita H., Sarjala T. Seasonal fluctuation in microbial
biomass and activity along a natural nitrogen gradient
in a drained peatland // Soil Biol. Biochem. 2004.
№36. P. 1047–1055.
Riveros-Iregui D.A., McGlynn B.L., Epstein H.E.,
Welsch D.L. Interpretation and evaluation of combined
measurement techniques for soil CO2 efflux: Discrete
surface chambers and continuous soil CO2 concentration probes // J. Geophys. Res. 2008. V. 113.
Rodionov A., Flessa H., Grabe M., Kazansky O., Guggenberger G. Organic matter composition and potential
trace gas production of permafrost soils in the forest
tundra in northern Siberia // Geoderma. 2006. V. 135.
P. 49–62. doi 10.1016/j.geoderma.2005.10.008
Rodionov A., Flessa H., Grabe M., Kazansky O.A., Shibistova O., Guggenberger G. Organic carbon and total
nitrogen variability in permafrost-affected soils in a forest tundra ecotone // Europ. J. Soil Sci. 2007. № 58.
P. 1260–1272.
Schaefer K., Lantuit H., Romanovsky V.E., Schuur Edward A.G., Witt R. The impact of the permafrost carbon
feedback on global climate // Environ. Res. Lett. 2014.
№ 9. 085003. P. 9.
Sparling G.P., Feltham C.W., Reynolds J., West W., Singleton P. Estimation of soil microbial C by a fumigation-extraction method: use on soils of high organic matter content, and a reassessment of the kec-factor // Soil Biol.
Biochem. 1990. V. 22(3). P. 301–307.
Streletskiy D., Brown J., Clow G. Permafrost – active
layer observation on the North slope of Alaska // Book
of Abstracts of EUCOP4 – 4th European Conference
on Permafrost. 2014. Évora, Portugal, p. 434.
Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A.G., Kuhry P.,
Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the
northern circumpolar permafrost region // Global Biogeochemical Cycles. 2009. V. 23. Iss. 2. GB2023. doi
10.1029/2008GB003327
Vasiliev A.A., Leibman M.O., Moskalenko N.G. Active
layer monitoring in West Siberia under the CALM II
program // Proceedings of the Ninth International
Conference on Permafrost, Fairbanks, Alaska. 2008.
V. 2. P. 1815–1820.
World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and
creating legends for soil maps. World Soil Resources
Reports No. 106. FAO, Rome.
http://www.gwu.edu/~calm Web Site for the Circumpolar Active Layer Monitoring Network-CALM:
Long-Term Observations of the Climate-Active LayerPermafrost System.
Просмотр полного текста публикации
Стр. 1 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 2 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 3 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 4 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 5 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 6 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 7 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 8 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Просмотр полного текста публикации
Стр. 9 из 9
https://elibrary.ru/show_item_pages.asp?fname=elibrary_35102039_1...
20.08.2018, 20:17
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв