1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 9, 2023

Почвоведение, 2023, № 9, стр. 1103-1115

Краткосрочная динамика эмиссии СО2 и содержания углерода в городских почвенных конструкциях степной зоны

С. Н. Горбов a, В. И. Васенев b, c, Е. Н. Минаева a, С. С. Тагивердиев a, *, П. Н. Скрипников a, О. С. Безуглова a

a Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского
344006 Ростов-на-Дону, пр-т Стачки, 194/1, Россия

b Российский университет дружбы народов
117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6, Россия

c Группа географии почв и ландшафтов, Университет Вагенингена
6707 Вагенинген, Нидерланды

* E-mail: 2s-t@mail.ru

Поступила в редакцию 28.02.2023
После доработки 15.05.2023
Принята к публикации 17.05.2023

Аннотация

Почвенные конструкции – важный компонент городской зеленой инфраструктуры, роль которого в балансе углерода городских экосистем остается недостаточно изученной. Динамика запасов углерода и эмиссии СО2 почвенных конструкций зависит как от биоклиматических условий, так и от параметров конструирования – используемых субстратов, состава и мощности слоев. Исследования динамики запасов углерода и эмиссии СО2 проводили на конструктоземах различного строения, созданных на базе “Экспериментального стационара по изучению почвенных конструкций” в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Стационар включает 15 автономных площадок, на которых представлены 5 различных вариантов почвенных конструкций, созданных на основе субстратов, традиционно используемых для задач озеленения и благоустройства в городах степной зоны. В качестве фоновой почвы изучали чернозем миграционно-сегрегационный (Haplic Chernozem), расположенный на плакорном участке в непосредственной близости от экспериментального стационара. Мониторинговые исследования в течение года (с сентября 2020 г. по ноябрь 2021 г.) позволили сопоставить сезонную динамику содержания органического и неорганического углерода и эмиссии СО2 для различных вариантов почвенных конструкций по сравнению с фоном. Во всех конструкциях, созданных на основе гумусово-аккумулятивных горизонтов черноземов, отмечена высокая и заметная зависимость эмиссии СО2 от температуры воздуха (при р < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.76, конструкции 3 – r = 0.82, конструкции 4 – r = 0.76, конструкции 5 – r = 0.49) и почвы (при p < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.58, конструкции 3 – r = 0.74, конструкции 4 – r = 0.75, конструкции 5 – r = 0.68). Определены запасы биомассы газонных трав, произрастающих на конструкциях, отмечена положительная корреляция эмиссии СО2 и прироста наземной биомассы (для конструкции 2 умеренная корреляция (r = 0.48, p < 0.05), для конструкций 3 и 4 – заметная (r = 0.5, p < 0.05; r = 0.68, p < 0.05), а для конструкции 5 – высокая (r = 0.75, p < 0.05)). Изучена динамика запаса различных форм углерода в первый год функционирования конструкций. На основании сопоставления потоков и запасов углерода показано, что в условиях умеренно-континентального климата г. Ростова-на-Дону газонные экосистемы на ранних стадиях существования конструктоземов не могут считаться участками нетто-стока углерода.

Ключевые слова: городские почвы, конструктоземы, черноземы (Haplic Chernozems), эмиссия углекислого газа

Список литературы

  1. Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 251 с.

  2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 488 с.

  3. Безуглова О.С., Горбов С.Н., Скрипников П.Н. Гумусное состояние почв Ростовской агломерации. Ростов-на-Дону-Таганрог: ЮФУ, 2022. 138 с.

  4. Васенев В.И., Прокофьева Т.В., Макаров О.А. Разработка подхода к оценке запасов почвенного органического углерода мегаполиса и малого населенного пункта // Почвоведение. 2013. № 6. С. 725–736.

  5. Визирская М.М. Функционально-экологическая оценка лесных подзолистых почв в условиях Московского мегаполиса: на примере ЛОД РГАУ-М-СХА им. К.А. Тимирязева. Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2014. 25 с.

  6. Горбов С.Н. Генезис, классификация, экологическая роль городских почв Юга Европейской части России (на примере ростовской агломерации). Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2018. 48 с.

  7. Горбов С.Н. Генезис, классификация и экологическая роль городских почв Европейской части Юга России (на примере Ростовской агломерации). Дис. … докт. биол. наук. М., 2018. 488 с.

  8. Горбов С.Н., Безуглова О.С. Почвенный покров Ростовской агломерации. Ростов-на-Дону, 2019. 186 с.

  9. Захаров С.А. Почвы Ростовской области и их агрономическая характеристика. Ростов-на-Дону: Ростиздат, 1946. 123 с.

  10. Иващенко К.В., Ананьева Н.Д., Васенев В.И., Кудеяров В.Н., Валинтини Р. Биомасса и дыхательная активность почвенных микроорганизмов в антропогенно-измененных экосистемах (Московская область) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1077–1088.

  11. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Краев Г.Н. Методическое руководство по анализу эмиссий углерода из почв поселений в тундре. М.: Изд-во ЦЭПЛ РАН, 2015. 64 с.

  12. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Изд-во Ойкумена, 2004. 342 с.

  13. Минеев В.Г. Практикум по агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.

  14. Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. Ростов-на-Дону, 1993. 167 с.

  15. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И., Безуглова О.С., Бахматова К.А., Гольева А.А., Горбов С.Н., Жарикова Е.А., Матинян Н.Н., Наквасина Е.Н., Сивцева Н.Е. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1155–1164.

  16. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М: ГЕОС, 2015. 233 с.

  17. Смагин А.В. Настоящее и будущее самой плодородной почвы // Наука в России. 2013. № 1. С. 23–30.

  18. Шамрикова Е.В., Ванчикова Е.В., Кондратёнок Б.М., Лаптева Е.М., Кострова С.Н. Проблемы и ограничения дихроматометрического метода измерения содержания почвенного органического вещества (обзор) // Почвоведение. 2021. № 7. С. 784–794. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070097

  19. Bandaranayake W., Qian Y.L., Parton W.J., Ojima D.J., Follett R.F. Estimation of Soil Organic Carbon Changes in Turfgrass Systems Using the CENTURY Model // Agron. J. 2003. V. 95. P. 558–563.

  20. Blum W.E.H. Functions of soil for society and environment // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2005. V. 4. P. 75–79.

  21. Burba G. Eddy covariance method for scientific, industrial, agricultural and regulatory applications. Li & Cor Biosciences, 2013. 44 p.

  22. Chapin F.S., Woodwell G.M., Randerson J.T., Rastetter E.B., Lovett G.M., Baldocchi D.D. Reconciling carbon-cycle concepts, terminology and methods // Ecosystems. 2006. V. 9. P. 1041–1050.

  23. Delden van L., Larsen E., Rowlings D., Scheer C., Grace P. Establishing turf grass increases soil greenhouse gas emissions in peri-urban environments // Urban. Ecosyst. 2016. V. 19. P. 749–762.

  24. Dvornikov Y.A., Vasenev V.I., Romzaykina O.N., Grigorieva V.E., Litvinov Y.A., Gorbov S.N., Dolgikh A.V., Korneykova M.V., Gosse D.D. Projecting the urbanization effect on soil organic carbon stocks in polar and steppe areas of European Russia by remote sensing // Geoderma. 2021. V. 399. P. 115039. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115039

  25. FAO Climate-smart agriculture. Sourcebook. 2013. E-ISBN 978-92-5-107721-4

  26. Fekete I., Berki I., Lajtha K., Trumbore S., Francioso O., Gioacchini P., Montecchio D. et al. How will a drier climate change carbon sequestration in soils of the deciduous forests of Central Europe? // Biogeochemistry. 2021. V. 152. P. 13–32. https://doi.org/10.1007/s10533-020-00728-w

  27. Gillman L.N., Bollard B., Leuzinger S. Calling time on the imperial lawn and the imperative for greenhouse gas mitigation // Global Sustainability. 2023. V. 6. № 3. https://doi.org/10.1017/sus.2023.1

  28. Ignatieva M., Eriksson F., Eriksson T., Berg P., Hedblom M. The lawn as a social and cultural phenomenon in Sweden // Urban Forestry Urban Greening. 2017. V. 21. P. 213–223.

  29. Ignatieva M., Hedblom M. An alternative urban green carpet // Science. 2018. V. 362. № 6411. P. 148–149. https://doi.org/10.1126/science.aau6974

  30. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria.

  31. Lal R. Agricultural activities and the global carbon cycle // Nutr Cycl Agroecosyst. 2004. V. 70. P. 103–116.

  32. Lefèvre C., Rekik F., Alcantara V., Wiese L. Soil Organic Carbon: The Hidden Potential (UN Food and Agriculture Organization, Rome, 2017).

  33. Lorenz K., Kandeler E. Biochemical characterization of urban soil profiles from Stuttgart, Germany // Soil Biol. Biochem. 2005. V. 37. № 7. P. 1373–1385.

  34. Lorenz K., Lal R. Biogeochemical C and N cycles in urban soils // Environ Int. 2009. V. 35. P. 1–8.

  35. Pickett S.T.A., Cadenasso M.L., Grove J.M., Boone C.G., Groffman P.M., Irwin E., Kaushal S.S., Marshall V., McGrath B.P., Nilon C.H., Pouyat R.V., Szlavecz K., Troy A., Warren P. Urban ecological systems: scientific foundations and a decade of progress // J. Environ. Manag. 2011. V. 92. P. 331–362.

  36. Pouyat R.V., Yesilonis I.D., Golubiewski N.E. A comparison of soil organic carbon stocks between residential turfgrass and native soil // Urban Ecosyst. 2009. V. 12. P. 45–62.

  37. Qian Y.L., Bandaranayake W., Parton W.J., Mecham B., Harivandi M.A., Mosier A.R. Long-term effects of clipping and nitrogen management in turfgrass on soil organic carbon and nitrogen dynamics: The CENTURY model simulation // J. Environ. Qual. 2003. V. 32. P. 1694–1700.

  38. Raich J.W., Potter C.S., Bhagawati D. Interannual variability in global respiration 1980-94 // Glob. Chang. Biol. 2002. V. 8. P. 800–812.

  39. Robbins P., Birkenholtz T. Turfgrass Revolution: Measuring the Expansion of the American Lawn // Land Use Policy. 2003. V. 20. P. 181–194. https://doi.org/10.1016/S0264-8377(03)00006-1

  40. Roper W.R., Robarge W.P., Osmond D.L., Heitman J.L., Comparing four methods of measuring soil organic matter in North Carolina soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2019. V. 83. P. 466–474.

  41. Rossiter D.G. Classification of urban and industrial soils in the world Reference Base for soil resources // J. Soils Sediments. 2007. V. 7. P. 96–100.

  42. Sarzhanov D.A., Vasenev V.I., Vasenev I.I., Sotnikova Y.L., Ryzhkov O.V., Morin T. Carbon stocks and CO2 emissions of urban and natural soils in Central Chernozemic region of Russia // Catena. 2017. V. 158. P. 131–140.

  43. Selhorst A., Lal R. Net Carbon sequestration potential and emissions in home lawn turfgrasses of the United States // Environ. Managem. 2013. V. 51. P. 198–208. https://doi.org/10.1007/s00267-012-9967-6

  44. Shanin V.N., Bykhovets S.S., Chertov O.G., Komarov A.S. The effect of various external factors on dynamics of organic carbon in different types of forest: a simulation-based assessment // Russ. For. Sci. 2018. V. 5. P. 335–346.

  45. Shchepeleva A.S., Vasenev V.I., Mazirov I.M., Vasenev I.I., Prokhorov I.S., Gosse D.D. Changes of soil organic carbon stocks and CO2 emissions at the early stages of urban turf grasses’ development // Urban Ecosystems. 2017. V. 20. P. 309–321.

  46. Sleutel S., De Neve S., Singier B., Hofman G. Quantification of organic carbon in soils: A comparison of methodologies and assessment of the carbon content of organic matter // Comm. Soil Sci. Plant Analysis. 2007. V. 38. № 19–20. P. 2647–2657.

  47. Tagiverdiev S.S., Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Skripnikov P.N. The content and distribution of various forms of carbon in urban soils of Southern Russia on the example of Rostov agglomeration // Geoderma Regional. 2020. V. 21. P. e00266.

  48. Thienelt T.S., Anderson D.E. Estimates of energy partitioning, evapotranspiration, and net ecosystem exchange of CO2 for an urban lawn and a tallgrass prairie in the Denver metropolitan area under contrasting conditions // Urban Ecosyst. 2021. V. 24. P. 1201–1220. https://doi.org/10.1007/s11252-021-01108-4

  49. Trammell T.L.E., Pouyat R.V., Carreiro M.M., Yesilonis I. Drivers of soil and tree carbon dynamics in urban residential lawns: a modeling approach // Ecological Appl. 2017. V. 27. https://doi.org/10.1002/eap.1502

  50. Velasco E., Segovia E., Choong A.M.F., Lim B.K.Y., Vargas R. Carbon dioxide dynamics in a residential lawn of a tropical city // J. Environ. Management. 2021. V. 280. P. 111752. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111752

  51. Zomer R.J., Bossio D.A., Sommer R., Verchot L.V. Global sequestration potential of increased organic carbon in cropland soils // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 15554. https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8

Дополнительные материалы

скачать ESM.docx
Приложение 1. Рис. S1. - Рис. S5.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал