Back to top

Эмиссия СО₂ почвенным покровом

×

В глобальных изменениях природной среды и климата ведущая роль принадлежит циклу углерода, с которым связаны биогеохимические циклы остальных элементов, а через парниковый эффект и состояние атмосферы, обусловливающее климат, отсюда и изменение продуктивности природных и искусственных экосистем [90].

Цикл углерода в наземных системах определяется балансом между поглощением CO2 наземной растительностью (на создание органического вещества) и выделением углекислого газа при дыхании почв. Существует мнение, что углекислый газ атмосферы на 90% имеет почвенное происхождение [123], это позволяет утверждать, что почвенный покров Земли представляет собой мощный источник углекислоты.

Интегрирующий показатель «дыхание почвы» представляет собой суммарную продукцию СО 2 почвенных микроорганизмов, производимую в результате разложения и окисления органического вещества почвенной фауной и корневыми системами растений. Эмиссия углекислого газа — процесс, характеризующий выделение СО2 с поверхности почвы в атмосферу.

Обычно при оценке дыхания почв авторами оценивается общая эмиссия СО2 с поверхности почвы, и одна величина объективно отражает другую [132].

В то же время почва сама служит резервуаром, аккумулирующим углекислоту. Углерод, накапливающийся и содержащийся в гумусе почв, может служить стоком углекислого газа в течение сотен лет. Другим резервуаром углекислоты в наземных экосистемах служат болота, в которых изъятие углерода происходит тысячи лет. Оценка размеров пула углерода в болотах Северной Евразии составляет 113,5 млрд т [36]. Педогенные карбонаты в зависимости от условий могут аккумулировать или отдавать углекислый газ в почвенный воздух.

Поток СО2 с поверхности почв России за вегетационный период
Удельная эмиссия, С—СО2, кг / га Преобладающие почвы Площадь, млн га Эмиссия, млн т
менее 500 Горные примитивные, горные подбуры тундровые, арктические, арктотундровые, почвы пятен, боровые пески 183,9 73,6
500—700 Подбуры тундровые, горные подбуры сухоторфянистые, тундровые глеевые, тундрово-болотные 142,8 85,7
700—900 Глееземы таежные, таежные глее-мерзлотные, палевые, подбуры сухоторфянистые, солонцы 303,8 243,1
900—1200 Глееподзолистые, глееподзолистые контактно-осветленные, подзолы, грануземы 242,9 255,0
1200—1500 Подзолисто- и торфяно-подзолисто-глеевые, подзолистые и подзолы контактно-осветленные, таежные мерзлотные, перегнойно-карбонатные, подбуры таежные, буро-таежные иллювиально–гумусовые, комплекс торфяных и торфяно-глеевых болотных верховых и торфяных торфяно-глеевых болотных переходных и низинных, торфяные и торфяно–глеевые болотные верховые 147,7 19,4
1500—2000 Подзолистые, подзолистые глубокоглееватые и глеевые, дерново–подзолы, дерново-карбонатные, буро-таежные, комплекс торфяных и торфяно-глеевых болотных переходных и низинных и торфяных и торфяно-глеевых болотных верховых, бурые пустынно-степные 157,7 276,0
2000—3000 Дерново-подзолистые, дерново-подзолистые со вторым гумусовым горизонтом, подзолистые и дерново-подзолистые остаточно–карбонатные, черноземы обыкновенные (западносибирские), торфяные и торфяно-глеевые болотные верховые, каштановые и темно-каштановые, горные буроземы 150,7 376,7
3000—4000 Серые лесные, черноземы выщелоченные и оподзоленные, черноземы обыкновенные, черноземы южные, дерново-таежные, буро-таежные иллювиально–гумусовые 135,1 474,3
4000—6000 Черноземы типичные, лугово-черноземные, каштановые и темно-каштановые мицелярно-карбонатные, буроземы, буро-таежные 79,8 398,8
более 6000 Черноземы выщелоченные и типичные мицелярно-карбонатные, черноземы обыкновенные и южные мицелярно-карбонатные, буроземы, подбелы, лугово-черноземовидные 48,5 356,3
Непочвенные образования Ледники, каменистые россыпи 44,9  
Водная поверхность   72,0  
Итого   1709,8 2738,9

Интенсивность дыхания почв обычно измеряется в г С — СО2 · м-2 · сут-1. Анализ опубликованных материалов показал, что изучение эмиссии СО2 проводилось, главным образом, в течение вегетационного периода (май-сентябрь). Среднелетняя скорость эмиссии варьировала в очень широких пределах от 0,04 в тундровых почвах до 7,90 г С — СО2 · м-2 · сут-1 в черноземах мицелярно-карбонатных. По мере затухания биологической деятельности происходит отток СО2 за пределы почвенного профиля.

Методологической основой при составлении карты послужила известная зависимость скорости разложения органического вещества в почвах и интенсивности продуцирования ими СО2 от биоклиматических условий их формирования. При составлении карты использованы опубликованные базы данных по дыханию почв России, дополнительные литературные источники и картографические материалы [132, 134, 135,136, 137, 151, 195, 278, карта почвенно-географического районирования*]. За основу приняты контуры почвенной карты**.

Все данные по эмиссии CO2 обрабатывались и приводились в соответствие с требованиями содержания карты. При этом оценивалась суммарная эмиссия с поверхности почвы за вегетационный период, которая помимо микробного разложения органического вещества, включает дыхание корневых систем растений.

Группировка почвенных типов и подтипов проводилась с учетом основных биоклиматических параметров — широтной и вертикальной зональности, фациальности, строения почвенного профиля, гумусированности и некоторых других свойств почв. На основе данных по удельной эмиссии СО2 за сутки и продолжительности вегетационного периода для каждой группы почв были рассчитаны потоки углекислого газа за вегетационный период (С—СО2, кг/га). Для почв, по которым имелись данные по эмиссии СО2 под различными фитоценозами и угодьями, рассчитывались средневзвешенные значения эмиссии. Кроме того, выявлялись и учитывались различия в эмиссии СО2 почвами, принадлежащими одному и тому же типу, обусловленные их фациальными особенностями. Для тех почв, по которым отсутствовали данные, значения потоков СО2 принимались аналогичными тем почвам, гидротермические и другие параметры которых были наиболее близкими. По значениям удельной эмиссии С—СО2 почвами выделено 10 градаций. Для каждой градации определен состав групп почв с соответствующими значениями интенсивности эмиссии С—СО2.

Наименьшей эмиссией менее 500 кг С—СО2/га обладают очень холодные, длительно промерзающие почвы полярного пояса, представленные в основном арктотундровыми, тундровыми арктическими, горными примитивными, подбурами тундровыми, арктическими горных территорий, а также комплексами этих почв. Уровни эмиссии в 500—700 кг/га характерны для тундровых глеевых, тундрово–болотных почв, подбуров тундровых, подбуров сухоторфянистых горных провинций и их комплексов.

На Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинах в пределах бореального пояса, где ярко выражена широтная зональность, потоки СО2 (кг/га) с поверхности почвенного покрова возрастают с севера на юг и составляют для основных типов почв: 700—900 — для глееземов таежных, 900—1200 — подзолов, глееподзолистых контактно-осветленных, 1200—1500 — подзолисто- и торфяно-подзолисто-глеевых, 1500—2000 — подзолистых, дерново-подзолов, подзолистых глубокоглееватых и глеевых, 2000—3000 — для дерново-подзолистых.

В пределах Западно-Сибирской равнины в подзонах северной и средней тайги огромные пространства заняты торфяными почвами верховых и переходных болот. Потоки СО2 за вегетационный период из них колеблются от 1200 на севере региона до 3000—4000 С—СО2 кг/га на юге.

В Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной области, характеризующейся четкими фациальными особенностями формирования почвенного покрова, эмиссия СО2 составляет 700—900 — из таежных глее-мерзлотных почв, 1200—1500 кг/га — из таежных мерзлотных, подбуров таежных и буро-таежных почв. Потоки углекислого газа из перегнойно-карбонатных почв на севере и дерново-карбонатных на юге составили 1200—1500 и 1500—2000 кг/га, соответственно.

В суббореальном поясе в пределах Центральной лиственно-лесной, лесостепной и степной области, расположенной в центре Евразии, сохраняются широтно-зональные закономерности формирования почвенного покрова. Эмиссия СО2 из серых лесных почв, черноземов выщелоченных и оподзоленных, черноземов обыкновенных и южных оценивается в 3000—4000 кг/га за период вегетации. Черноземы типичные, лугово-черноземные почвы, темно-каштановые мицеллярно-карбонатные выделяют в атмосферу 4000—6000, черноземы обыкновенные и южные мицелярно-карбонатные — 6000—8000 кг С—СО2/га.

Выделение диоксида углерода с поверхности светло-каштановых и бурых пустынно-степных почв Полупустынной почвенно-биоклиматической области составляет 2000—3000 и 1500—2000 кг/га, соответственно.

Восточная буроземно-лесная область представлена в почвенном покрове буроземами, подбелами и лугово-черноземовидными почвами «амурских прерий». Интенсивность выделения СО2 с поверхности этих почв колеблется от 2000—3000 до 6000 и более кг/га.

Для горных массивов, где ярко выражена вертикальная зональность, эмиссия СО2 из почв несколько ниже, чем из равнинных аналогов, что объясняется, в первую очередь, более коротким вегетационным периодом и особенностями строения почвенного профиля.

Для построения карты абсолютные значения потоков эмиссии углекислого газа с поверхности почв рассчитывались путем умножения средней по шкале величины потока за вегетационный сезон для данной группы почв на занимаемую ею площадь. Площади контуров вычислялись в программе MapInfo.

Суммарная величина эмиссии С—СО2, почвенным покровом России составляет 2,74 млрд т за вегетационный период. Эти данные позволяют утверждать, что сухопутные экосистемы России поглощают углекислого газа больше, чем выделяют, т.е. территория страны выступает в роли значительного поглотителя СО2.

Из полученных данных следует, что в пределах России почвенный источник эмиссии СО2 значительно доминирует над техногенным, который оценивается в 0,78 млрд. т С—СО2/год [134].

Полученное значение суммарной эмиссии на 12% ниже, рассчитанного ранее (3,12 млрд т) и приведенного на предыдущей карте [279], что может быть связано с рядом причин.

В расчетах использована меньшая величина площади суши Российской Федерации, так как в предыдущем варианте не были учтены все территории, находящиеся под водными объектами. Кроме того, за последние годы накоплен обширный материал по эмиссии СО2 почвенным покровом, что позволяет более корректно производить расчеты. Использование (в качестве базовых) контуров новой почвенной карты, привело к перераспределению площадей, приуроченных к тем или иным градациям по удельной эмиссии. Автоматизированный подсчет площадей контуров более точен по сравнению с методом палетки, используемым ранее.

Почвенный покров России, занимающий 11,5% суши Земли, эмитирует в атмосферу 6,3% от глобальной почвенной эмиссии СО2 [135].

Однако, полученную величину суммарной эмиссии нельзя назвать окончательной, так как недостаточно фактического материала по дыханию отдельных типов почв, особенно на территории Восточной Сибири.

Н.Ф. Деева, А.А. Ильина

* Атлас, с. 198

** Атлас, с. 72


  • Эмиссия СО₂ почвенным покровом, масштаб 1:30 000 000