Экосистемные запасы углерода при разных типах землепользования на железисто-метаморфических почвах Южной Карелии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовали железисто-метаморфические почвы нормального увлажнения в средне-таежной подзоне Карелии. Изучили 100-летний сосняк в качестве контроля, пашню, сенокос, а также 15-и 75-летний сосняки естественного лесовозобновления на бывших сельскохозяйственных угодьях. Анализировали влияние разных типов землепользования на морфологическое строение почв и основные химические и микробиологические показатели верхних горизонтов. Изучили запасы органического углерода (Сорг) и углерода микробной биомассы (Смик) почв в метровом слое и структуру углеродных пулов участков. В почвах наблюдался равномерно-аккумулятивный тип распределения углерода и близкие значения соотношения С/N (16–18) на всех участках. Для почв характерно слабое естественное плодородие и низкие агрохимические показатели, которые значительно улучшаются при аграрном освоении. На пашне отмечено наибольшее содержание Сорг (4.9%) и Nобщ (0.3%) при низкой плотности сложения и нейтральном рН. В почве молодого леса зафиксировано наибольшее содержание Смик (419 мг С/кг), на участках пашни и сенокоса оно составляет 209–211 мг С/кг и минимально в почвах зрелых лесов (144–175 мг С/кг). На исследованных землепользованиях запасы Смик в слое почвы 0–100 см находятся в пределах 76.5–132.4 г С/м2, в почвах лесов запасы Смик подстилки составляют 12.7–27.4 г С/м2. Запасы Сорг почвы в метровом слое максимальны на пашне и составляют 272 т С/га, и уменьшаются в ряду сенокос – спелый лес от 98 до 39 т С/га. Общие экосистемные запасы углерода максимальны на пашне (275 т С/га), что превышает запасы в зрелых лесах – 206–221 т С/га. Запасы Сорг на сенокосе и в молодом лесу составляют 105–115 т С/га.

Об авторах

И. А. Дубровина

Институт биологии КарНЦ РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Е. В. Мошкина

Институт леса КарНЦ РАН

Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

А. В. Туюнен

Институт леса КарНЦ РАН

Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Н. В. Геникова

Институт леса КарНЦ РАН

Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

А. Ю. Карпечко

Институт леса КарНЦ РАН

Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

М. В. Медведева

Институт леса КарНЦ РАН

Email: vorgo@mail.ru
Россия, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

Список литературы

  1. Астафьева М.М., Фелицын С.Б., Алфимова Н.А. Бактериальные остатки в нижнепротерозойских красноцветных кварцитах // Палеонтологический журнал. 2021. № 4. С. 94–102. https://doi.org/10.31857/S0031031X21040024
  2. Атлас Карельской АССР / Под ред. Дурова А.Г. М.: ГУГК СССР, 1989. 40 с.
  3. Богородская А.В., Шишикин А.С. Динамика микробной биомассы, ее структура и функциональная активность в почвах при лесовозобновлении на вырубках пихтарников Енисейского кряжа // Почвоведение. 2020. № 1. С. 119–130. https://doi.org/10.31857/S0032180X20010050
  4. Бургхардт В., Хайнц Д., Хоке Н. Показатели почвенного плодородия и запасы органического углерода в почвах овощных грядок и окружающих полей в центре городского промышленного региона Рур в Германии // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1384–1397. https://doi.org/10.1134/S0032180X18110114
  5. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Гилев В.Ю. Минералы железа в почвах на красноцветных отложениях Предуралья // Почвоведение. 2007. № 4. С. 474–486.
  6. Водяницкий Ю.Н., Горячкин С.В., Лесовая С.Н. Оксиды железа в буроземах на красноцветных отложениях Европейской России и цветовая дифференциация почв // Почвоведение. 2003. № 11. С. 1285–1299.
  7. Геология Карелии / Под ред. Соколова В.А. Л.: Наука, 1987. 231 с.
  8. Горячкин С.В., Водяницкий Ю.Н., Конюшков Д.Е., Лесовая С.Н., Мергелов Н.А., Титова А.А. Биоклиматогенные и геогенные проблемы географии почв Северной Евразии // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2008. № 62. С. 48–68.
  9. Дубровина И.А. Влияние биоугля на агрохимические показатели и ферментативную активность почв средней тайги Карелии // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1523–1534. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120054
  10. Дубровина И.А., Мошкина Е.В., Сидорова В.А., Туюнен А.В., Карпечко А.Ю., Геникова Н.В., Медведева М.В., Мамай А.В., Толстогузов О.В., Кулакова Л.М. Влияние типа землепользования на свойства почв и структуру экосистемных запасов углерода в среднетаежной подзоне Карелии // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1392–1406. https://doi.org/10.31857/S0032180X21110058
  11. Дубровина И.А., Мошкина Е.В., Туюнен А.В., Геникова Н.В., Карпечко А.Ю., Медведева М.В. Динамика свойств почв и экосистемные запасы углерода при разных типах землепользования (средняя тайга Карелии) // Почвоведение. 2022. № 9. С. 1112–1125. https://doi.org/10.31857/S0032180X22090052
  12. Дубровина И.А., Мошкина Е.В., Туюнен А.В., Геникова Н.В., Карпечко А.Ю., Медведева М.В. Почвы и пулы углерода на шунгитовых породах Южной Карелии при разных типах землепользования // Почвоведение. 2023. № 11. С. 1371–1384. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600464
  13. Ерохова А.А., Макаров М.И., Моргун Е.Г., Рыжова И.М. Изменение состава органического вещества дерново-подзолистых почв в результате естественного восстановления леса на пашне // Почвоведение. 2014. № 11. С. 1308–1314. https://doi.org/10.7868/S0032180X14110045
  14. Жангуров Е.В., Лебедева М.П., Шишков В.А. Минералого-микроморфологическая диагностика особенностей почвообразования северотаежных почв на средне-основных породах Тимана // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1372–1383. https://doi.org/10.1134/S0032180X18110102
  15. История Карелии с древнейших времен до наших дней / Под ред. Кораблевой Н.А. и др. Петрозаводск: Периодика, 2001. 944 с.
  16. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  17. Красильников П.В. Современная эволюция почв на красноцветных моренах Карелии и продуктах их переотложения // Экология и география почв. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 1995. С. 5–17.
  18. Лебедева И.И., Герасимова М.И. Диагностические горизонты в классификации почв России // Почвоведение. 2012. № 9. С. 923–934.
  19. Лесовая С.И., Гойло Э.А., Чижикова Н.П. Минералогический состав красноцветных отложений и его влияние на почвообразование в северотаежной подзоне Европейской территории России // Почвоведение. 2005. № 8. С. 1001–1011.
  20. Медведев П.В., Голубев А.И., Куликова В.С. Вепсий // Онежская палеопротерозойская структура (геология, тектоника, глубинное строение и минерагения). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. С. 119–123.
  21. Минерально-сырьевая база Республики Карелия Неметаллические полезные ископаемые. Подземные воды и лечебные грязи / Под ред. Михайловой В.П., Анимовой В.Н. Петрозаводск: Карелия, 2006. Кн. 2. 356 с.
  22. Природные комплексы Вепсской волости: особенности, современное состояние, охрана и использование / Под ред. Громцева А.Н. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2005. 278 с.
  23. Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Чернова О.В. Микробная биомасса, ее активность и структура в почвах старовозрастных лесов европейской территории России // Почвоведение. 2011. № 4. С. 479–494.
  24. Телеснина В.М., Ваганов И.Е., Карлсен А.А., Иванова А.Е., Жуков М.А., Лебедев С.М. Особенности морфологии и химических свойств постагрогенных почв южной тайги на легких отложениях (Костромская область) // Почвоведение. 2016. № 1. С. 115–129. https://doi.org/10.7868/S0032180X16010111
  25. Balesdent J., Basile-Doelsch I., Chadoeuf J., Cornu S., Derrien D., Fekiacova Z., Hatté C. Atmosphere – soil carbon transfer as a function of soil depth. Nature. 2018. V. 559 (7715). P. 599–602. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0328-3
  26. Dawson J.J.C., Smith P. Carbon losses from soil and its consequences for land-use management // Science of The Total Environment. 2007. V. 382 (2–3). P. 165–190. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2007.03.023
  27. Deng L., Zhu G.Y., Tang Z.S., Shangguan Z.P. Global patterns of the effects of land-use changes on soil carbon stocks // Global Ecology and Conservation. 2016. V. 5. P. 127–138. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2015.12.004
  28. Downie A.E., Van Zwieten L., Smernik R.J., Morris S., Munroe P.R. Terra Preta Australis: reassessing the carbon storage capacity of temperate soils // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2011. V. 140(1–2). P. 137–147. https://doi.org/10.1016/j.agee.2010.11.020
  29. Garnett T., Appleby M.C., Balmford A., Bateman I.J., Benton T.G., Bloomer P., Burlingame B. et al. Sustainable intensification in agriculture: premises and policies // Science. 2013. V. 341(6141). P. 33–34. https://doi.org/10.1126/science.123448
  30. Glaser B., Birk J.J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia(terra preta de Índio) // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 82. P. 39–51. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.11.029
  31. Guo L.B., Gifford R.M. Soil carbon stocks and land use change: a meta-analysis // Global Change Biology. 2002. V. 8(4). P. 345–360. https://doi.org/10.1046/j.1354-1013.2002.00486.x
  32. Hansson K., Olsson B.A., Olsson M., Johansson U., Kleja D.B. Differences in soil properties in adjacent stands of Scots pine, Norway spruce and silver birch in SW Sweden // Forest Ecology and Management. 2011. V. 262. P. 522–530. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2011.04.021
  33. Jarmain C., Cummins T., Jovani-Sancho A.J., Nairn T., Premrov A., Reidy B., Renou-Wilson F., Tobin B., Walz K., Wilson D., Byrne K.A. Soil organic carbon stocks by soil group for afforested soils in Ireland // Geoderma Regional. 2023. V. 32. P. e00615. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2023.e00615
  34. Kogel-Knabner I., Amelung W. Soil organic matter in major pedogenic soil groups // Geoderma. 2021. V. 384. P. 114785. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114785
  35. Kuznetsov N.B., Kolodyazhnyi S.Yu., Romanyuk T.V., Strashko A.V., Baluev A.S., Terekhov E.N., Mezhelovskaya S.V., Dubensky A.S., Sheshukov V.S. On the time and conditions of formation of the Shoksha quartzite-sandstones of the South Onega Depression based on the new data from isotope geochronology // Geodynamics Tectonophysics. 2023. V. 14(1). P. 0685. https://doi.org/10.5800/ GT-2023-14-1-0685
  36. Liang Y., Rillig M.C., Chen H.Y.H., Shan R., Ma Z. Soil pH drives the relationship between the vertical distribution of soil microbial biomass and soil organic carbon across terrestrial ecosystems: A global synthesis // Catena. 2024. V. 238. P. 107873. https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.107873
  37. Minasny B., Malone B.P., McBratney A.B., Angers D.A., Arrouays D., Chambers A., Chaplot V., Chen Z.-S. et al. Soil carbon 4 per mille // Geoderma. 2017. V. 292. P. 59–86. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.01.002
  38. Munsell A. Munsell Soil Color Charts. Revised Washable Edition. Munsell Color. New Windsor. N.Y. 2000.
  39. Ostle N.J., Levy P.E., Evans C.D., Smith P. UK land use and soil carbon sequestration // Land Use Policy. 2009. V. 26S. P. 274–283. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2009.08.006
  40. Pan Y., Birdsey R.A., Fang J., Houghton R., Kauppi P.E., Kurz W.A., Phillips O.L. et al. A large and persistent carbon sink in the world’s forests // Science. 2011. V. 333(6045). P. 988–993. https://doi.org/10.1126/science.1201609
  41. Rodríguez-Albarracín H.S., Demattê J.A.M., Rosin N.A., Contreras A.E.D., Silvero N.E.Q., Cerri C.E.P., De Sousa Mendes W., Tayebi M. Potential of soil minerals to sequester soil organic carbon // Geoderma. 2023. V. 436. P. 116549. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116549
  42. Rumpel C. Opportunities and threats of deep soil organic matter storage // Carbon Management. 2014. V. 5. P. 115–117. http://dx.doi.org/10.1080/17583004.2014.912826
  43. Schiefer J., Lair G.J., Blum W.E.H. Potential and limits of land and soil for sustainable intensification of European agriculture // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2016. V. 230. P. 283–293. http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2016.06.021
  44. Schmidt M.W.I., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A., Kleber M., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. V. 478. P. 49–56. https://doi.org/10.1038/nature10386.
  45. Solomon D., Lehmann J., Fraser J.A., Leach M., Amanor K., Frausin V., Kristiansen S.M., Millimouno D., Fairhead J. Indigenous African soil enrichment as a climate-smart sustainable agriculture alternative // Frontiers in Ecology and the Environment. 2016. V. 14(2). P. 71–76. https://doi.org/10.1002/fee.1226
  46. Urbanski L., Schad P., Kalbitz K., van Mourik J., Gehrt E., Kögel-Knabner I. Legacy of plaggen agriculture: High soil organic carbon stocks as result from high carbon input and volume increase // Geoderma. 2022. V. 406. P. 115513. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115513
  47. Wiedner K., Schneeweiß J., Dippold M.A., Glaser B. Anthropogenic Dark Earth in Northern Germany – the nordic analogue to terra preta de Índio in Amazonia // Catena. 2015. V. 132. P. 114–125. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.10.024
  48. Wiesmeier M., Urbanski L., Hobley E., Lang B., von Lützow M., Marin-Spiotta E., van Wesemael B. et al. Soil organic carbon storage as a key function of soils – A review of drivers and indicators at various scales // Geoderma. 2019. V. 333. P. 149–162. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.07.026
  49. Wiesmeier M., von Lutzow M., Sporlein P., Geuss U., Hangen E., Reischl A., Schilling B., Kogel-Knabner I. Land use effects on organic carbon storage in soils of Bavaria: the importance of soil types // Soil & Tillage Research. 2015. V. 146. P. 296–302. https://doi.org/10.1016/j.still.2014.10.003
  50. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports № 106. FAO, Rome.
  51. Xia Q., Rufty T., Shi W. Soil microbial diversity and composition: Links to soil texture and associated properties // Soil Biology and Biochemistry. 2020. V. 149. P. 107953. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107953
  52. Xiong X., Grunwald S., Myers D.B., Ross C.W., Harris W.G., Comerford N.B. Interaction effects of climate and land use / land cover change on soil organic carbon sequestration // Science of The Total Environment. 2014. V. 493. P. 974–982. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.06.088
  53. You M., Zhu-Barker X., Hao X-X., Li L-J. Profile distribution of soil organic carbon and its isotopic value following long term land-use changes // Catena. 2021. V. 207. P. 105623. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105623

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое строение почвенных профилей: 1 – пашня; 2 – сенокос; 3 – лес, 15 лет; 4 – лес, 75 лет; 5 – лес, 100 лет.

Скачать (133KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение почвенных свойств по профилю (среднее, n = 3): 1 – пашня; 2 – сенокос; 3 – лес, 15 лет; 4 – лес, 75 лет; 5 – лес, 100 лет.

Скачать (168KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вклад разных слоев (%) и общие запасы органического углерода (a) и углерода микробной биомассы (b) в почве (n = 3) и подстилке (n = 6).

Скачать (176KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структура запасов углерода фитомассы напочвенной (a) и древесной (b) растительности.

Скачать (94KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024