1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 11, 2023

Почвоведение, 2023, № 11, стр. 1371-1384

Почвы и пулы углерода на шунгитовых породах южной Карелии при разных типах землепользования

И. А. Дубровина a, *, Е. В. Мошкина b, А. В. Туюнен b, Н. В. Геникова b, А. Ю. Карпечко b, М. В. Медведева b

a Институт биологии КарНЦ РАН
185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11, Россия

b Институт леса КарНЦ РАН
185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11, Россия

* E-mail: vorgo@mail.ru

Поступила в редакцию 13.03.2023
После доработки 17.06.2023
Принята к публикации 21.06.2023

Аннотация

Исследованы азональные органо-аккумулятивные почвы на шунгитовых породах и влияние типа землепользования на их свойства и экосистемные запасы углерода. Проанализированы изменения в строении почвенных профилей, основные химические и микробиологические показатели верхних горизонтов, запасы Сорг и Смик почвы в метровом слое и структура углеродных пулов участков. Исследовали сосняк в качестве контроля, пашню, сенокос, а также молодой ольшаник и средневозрастной смешанный лес. В отличие от зональных почв изменение землепользования не ведет к значительной трансформации свойств шунгитовых почв. Наибольшее влияние оказывает удаление камней, способствующее образованию развитых пахотных горизонтов. Для почв характерны высокая скелетность, слабодифференцированный маломощный профиль, низкие значения плотности и близкая к нейтральной реакция среды. Большой разброс значений содержания Сорг от 1.6 до 11.7% обусловлен неоднородным составом почвообразующих пород. Сельскохозяйственное освоение способствует накоплению обменных оснований, подвижных калия и фосфора, содержание которых в шунгитовых почвах повышено изначально. Для всех участков характерна высокая скорость минерализации органического вещества (С/N не выше 17). В почвах отмечено небольшое содержание Смик (84–245 мг С/кг), что может быть следствием малой доступности субстрата вследствие литогенного происхождения углерода и повышенных концентраций тяжелых металлов и лантаноидов в шунгитовых породах. Запасы органического углерода почв колеблются в пределах 17–251 т С/га, а запасы Смик – в пределах 6–43 г С/м2. Общие экосистемные запасы углерода (надземная и подземная фитомасса, дебрис, подстилка и почва) максимальны на сенокосе (259 т С/га) и минимальны в молодом лесу (74 т С/га). Общий запас углерода на участках пашни, средневозрастного и контрольного лесов находится в пределах 169–211 т С/га.

Ключевые слова: изменение землепользования, почвенные функции, запасы углерода, органический углерод почвы, углерод микробной биомассы, органо-аккумулятивные почвы

Список литературы

  1. Ананко Т.В., Герасимова М.И., Конюшков Д.Е. Почвы горных территорий в классификации почв России // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 122–146. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2018-92-122-146

  2. Атлас Карельской АССР / Под ред. Дурова А.Г. М.: ГУГК СССР, 1989. 40 с.

  3. Богданова М.С. Ландшафты Заонежского полуострова (Республика Карелия) // Известия Русского географического общества. 2021. № 1. С. 32–58. https://doi.org/10.31857/S086960712101002X

  4. Бондарь Е.Б., Клесмент И.Р., Куузик М.Г. Исследование структуры и генезиса шунгита // Горючие сланцы. 1987. 4/4. С. 377–393.

  5. Борисов П.А. Карельские шунгиты. Петрозаводск: КФАН СССР, 1956. 92 с.

  6. Васенёв В.И., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В. Влияние поллютантов (тяжелые металлы, дизельное топливо) на дыхательную активность конструктоземов // Экология. 2013. № 6. С. 436–445. https://doi.org/10.7868/S0367059713060115

  7. Дубровина И.А. Изменение содержания общего углерода, азота и фосфора в почвах таежной зоны Республики Карелия при сельскохозяйственном использовании // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. 2018. № 41. С. 27–41. https://doi.org/10.17223/19988591/41

  8. 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

  9. 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

  10. Ерёмин Д.И. Изменение содержания и качества гумуса при сельскохозяйственном использовании чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья // Почвоведение. 2016. № 5. С. 584–592. https://doi.org/10.7868/S0032180X1605004X

  11. Загуральская Л.М., Морозова Р.М. Биологическая активность почв на шунгитовых породах // Почвоведение. 2003. № 1. С. 90–96.

  12. Исаченко Т.Е. Историко-географическое районирование побережья Онежского озера для рубежа XVIII–XIX вв. и его современная интерпретация // Известия русского географического общества. 2018. Т. 150. № 2. С. 48–72.

  13. История Карелии с древнейших времен до наших дней / Под ред. Кораблевой Н.А. и др. Петрозаводск: Периодика, 2001. 944 с.

  14. Кикеева А.В., Чаженгина С.Ю., Чаженгина Е.А. Редкоземельные элементы в шунгитовых почвах: содержание, распределение и особенности микоризообразования // Принципы экологии. 2019. Т. 8. № 1. С. 32–46.

  15. Красильников П.В. Устойчивые соединения углерода в почвах: происхождение и функции // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1131–1144. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090075

  16. Крупеник В.А., Свешникова К.Ю. Корреляция разреза ОПС с опорными разрезами Онежской структуры // Онежская палеопротерозойская структура (геология, тектоника, глубинное строение и минерагения) Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. С. 190–195.

  17. Морозова Р.М., Федорец Н.Г., Бахмет О.Н. Почвы и почвенный покров Заонежья Карелии // Тр. КарНЦ РАН. 2004. Вып. 6. С. 69–89.

  18. Пономарев А.П. Шунгитовые породы как источник редкоземельных ультрамикроэлементов – лантаноидов // Микроэлементы в медицине. 2019. № 20(2). С. 55–65. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2019-20-2-55-65

  19. Пономарев А.П., Тютиков С.Ф., Подколзин И.В., Большаков Д.Б. Оценка химического состава шунгита Зажогинского месторождения для его использования в биотехнологии // Геохимия. 2022. Т. 67. № 2. С. 171–181. https://doi.org/10.31857/S0016752522020078

  20. Приходько В.Е., Манахов Д.В. Изменение органического вещества почв степного Зауралья при переводе в заповедный режим // Почвоведение. 2014. № 4. С. 401–409. https://doi.org/10.7868/S0032180X14020099

  21. Рыбаков Д.С. Влияние палеопротерозойских образований онежской структуры на геохимические особенности почв Заонежья // Тр. Карельского научного центра РАН № 10. 2020. С. 72–83. https://doi.org/10.17076/geo1283

  22. Рыжова И.М., Подвезенная М.А. Пространственная вариабельность запасов органического углерода в почвах лесных и степных биогеоценозов // Почвоведение. 2008. № 12. С. 1429–1437.

  23. Рыжова И.М., Телеснина В.М., Ситникова А.А. Динамика свойств почв и структуры запасов углерода в постагрогенных экосистемах в процессе естественного лесовосстановления // Почвоведение. 2020. № 2. С. 230–243. https://doi.org/10.31857/S0032180X20020100

  24. Сидорова В.А., Юркевич М.Г. Запасы и профильное распределение биофильных элементов в естественных и антропогенно трансформированных почвах Заонежья // Агрофизика. 2018. № 4. С. 50–58. https://doi.org/10.25695/AGRPH.2018.04.08

  25. Степанова А.В., Самсонов А.В., Ларионов А.Н. Заключительный эпизод магматизма среднего палеопротерозоя в Онежской структуре: данные по долеритам Заонежья // Тр. Карельского научного центра РАН. № 1. 2014. С. 3–16.

  26. Сушко С.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Кудеяров В.Н. Эмиссия СО2, микробная биомасса и базальное дыхание чернозема при различном землепользовании // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1081–1091. https://doi.org/10.1134/S0032180X19090090

  27. Сычёв В.Г., Шевцова Л.К., Мёрзлая Г.Е. Исследование динамики и баланса гумуса при длительном применении систем удобрения на основных типах почв // Агрохимия. 2018. № 2. С. 3–21. https://doi.org/10.7868/S0002188118020011

  28. Телеснина В.М., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Овсепян Л.А., Личко В.И., Ермолаев А.М., Мирин Д.М. Динамика свойств почв и состава растительности в ходе постагрогенного развития в разных биоклиматических зонах // Почвоведение. 2017. № 12. С. 1514–1534. https://doi.org/10.7868/S0032180X17120115

  29. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кулачкова С.А., Горленко М.В., Учанов П.В., Сушко С.В., Ананьева Н.Д. Микробиологические показатели агродерново-подзолистых почв разной гумусированности при внесении тяжелых металлов и углеродсодержащих препаратов // Почвоведение. 2021. № 3. С. 372–384. https://doi.org/10.31857/S0032180X21030151

  30. Федорец Н.Г., Морозова Р.М. Бахмет О.Н., Ткаченко Ю.Н. Почвы и почвенный покров Заонежья // Экологические проблемы освоения месторождения Средняя Падма. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2005. С. 20–34.

  31. Филиппов М.М., Голубев А.И., Медведев П.В. Органическое вещество шунгитоносных пород Карелии (генезис, эволюция, методы изучения) / Отв. ред. Филиппов М.М. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 1994. 208 с.

  32. Филиппов М.М., Дейнес Ю.Е. Субпластовый тип месторождений шунгитов Карелии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2018. 261 с.

  33. Филиппов М.М., Лохов К.И. Синхронность развития палеопротерозойского феномена “Шуньга” в бассейнах-аналогах // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2018. Т. 63, вып. 3. С. 363–392.

  34. Чаженгина С.Ю., Рожкова В.С., Кочнева И.В. Моделирование процессов абиогенного выветривания углеродистого вещества палеопротерозойских шунгитовых пород онежской структуры (Карелия) // Тр. Карельского научного центра РАН. 2019. № 2. С. 67–79. https://doi.org/10.17076/geo827

  35. Чернова О.В., Рыжова И.М., Подвезенная М.А. Влияние исторических и региональных особенностей землепользования на величину и структуру запасов углерода в южной тайге и лесостепи Европейской России // Почвоведение. 2018. № 6. С. 747–758. https://doi.org/10.7868/S0032180X18060114

  36. Чернова О.В., Рыжова И.М., Подвезенная М.А. Опыт региональной оценки изменений запасов углерода в почвах южной тайги и лесостепи за исторический период // Почвоведение. 2016. № 8. С. 1013–1028. https://doi.org/10.7868/S0032180X16080037

  37. Чэнь С.Х., Хоу С., Убугунов Л.Л., Вишнякова О.В., У С., Рен В., Дин Ю. Запасы углерода в типичной степи при различном управлении выпасом // Почвоведение. 2014. № 11. С. 1365–1374. https://doi.org/10.7868/S0032180X14110100

  38. Bakhmet O.N., Fedorets N.G. Soils and their characteristics on Zaonezhye Peninsula // Biogeography, landscapes, ecosystems and species of Zaonezhye Peninsula, in Onega Lake, Russian Karelia. Reports of the Finnish Environment Institute. 2014. V. 40. P. 53–55.

  39. Bastin J.F., Finegold Y., Garcia C., Mollicone D., Rezende D., Routh C.M., Zohner T.W. The global tree restoration potential // Science. 2019. V. 365. P. 76–79. https://doi.org/10.1126/science.aax0848

  40. Bispo A., Andersen L., Angers D.A., Bernoux M., Brossard M., Cécillon L., Comans R.N.J., Harmsen J., Jonassen K., Lamé F., Lhuillery C., Maly S., Martin E., Mcelnea A.E., Sakai H., Watabe Y., Eglin T.K. Accounting for carbon stocks in soils and measuring GHGs emission fluxes from soils: do we have the necessary standards? // Frontiers Environ. Sci. 2017. V. 41. https://doi.org/10.3389/fenvs.2017.00041

  41. Brown I. Challenges in delivering climate change policy through land use targets for afforestation and peatland restoration // Environ. Sci. Policy. 2020. V. 107. P. 36–45. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2020.02.013

  42. Buseck P.R., Galdobina L.P., Kovalevski V.V., Rozhkova N.N. Shungites: The C-rich rocks of Karelia, Russia // Canadian Mineralogist. 1997. V. 35. P. 1363–1378.

  43. Hurisso T.T., Norton J.B., Norton U. Soil profile carbon and nitrogen in prairie, perennial grass – legume mixture and wheat-fallow production in the central High Plains, USA // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2013. V. 181. P. 179–187. https://doi.org/10.1016/j.agee.2013.10.008

  44. Kovalevski V.V., Buseck P.R., Cowley J.M. Comparison of carbon in shungite rocks to other natural carbons: An X-ray and TEM study // Carbon. 2001. V. 39. P. 243–256. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00120-2

  45. Lambin E.F., Gibbs H.K., Ferreira L., Grau R., Mayaux P., Meyfroidt P., Morton D.C., Rudel T.K., Gasparri I., Munger J. Estimating the world’s potentially available cropland using a bottom-up approach // Global Environmental Change. 2013. V. 23(5). P. 892–901. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2013.05.005

  46. Mathe I., Shimelis H., Mutema M., Minasny B., Chaplot V. Crops for increasing soil organic carbon stocks – a global meta analysis // Geoderma. 2020. V. 367. P. 114230. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114230

  47. Melezhik V.A., Črne A.E., Prave A.R. The Onega Basin // Reading the Archive of Earth’s Oxygenation. V. 2: The Core Archive of the Fennoscandian Arctic Russia – Drilling Early Earth Project Series: Frontiers in Earth Sciences. Springer: Heidelberg. 2013. P. 769–1046.

  48. Melezhik V.A., Fallick A.E., Filippov M.M., Larsen O. Karelian shungite – an indication of 2.0-Ga-old metamorphosed oil-shale and generation of petroleum: geology, lithology and geochemistry // Earth Sci. Rev. 1999. V. 47. P. 1–40. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(99)00027-6

  49. Melezhik V.A., Filippov M.M., Romashkin A.E. A giant Palaeproterozoic deposit of shungite in NW Russia: genesis and practical application // Ore Geology Rev. 2004. V. 24. P. 135–154. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2003.08.003

  50. Munsell A. Munsell Soil Color Charts. Revised Washable Edition. Munsell Color. New Windsor. N.Y. 2000.

  51. Nayak N., Mehrotra R., Mehrotra S. Carbon biosequestration strategies: a review // Carbon Capture Sci. Technol. 2022. V. 4. 100065. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2022.100065

  52. Papa S., Bartoli G., Pelligrino A., Fioretto A. Microbial activities and trace element content in an urban soil // Environ. Monitor. Assessment. 2010. V. 165. P. 193–203. https://doi.org/10.1007/s10661-009-0938-1

  53. Verchovsky A.V., Watson J.S., Wright I.P., Lokhov K.I., Prasolov E.M., Prilepski E.B., Polekhovski Yu.S., Goltsin N.A. Nitrogen isotopes in shungite // Geophysical Research Abstracts. 2006. V. 8. P. 10920.

  54. Wang Z., Zhao M., Yan Z., Yang Y., Niklas K.J., Huang H., Mipam T.D., He X., Hu H., Wright S.J. Global patterns and predictors of soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus in terrestrial ecosystems // Catena. 2022. V. 211. P. 106037. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106037

  55. 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.

  56. Xua Y., Seshadri B., Bolan N., Sarkar B., Ok Y.S., Zhang W., Rumpel C., Sparks D., Farrell M., Hall T., Dong Z. Microbial functional diversity and carbon use feedback in soils as affected by heavy metals // Environ. Int. 2019. V. 125. P. 478–488. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.01.071

  57. Yuangen Y., Campbell C.D., Clark L. Microbial indicators of heavy metal contamination in urban and rural soils // Chemosphere. 2006. V. 63. P. 1942–1952. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.10.009

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал