ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2012, № 10, с. 1077-1088
ХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.41
ЭМИССИЯ МЕТАНА ИЗ БОЛОТ ПОДТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (К РАЗВИТИЮ "СТАНДАРТНОЙ МОДЕЛИ")
© 2012 г. М. В. Глаголев1, 2, 4, 5, А. Ф. Сабреков1, И. Е. Клепцова2, И. В. Филиппов2, Е. Д. Лапшина2, Т. Мачида3, Ш. Ш. Максютов3
1Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1 2Югорский государственный университет, 628012, Ханты-Мансийск, ул. Чехова, 16 3Национальный институт изучения окружающей среды, 305-8506, Япония, Цукуба, ШвЫ Odori 4Томский государственный педагогический университет, 634041, Томск, Комсомольский просп., 75 5Институт экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1
е-таП: m_glagolev@mail.ru
В летне-осенние сезоны 2007—2010 гг. при помощи статического камерного метода изучена эмиссия метана из типичных болотных ландшафтов подтайги Западной Сибири. Наименьшие удельные потоки (с медианой 0.08 мгС-СН^м^ч) оказались характерны для рямов (сосново-кустарничково-сфагновых ассоциаций), на порядок большие — для гряд грядово-мочажинных комплексов (медиана равна 0.49 мгС-СН4/м2/ч); еще на порядок большие — для олиготрофных мочажин, эвтрофных болот, приозерных сплавин и мезотрофных топей (медианы, соответственно, 2.68, 3.36, 4.53 и 4.98 мгС-СН4/м2/ч), а максимальные — для озер (с медианой, равной 17.98 мгС-СН4/м2/ч). На основе полученных в настоящей работе показаний, вместе с ранее опубликованными (как собственными, так и литературными) данными подсчитана региональная оценка потока метана из болот Западной Сибири, составившая 2.93 ТгС-СН4/год. Кроме того, обсуждаются аналогичные оценки других исследователей и объясняются причины их различий.
ВВЕДЕНИЕ
Метан сильно влияет на фотохимию атмосферы и является важным "парниковым" газом, поэтому динамика его концентрации в атмосфере учитывается в современных климатических моделях [19, 45]. Очевидно, что в такие модели обязательно должен входить в той или иной форме член, описывающий поверхностный источник СН4.
Среди всех возможных естественных источников метана главную роль играют почвы болот [12]. Болотные экосистемы России, занимающие вместе с заболоченными мелкооторфованными землями примерно 21.6% ее территории [2], представляют особый интерес. Тем не менее, невозможно провести измерения в каждой географической точке, поэтому особое значение приобретают подходы, позволяющие экстраполировать величины потоков на неисследованные территории.
Математическое моделирование эмиссии СН4 из почв развивалось, в основном, в традиционном ключе использования сосредоточенных или распределенных систем дифференциальных уравнений. Конкретно для Сибири первый подход нашел отражение в [32], а второй — в [45]. Однако подобные модели содержат значительное число параметров, определить которые в региональном масштабе с достаточной степенью подробности пока не возможно (хотя при описании
отдельных хорошо изученных экосистем получаются обнадеживающие результаты). В связи с этим, цель наших исследований последних лет состояла в обобщении результатов мониторинга региональной эмиссии метана с территории Западной Сибири в рамках иного подхода, называемого нами "стандартноймоделью" (СМ). СМ включает в себя периоды эмиссий метана (ПЭМ), электронную картографическую основу (карту типов болотных комплексов) и плотности распределения вероятностей величин удельных потоков из типичных экосистем.
СМ непрерывно совершенствуется с появлением новых данных мониторинга, формируя исторический ряд таких моделей. Для удобства было предложено обозначать СМ трехзначным кодом, в котором первый знак (прописная буква латинского алфавита) соответствует принятому в данной модели набору ПЭМ и определяет тип модели, второй (строчная буква латинского алфавита) — совокупности площадей различных типов болот и соотношению элементов микроландшафтов в них (классмодели), а третий (цифра) — системе типичных величин удельных потоков (серия модели).
В предлагаемой вниманию читателя работе мы описываем наиболее точную на сегодняшний день СМ Вс8. В ней средняя площадь простран-
Таблица 1. Собственные опубликованные экспериментальные данные, суммированные в СМ Вс8
Природная зона/подзона, ссылка Болотные ландшафты Годы измерений
Тундра [8; 25] Олиготрофный массив 2009 (зимние измерения), 2010
Мезотрофные болота 2009-2010
Эвтрофные болота 2010
Озера 2009-2010
Лесотундра [5] Палса (мерзлые бугры) 2007-2008
Олиготрофные мочажины 2007-2008
Олиготрофные хасыреи 2007
Мезотрофные болота 2008
Озерки и ручьи 2008
Северная тайга [13; 26] Палса (мерзлые бугры) 1999, 2008, 2010
Гряды 1999, 2007-2008, 2010
Олиготрофные мочажины 1999, 2007-2010
Мезотрофные топи 1999,2008
Рямы 2008, 2010
Внутриболотные озера 2008-2009
Средняя тайга [15; 44; 26] Гряды 2007-2009
Олиготрофные мочажины 2007-2010
Рямы 2008-2010
Южная тайга [16] Эвтрофные болота 2003-2008
Подтайга [6; 7; 10] Олиготрофные мочажины 2006
Гряды 2006
Эвтрофные болота* 2003-2009
Внутриболотные озера 2007
Лесостепь [9; 11] Эвтрофные болота 2009-2010
Рямы 2007, 2009
Внутриболотные озера 2009
* К 2009 г. на эвтрофных болотах подтайги выполнено лишь небольшое количество измерений, недостаточное для региональной оценки потока метана. Основной массив информации получен нами в 2010 г. и приведен в настоящем исследовании. Примечание. Не для всех зон и подзон в таблице перечислены все типичные болотные ландшафты, так как, к сожалению, часть экспериментальных данных до сих пор не опубликована (при том, что в СМ она используется).
ственной единицы составляет около 1400 км2, количество типичных ландшафтов увеличено до восьми. Также вновь пересмотрены характерные потоки за счет добавления большого массива новых измерений.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Описания основных ключевых участков для всех природных зон Западной Сибири или ссылки на них приведены вместе с опубликованными данными об эмиссии (табл. 1). Большая часть из-
Ключевые участки измерений эмиссии метана для "стандартной модели" регионального потока Вс8. Обозначения: I. Ключевые участки: 1 — "Тазовский", 2 — "Новый Уренгой", 3 — "Пангоды", 4 — "Пангоды-Хасыреи", 5 — "Пурпэ", 6 — "Ноябрьск-Палса", 7 — "Ноябрьск-ГМОК", 8 — "Обское", 9 — "Ноябрьск-Денна", 10 — "Ноябрьск-Холмы", 11 — "Ортъягун", 12 — "Мухрино", 13 — "Шапша-Чистое", 14 — "Лемпино", 15 — "Пойковский", 16 — "Сургут", 17 — "Аган", 18 — "Вах", 19 — "Демьянка", 20 — "Тобольск", 21 — "Качипово", 22 — "Тарманы", 23 — "Мулдаши", 24 — "Паников Мох", 25 — "Белый Яр", 26 — "Плотниково", 27 — "Таган", 28 — "Батурино", 29 — "Кузнецкий Рям", 30 — "Николаевка", 31 — "Гыда", 32 — "Ясавэй", 33 — "Ноябрьск-Гряды", 34 — "Усманка", 35 — "Крещенское", 36 — "Скала", 37 — "Тихомировское".
II. Границы различных климатических подзон Западной Сибири: АТ — арктическая тундра; ТТ — типичная тундра; ЮТ — южная тундра; ЛТ — лесотундра; СТа — северная тайга; СрТа — средняя тайга; Юта — южная тайга; ПТа — подтайга; ЛС — лесостепь; С — степь.
Доминирующие типы болот: А — олиготрофные болота, Б — мезотрофные болота, В — эвтрофные болота.
55° 65° 75° 85° 95°
мерений проведена в летне-осенние периоды 2007—2010 гг. на 37-ми ключевых участках в семи зонах Западной Сибири (рисунок). Измерения, результаты которых описаны в настоящей работе, получены на двух ключевых участках летом 2010 г.
Ключевой участок "Усманка" (56.3° с.ш., 76.5° в.д.) расположен в 30 км на юго-запад от с. Кыштовка (Новосибирская область) на левобережной террасе р. Тара. Болотные ландшафты представлены сочетанием тростниковых займищ с единичными островками рямов (сосново-ку-старничково-сфагновых фитоценозов), осоково-гипновых топей и веретьевых комплексов. Измерения проводились в ряме (доминанты: Pinus sylvestris, Andromedapolifolia, Ledumpalustre, Sphagnum fuscum; сезонная мерзлота на глубине 40 см), на тростниковых займищах (доминанты: Phrag-mites australis, Filipendula ulmaria; мощность торфа 40—50 см; сезонная мерзлота на глубине 60 см) и на веретьевых комплексах (доминанты: Betula pube-scens, Aulacomnium palustre, Drepanocladus aduncus, Equisetum fluviatile; мощность торфа около 2 м).
Ключевой участок "Крещенское" (55.8° с.ш., 80.0° в.д.) расположен в 60 км к северу от г. Каргат (Новосибирская область) на левобережной террасе р. Омь. Болотные ландшафты представлены осоково-тростниковыми займищами, а также ме-зотрофными и эвтрофными осоково-гипновыми топями. Измерения проводились в займищах (доминанты: P. australis, Carexjuncella, Campylium sp.; мощность торфа 60 см) и мезотрофных болотах (C. rostrata, E. fluviatile, C. vesicaria; мощность торфа около 2 м).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Измерения удельных потоков СН4 осуществляли статическим камерным методом [35, 40]. Основание из нержавеющей стали (37 х 37 или 40 х 40 см2 и высотой 15 см) врезалось в почву не ранее, чем за 15 мин до проведения измерений, чтобы изменения профиля концентрации метана в почве, внесенные при врезании камеры, нивелировались. Далее на основание устанавливалась камера из оргстекла (параллелепипед размером 30 х 30 х 40 см3, одна из граней которого отсутствовала), при этом контакт камеры и основания герметизировался гидрозатвором (вода заливалась в пазы основания таким образом, чтобы место контакта камеры и основания было погружено минимум на 1 см в воду). Затем в отверстие в верхней грани камеры вставлялась резиновая пробка, через которую проходила металлическая трубка с надетым на нее резиновым шлангом. К этому шлангу присоединялся шприц для отбора проб газа. Отбор осуществлялся в равноотстоящие моменты времени t0 = 0, t1, t2 и t3. Время экспозиции (t3 — t0) выбиралось в соответствии с ти-
пом микрорельефа и варьировало от 30 мин на точках с предположительно высокими потоками (например, на обводненных мочажинах) до 60 мин на точках с вероятно низкими потоками (например, на грядах). До момента анализа на хроматографе шприцы с пробами хранились под слоем воды (для предотвращения утечек метана — метан очень плохо растворим в воде), предварительно прокипяченной (она не содержи
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.