ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 7, с. 867-874
^ БИОЛОГИЯ
ПОЧВ
УДК 631.46
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ЭМИССИИ С02, СН4, N30 И N0 ИЗ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ ПОЙМЫ р. ЯХРОМА*
© 2004 г. В. В. Новиков1, А. Л. Степанов1, А. И. Поздняков2, Е. В. Лебедева3
1Факулътет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы 2Дмитровский филиал Всероссийского научно-исследователъского института мелиорированных земелъ,
г. Дмитров, Московской обл. 3Институт микробиологии РАН, Москва Поступила в редакцию 18.03.2003 г.
Изучена динамика эмиссии окиси азота в торфяных почвах. Установлена зависимость интенсивности эмиссии парниковых газов от возраста освоения торфяных почв. Низкая скорость эмиссии С02, СН4 и К20 зарегистрирована в торфяной почве с наибольшим временем освоения (более 80 лет), максимальная эмиссия парниковых газов установлена в торфяной почве, находящейся на первой стадии освоения. Установлен пик активности процессов эмиссии и поглощения парниковых газов, приходящийся на конец июля - начало августа.
ВВЕДЕНИЕ
Мировые запасы торфа в настоящее время оцениваются в 500 млрд. т и рассматриваются как уникальный природный резервуар органического вещества, во многом определяющий глобальный баланс парниковых газов (прежде всего С02 и СН4) в современной атмосфере Земли. Россия является страной с наиболее значительным распространением торфяных массивов. В лесной (избыточно увлажненной) зоне страны сосредоточена наибольшая площадь болот (свыше 80% всего торфяного фонда). Одним из наиболее важных и интересных объектов является Клинско-Дмит-ровская гряда, проходящая через центральную часть Средней торфо-болотной области. Ее приуроченность к центру обусловила наиболее длительный и всесторонний анализ изменений торфов в процессе освоения на протяжении уже почти века. Центром изучения мелиорированных торфов стала Яхромская пойма, сток на которой зарегулирован более 80 лет назад.
Строительство осушительных систем вносит коренные изменения в болотные ландшафты: повышается общая дренированность территории; преобразуются условия питания и разгрузки грунтовых и поверхностных вод, вместо накопления органического вещества происходит его сра-ботка [4]. Осушение торфа уменьшает взвешивающее давление болотных вод на верхние слои торфяной залежи, происходит усадка торфа, усиливаются аэробные процессы его разложения, создаются условия для ускоренной минерализации органического вещества торфяных почв, воз-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 02-04-49061).
растает эмиссия парниковых газов (С02, СН4 и К20) из почв в атмосферу.
Цель настоящей работы состояла в определении влияния длительного освоения на процессы микробной трансформации азота и углерода в торфяных почвах Яхромской поймы.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Яхрома, являясь притоком р. Сестры, принадлежит бассейну Волги. Она берет свое начало в высотах Клинско-Дмитровской гряды и протекает в северной части Московской обл. в направлении с юго-востока на северо-запад. В верховьях река имеет узкую долину. К северо-западу от г. Дмитрова, в районе расположения Центральной торфо-болотной опытной станции (ЦТБОС) - одного из старейших учреждений по исследованию торфов - глубоко врезанная долина реки несколько расширяется. К северо-западу от ЦТБОС ширина долины достигает 7-8 км. Это обширное озеровидное расширение в настоящее время заторфовано. Здесь и расположены исследованные торфяные почвы (табл. 1). Современная долина реки здесь вложена в обширную древнюю котловину, оформившуюся еще в доледниковое время. Километрах в 20-25 к северо-западу от ЦТБОС эта древняя котловина сливается с долиной р. Сестры и постепенно переходит в Верх-не-Волжскую низменность [3].
Сопоставляя среднемесячные многолетние данные по температуре воздуха и количеству выпадавших осадков в г. Дмитрове и расположенной в пойме р. Яхромы метеостанции ЦТБОС, Скрынникова [9] констатировала, что различия в этих показателях невелики (среднегодовая темпе-
867
7*
Таблица 1. Основные характеристики изученных почв
Название почвы и возраст освоения Степень разложения, % Зольность, % С общ, % С/К N общ, % N-N03, мг/100 г N-^4 водный, м/100 г
Торфяная хорошо окультуренная на травяно-гипновых торфах, многолетние травы, 80-85 лет освоения (участок 1) >50 15.40 16.80 12.9 1.30 0.69 3.31
Торфяная окультуренная на древесно-разнотравном торфе, интенсивное использование, 35-40 лет освоения (участок 2) >50 31.07 26.43 15.0 1.76 3.22 2.24
Торфяная окультуренная железистая на осоково-гипновом торфе, интенсивное использование, 35-40 лет освоения, (участок 3) >50 37.08 25.78 10.5 2.45 1.32 2.34
Неокультуренная карбонатно-торфяная на гипновом разнотравном торфе, лесной массив (участок 4) 30-35 27.79 18.50 8.8 2.10 3.63 3.55
ратура в пойме +3.7°С, в Дмитрове +3.3°С, а за период с мая по сентябрь +14.2°С, на водоразделе + 13.8°С). Основное различие заключается в относительной влажности воздуха.
Так, на территории ЦТБОС в пойме относительная влажность воздуха в 13 часов в летние периоды составляет 70-82%, в то время как на водораздельных пространствах она опускается до 5462%. Высокая относительная влажность воздуха в долине является характерным отличием долинного микроклимата и играет огромную роль как в жизнедеятельности растений, так и в процессах почвообразования, особенно в годы с засушливым летним периодом. Обильные утренние росы летом, характерные для территории землепользования ЦТБОС, являются следствием этой особенности микроклимата. Ход изменений среднемесячных температур воздуха на водоразделе и в долине в течение года одинаков.
Для пойм и водораздельных пространств Московской обл. характерны следующие температурные сезоны:
1. Холодный период (зимний) - со среднесуточной температурой воздуха ниже 0°С; начало периода - 30 октября, конец - 5 апреля. Длительность периода 5 месяцев 5 дней.
2. Переходный период от холодного к теплому (весенний) с температурой воздуха от 0 до + 10°С, начало периода 5 апреля, конец 5 мая. Продолжительность 1 месяц.
3. Теплый период (летний) с температурой воздуха свыше + 10°С, начало - 5 мая, конец 15 сентября. Продолжительность теплого периода 4 ме-
сяца 10 дней. Наиболее теплыми являются июнь, июль, август.
4. Переходный период от теплого к холодному (осенний) с температурой от + 10 до 0°С; с 15 сентября по 30 октября, длительность периода 1.5 месяца [3].
Измерения динамики биологической активности проводили с апреля по октябрь, то есть на протяжении всех перечисленных периодов за исключением зимнего.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Интенсивность эмиссии С02 определяли методом эмиссионных камер [5], что предусматривает измерение скорости накопления С02 внутри изолятора, врезаемого в почву на глубину 5-10 см.
Пробы воздуха отбирали через прокладку в изоляторе немедленно после его установки, а затем еще два раза через равные промежутки времени (т). Общее время инкубации составляло 12 часа. Пробы воздуха переносили в пеницилли-новые флаконы, предварительно заполненные насыщенным раствором соли. Отобранная газовая проба наполовину вытесняла заполняющий флакон раствор. После ввода пробы флаконы переворачивали вверх дном, таким образом, чтобы остаток раствора во флаконе создавал водяной затвор. Избыток соли, содержащийся в растворе, не позволяет газу растворяться. Флаконы, заполненные отобранными газовыми пробами, транспортировали в лабораторию, где на газовом хроматографе определяли величины концентрации
CO2 в воздухе (с0, съ с2). Поток CO2 из почвы в атмосферу рассчитывали по следующей формуле:
D' = -V/T51П[(С! - Со)/(С2 - сх)],
F = D'(d - Со)/[1 - exp(-D W)],
где F - поток газа из почвы в атмосферу, D' - коэффициент диффузии газа в почве, т - время экспозиции, с0 - исходная концентрация газа, с1 -концентрация газа в момент времени т, с2 - концентрация газа в момент времени 2т, V - объем камеры, 5 - площадь камеры.
Коэффициент диффузии (D') позволяет рассчитать поток газа из почвы в атмосферу (F) с учетом поправки на нелинейность скорости накопления газа в изоляторе, что обусловлено процессом диффузного газообмена между изолированным объемом почвы и локальной припочвен-ной атмосферой.
Активность денитрификации и эмиссию метана определяли тем же способом [5], но сразу после установки изолятора, в его внутренний объем через резиновую пробку вводили ацетилен (10% от объема камеры) [5, 10], блокирующий процесс денитрификации на стадии образования закиси азота (N2O). Присутствие ацетилена в газовой фазе позволяет также оценить поток метана из почв, так как ацетилен ингибирует микробное поглощение метана [10]. Время инкубации в зависимости от погодных условий и времени года составляло 12-48 часов.
Полевую активность поглощения метана и закиси азота оценивали по скорости уменьшения концентрации газов в изоляторах. Определение скорости поглощения CH4 и N2O проводилось в два этапа. Сначала вводили определяемый газ, при этом поглощение газа происходило биологически и в результате физико-химических процессов. Затем в газовую фазу вводили ацетилен (10% от объема камеры), ингибирующий биологическое поглощение метана и закиси азота. Активность денитрифицирующих и метанотрофных бактерий определяли по разности между скоростью поглощения газов в присутствии и отсутствии ацетилена. Для этого пробы воздуха из изолятора отбирали немедленно после его установки, а затем еще два раза через равные промежутки времени (t). Общее время инкубации составляло 1-2 часа. Скорость поглощения рассчитывали по следующим формулам:
F1f 2 = ACV/ts, AC = с - с0) + (с2 - сх)/2, F = Fx - F2,
где F - скорость микробного поглощения газа в почве, F1 - суммарная скорость биологического и физико-химического поглощения газа, F2 - скорость физико-химического поглощения газа, с0 -
исходная концентрация газа, с1 - концентрация газа в момент времени I, с2 - концентрация газа в момент времени 21, АС - среднее изменение концентрации определяемого газа в изоляторе, произошедшее за время ?, V - объем камеры, 5 - площадь камеры.
При определении потенциальной активности дыхания образцы почвы (5 г) при естественной влажности помещали в пени
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.