ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 7, с. 829-836
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.445.12
БАЛАНС УГЛЕРОДА В ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНИКАХ УКРАИНСКОГО ПОЛЕСЬЯ © 2014 г. Р. С. Трускавецкий
Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского Национальной академии аграрных наук Украины,
61024, Харьков, ул. Чайковского, 4
e-mail: truskavetsky@ukr.net Поступила в редакцию 01.07.2013 г.
Рассмотрены методические вопросы изучения составляющих баланса органического углерода в осушенных торфяниках сельскохозяйственного использования. Указано на сложности учета углеродного баланса, построенного на измерении приходных и расходных статей потоков углерода. Предложена "почвенно-резервуарная модель" учета и оценки углеродного баланса. В основу построения модели положены результаты многолетних стационарных исследований на осушенном торфянике полесья Украины. Дан алгоритм расчета углеродных запасов с использованием параметров вовлечения в процесс почвообразования торфяной органогенной породы. Приведены значения потерь сухой массы торфа и органического углерода, приходящиеся на единицу осадки исследуемого торфяника в зависимости от характера и длительности его использования.
Ключевые слова: многолетний стационар, модель углеродного баланса, осадка торфяника, сработка торфяника.
DOI: 10.7868/S0032180X14050232
ВВЕДЕНИЕ
Торфяные почвы и торфяники Украины занимают наиболее южную, периферийную часть их распространения на территории восточной Европы. Формируясь в более теплом климате и будучи по возрасту более древними, чем их северные аналоги, торфяные болота Украины достигли равновесного состояния, в том числе и по углеродному балансу. Человек своей хозяйственной деятельностью резко нарушил этот баланс, который стал отрицательным. Многие исследователи [2, 3, 9, 11, 14] указывают также на исчезновение некоторых ценных видов растений и животных, обеднение ландшафтного биологического разнообразия, на тенденцию опустынивания прилегающих к торфяным массивам территорий. Все эти негативные явления обусловлены, прежде всего, масштабным осушением заболоченных и болотных земель, которое было проведено в 1965—1990 гг. В этот период площадь всех осушенных гидроморфных почв Украины была доведена до 3 млн 170 тыс. га, в том числе осушено 825 тыс. га торфяных болот, общая площадь которых в пределах сельскохозяйственных угодий составляла 1 млн 77 тыс. га, то есть осушению подвергнуто почти 77% общей площади торфяных болот. В результате осушительных мелиораций максимальные потери почвенного углерода приходятся на 1990 г., когда площадь осушенных земель достигла своего пи-
кового значения. После 1990 г. проведение осушительных мелиораций прекращено. Осуществляется лишь выборочный технический уход за магистральными каналами. Существенно изменился характер использования осушенных земель. Многие массивы заброшены и зарастают природной малополезной кустарниково-разно-травной растительностью. Интенсивная минерализация органического вещества и выбросы парниковых газов с осушенных торфяных болот не прекращаются. Эти процессы усилились в последние годы в связи с потеплением климата и погодными аномалиями. Большой экологический урон наносят также участившиеся торфяные пожары.
Известно, что Рамочная конвенция по изменению климата обязывает подписавшие ее страны, в число которых входит и Украина, сохранять и своевременно восполнять резервуары устойчивых соединений углерода, увеличивать его фотосинтетическое поглощение и уменьшать источники продуцирования и выбросов парниковых газов. Эти обязательства можно выполнить только на основе объективного учета углеродного баланса. Анализ имеющейся по этой теме литературы [5, 7, 12, 13, 15] показал, что учет и оценку углеродного баланса в экосистемах можно осуществлять с использованием двух методических подходов:
— путем непрерывных измерений количества углерода во всех воздушных, водных и биологических потоках, составляющих как приходную, так и расходную части углеродного баланса в экосистеме;
— путем прямых определений запасов углерода в динамических резервуарах устойчивых соединений углерода через определенные периоды времени с учетом основных статей углеродного баланса этих резервуаров.
Учет и оценка углеродного баланса на основе воздушных, водных и биологических потоков слишком затруднены в силу высоких временных и пространственных осцилляций вещественного состава этих потоков, а также из-за отсутствия методов раздельного определения некоторых из этих синхронно протекающих потоков во избежание двойного учета [7]. Очень ценным является зарубежный методический опыт определения эмиссионных потерь почвенного углерода [5, 7, 15], который требует определенной корректировки с учетом специфики местных природных и хозяйственных условий.
Для решения проблемы углеродного баланса нами избран второй из вышеназванных методологических подходов — подход прямых определений запасов углерода в динамическом резервуаре торфяной почвы — "почвенно-резервуарная модель". Особенность этой модели для учета и оценки углеродного баланса в осушенных торфяниках с мощным торфяным слоем (более 1.5 м) состоит в том, что баланс рассчитывают, лишь по верхней аэрируемой части торфяника (по собственно торфяной почве) с учетом вовлечения верхней части торфяной органогенной породы в почвообразовательный процесс, минуя необходимость определения запасов углерода в резервуаре всей толщи торфяника.
Основная цель работы — на основе результатов многолетних стационарных исследований разработать и обосновать "почвенно-резервуарную модель" учета и оценки углеродного баланса в осушенных торфяниках разного характера сельскохозяйственного использования, а также установить возможности использования для балансовых оценок зависимости между процессами срабатывания торфяного углеродного резервуара и осадкой осушенного торфяника.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились на многолетнем стационарном опыте, заложенном на типичном для региона Западного полесья Украины низинном (эутрофном) торфянике поймы р. Цырь — правого притока р. Припять (с. Ворокомле Камень-Каширского р-на Волынской обл.). Мелиоративные работы на торфянике проведены в
1962—1963 гг. Цырьское торфяное болото общей площадью 7.4 тыс. га осушено сетью открытых каналов с расстояниями между осушителями 250—300 м. Оптимальный уровень грунтовых вод (50—60 см весной и 90—110 см летом) поддерживается с помощью шлюзов-регуляторов. Мониторинг антропогенной эволюции осушенного торфяника на Камень-Каширском опытном стационаре (ККС) ведется с 1964 г. — с первого года освоения осушенного торфяника. Стационар ценен тем, что это единственный на Украине участок осушенного торфяника, для которого имеется детальная исходная информация о его стратиграфии, составе и свойствах с точной привязкой точек опробования к местности.
Закономерности антропогенной эволюции осушенного торфяника изучались на участках многолетних трав, лугово-полевого и пропашного севооборотов. До 1992 г. (28 лет) исследования велись на неудобренных и удобренных (ежегодное внесение Р45—60К120 и один раз в четыре года — 20 кг/га Си804 • 5Н20) вариантах названных участков. В период 1992—2009 гг. наблюдения продолжались на одних и тех же местах опробования всех трех участков без внесения удобрений.
Очень важно подчеркнуть, что для объективных расчетов углеродных запасов, их балансового учета и оценки в осушенном торфянике в процессе его сельскохозяйственного использования необходима высокая точность определения двух основных показателей — плотности сложения торфа и мощности каждого стратиграфического слоя торфяника до минеральной породы. От точности определения этих показателей зависит достоверность всех последующих вещественно-балансовых расчетов. Параметры стратиграфии торфяника устанавливались методом детального зондирования его торфяным буром конструкции Института торфа (Москва) в точно привязанных к местности точках. Плотность сложения торфяного слоя определяли в осенний период после уборки и учета урожая сельскохозяйственных культур, то есть в периоды максимальной стабилизации данного показателя. При этом использован предложенный для торфянистых почво-грун-тов метод Зайдельмана [4], согласно которому плотность сложения определяется с помощью специальных железных колец объемом в 300 см3 с выточенной острой пилообразной кромкой. Такая конструкция, как отмечает автор метода, позволяет существенно повысить точность определения плотности сложения торфа, особенно слабой и средней степени разложения, устраняя погрешности от возможной деформации торфяного монолита.
Образцы и монолиты торфа на лабораторный анализ отбирали с каждого генетического слоя торфяной почвы (условная глубина почвы 80 см)
Таблица 1. Сравнительная характеристика изученных торфяных почв
Показатель Глубина, см Торфяные почвы
Западного полесья ККС
Зольность, % 0-20 7.5-14.5 8.9-9.5
30-50 7.1-12.75 7.8-9.4
С орг, % 0-20 44-49 46-49
30-50 43-48 47-49
рН водной 0-20 4.6-5.8 5.4-5.6
вытяжки 30-50 4.8-6.2 5.5-5.6
Общее содержание, %:
N 0-20 2.4-3.2 2.88-3.04
30-50 2.6-3.0 2.78-2.94
Р2О5 0-20 0.14-0.28 0.26-0.31
30-50 0.11-0.25 0.20-0.23
К2О 0-20 0.104-0.226 0.098-0.122
30-50 0.075-0.182 0.115-126
Количество определений 0-20 28 15
30-50 28 15
и верхней части торфяной органогенной породы (100—120 см). Содержание органического углерода выполнено по методу Кнопа—Сабанина [1] с использованием твердого высокоактивного поглотителя СО2 аскарита — волокнистого асбеста, пропитанного едким натром. Зольность торфа определена согласно ГОСТ 27784-88. Извлечение гумусовых веществ (фульваты + гуматы) из торфа осуществляли щелочным раствором 0.1 М №ОН с последующим определением содержания углерода.
Математическая обработка экспериментальных данных проведена с использованием компьютерной программы Б^^зИоа.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Торфяник ККС относится к типичным, наиболее распространенным в зоне Западного Полесья Украины торфяным объектам. В этой зоне сформировались эутрофные слабо- и среднезольные торфяники (зольность в пределах 8—15 мас. %), преимущественно со слабокислой и кислой реакцией
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.