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

Почвоведение, 2023, № 9, стр. 1011-1022

Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор)

В. Н. Кудеяров *

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
142290 Московская область, Пущино, ул. Институтская ул., 2, Россия

* E-mail: vnikolaevich2001@mail.ru

Поступила в редакцию 09.06.2023
После доработки 19.06.2023
Принята к публикации 19.06.2023

Аннотация

Прирост концентрации углекислоты в атмосфере является тригером для активации всех процессов углеродного цикла, включая и дыхание почвы (SR), поскольку вызывает не только рост парникового эффекта атмосферы, но и ее фертилизацию. Следствием фертилизации является тенденция увеличения мировой чистой первичной продукции фотосинтеза (NPP) и гетеротрофного дыхания почв (RH). Повышение глобального наземного стока углерода сопровождалось увеличением СО2 в атмосфере. Мировое увеличение RН находится в связи с мировыми потерями органического углерода почв и подтверждается моделями, в соответствии с которыми среднее время пребывания органического углерода в почвенном пуле за прошлое столетие уменьшилось на 4.4 года. Для оценки уровня секвестрации С в почвах необходимо определение баланса между RH почвы и величиной нового почвенного С-стока в форме чистой биомной продукции (NBP) – устойчивой к минерализации. Сток углерода в экосистемную продукцию (NEP) определяет краткосрочную неустойчивую секвестрацию углерода.

Ключевые слова: общее дыхание почв, гетеротрофное дыхание почв, корневое дыхание почв, эмиссия СО2, сток углерода, чистая первичная, экосистемная и биомная продукция фотосинтеза

Список литературы

  1. Алферов А.М., Блинов В.Г., Гитарский М.Л., Грабар В.А., Замолодчиков Д.Г. и др. Мониторинг потоков парниковых газов в природных экосистемах. Саратов: Амирит, 2017. 279 с.

  2. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.

  3. Благодатский С.А., Ларионова А.А., Евдокимов И.В. Вклад дыхания корней в эмиссию СО2 из почвы // Дыхание почвы. Пущино, 1993. С. 26–32.

  4. Демидов А.Б., Гагарин В.И., Шеберстов С.В. Влияние регионального потепления на первичную продукцию Карского моря в последние две декады (2002–2021 гг.) // Океанология. 2023. Т. 63. № 2. С. 224–242.

  5. Дыхание почв / Под ред. Заварзина Г.А., Кудеярова В.Н. Пущино, 1993. 130 с.

  6. Евдокимов И.В., Ларионова А.А., Шмитт М., Лопес де Гереню В.О. Экспериментальная оценка вклада дыхания корней растений в эмиссию углекислого газа из почвы // Почвоведение. 2010. № 12. С. 1479–1488.

  7. Заварзин Г.А. Предисловие // Дыхание почвы. Пущино, 1993. С. 3–10.

  8. Исаев А.С., Коровин Г.Н. Углерод в лесах Северной Евразии. Круговорот углерода на территории России // Глобальные изменения природной среды и климата. Избр. научн. труды. М., 1999. С. 63–95.

  9. Исаев А.С., Коровин Г.Н., Сухих В.И. и др. Экологические проблемы поглощения углекислого газа посредством лесовосстановления и лесоразведения в России. (аналитический обзор). М.: Центр экол. полит., 1995. 156 с.

  10. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г. Углеродный обмен в криогенных экосистемах. М.: Наука, 2008. 344 с.

  11. Кирюшин В.И., Кирюшин С.В. Агротехнологии. СПб: Лань, 2015. 480 с.

  12. Кудеяров В.Н. Вклад почвы в баланс СО2 атмосферы на территории России// Докл. РАН. 2000. Т. 375. № 2. С. 275–277.

  13. Кудеяров В.Н., Хакимов Ф.И., Деева Н.Ф. и др. Оценка дыхания почв России // Почвоведение. 1995. № 1. С. 33–42.

  14. Курганова И.Н., Кудеяров В.Н. Оценка потоков диоксида углерода из почв таежной зоны России // Почвоведение. 1998. № 9. С. 1058–1070.

  15. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Хорошаев Д.А., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Жмурин В.А., Кудеяров В.Н. Анализ многолетней динамики дыхания почв в лесном и луговом ценозах Приокско-Террасного биосферного заповедника в свете современных климатических трендов // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1220–1236. https://doi.org/10.31857/S0032180X20100111

  16. Ларионова А.А., Евдокимов И.В., Курганова И.Н., Сапронов Д.В., Кузнецова Л.Г., Лопес де Гереню В.О. Дыхание корней и его вклад в эмиссию из почвы // Почвоведение. 2003. № 3. С. 183–194.

  17. Ларионова А.А., Иванникова Л.А., Демкина Т.С. Методы определения эмиссии СО2 из почвы // Дыхание почвы. Пущино, 1993. С. 11–26.

  18. Ларионова А.А., Лопес де Гереню В.О., Сапронов Д.В. и др. Определение вклада дыхания корней травянистых и древесных растений в эмиссию СО2 из почвы // Почвоведение. 2006. № 10. С. 1248–1257.

  19. Остроумов В.Е., Буценко А.Н. Дыхание почвы. Пущино, 1993. 142 с.

  20. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / Под ред. Заварзина Г.А., Кудеярова В.Н. М.: Наука, 2007. 315 с.

  21. Паников Н.С., Палеева М.В., Дедыш С.Н., Дорофеев А.Г. Кинетические методы определения биомассы и активности различных групп почвенных микроорганизмов // Почвоведение. 1991. № 8. С. 109–120.

  22. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М.–Л.: Наука, 1965. 253 с.

  23. Рысков Я.Г., Иванов И.В., Демкин В.А., Хакимов Р.Ф. Динамика запасов карбонатов в почвах России за историческое время и их роль как буферного резервуара атмосферной углекислоты // Почвоведение. 1997. № 8. С. 934–942.

  24. Федоров-Давыдов Д.Г. Дыхательная активность тундровых биогеоценозов и почв Колымской низменности // Почвоведение. 1998. № 3. С. 291–301.

  25. Шевцова Л.К., Романенков В.А., Блоговещенский Г.В., Хайдуков Г.В., Канзываа С.О. Структура баланса углерода и биоэнергетическая оценка его компонентов в агроценозах длительных полевых опытов // Агрохимия. 2015. № 12. С. 67–75.

  26. Ali E.F., Al-Yasi H.M., Kheir A.M.S., Eissa M.A. et al. Effect of biochar on CO2 sequestration and productivity of pearl millet plants grown in saline sodic soils // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2021. V. 21. № 2. P. 897–907. https://doi.org/10.1007/s42729-021-00409-z

  27. Bahn M., Reichstein M., Davidson E.A., Grünzweig J. et al. Soil respiration at mean annual temperature predicts annual total across vegetation types and biomes // Biogeosciences. 2010. V. 7. P. 2147–2157. https://doi.org/10.5194/bg-7-2147-2010

  28. Berhane M., Xu M., Liang Z.Y., Shi J. et al. Effects of long-term straw return on soil organic carbon storage and sequestration rate in North China upland crops: A meta-analysis // Glob. Change Biol. 2020. V. 26. № 4. P. 2686–2701. https://doi.org/10.1111/gcb.15018

  29. Bond-Lamberty B., Thomson A. A global database of soil respiration data // Biogeosciences. 2010. V. 7. P. 1915–1926. https://doi.org/10.5194/bg-7-1915-2010

  30. Bond-Lamberty B., Thomson A. Temperature-associated increases in the global soil respiration record // Nature. 2010. V. 464. P. 579–582. https://doi.org/10.1038/nature08930

  31. Canadell J.G., Monteiro P.M.S., Costa M.H., Cotrim da Cunha L., Cox P.M. et al. Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks // Climate Change. Cambridge, 2021. P. 673–816. https://doi.org/10.1017/9781009157896.007

  32. Climate Change. The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment / Ed. Houghton J.T. et al. Cambridge, 1992. 200 p.

  33. Climate change / Eds. Hougton J.T. et al. IPCC, 1996.

  34. Cooper H.V., Sjogersten S., Lark R.M. et al. To till or not to till in a temperate ecosystem? Implications for climate change mitigation // Environ. Res. Lett. 2021. V. 16. P. 054022.

  35. Dewi R.K., Fukuda M., Takashima N. et al. Soil carbon sequestration and soil quality change between no-tillage and conventional till soil management after 3 and 11 years of organic farming // Soil Sci. Plant Nutrit. 2022. V. 68. № 1. P. 133–148. https://doi.org/10.1080/00380768.2021.1997552

  36. Ding W., Luo J., Li J., Yu H. et al. Effect of long-term compost and inorganic fertilizer application on background N2O and fertilizer induced N2O emissions from an intensively cultivated soil // Sci. Total Environ. 2013. V. 465. P. 115–124. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.11.020

  37. Dolman A.J., Shvidenko A., Schepaschenko D. et al. An estimate of the terrestrial carbon budget of Russia using inventory-based, eddy covariance and inversion method // Biogeosciences 2012. V. 9. P. 5323–5340. https://doi.org/0.5194/bg-9-5323-2012

  38. El-Naggar A., El-Naggar A.H., Shah S.M. et al. Biochar composition-dependent impacts on soil nutrient release, carbon mineralization, potential environmental risk: A review // J. Environ. Managem. 2019. V. 241. P. 458–467. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.02.044

  39. Friedlingstein P., Jones M.W., O’Sullivan M., Andrew R.M. et al. Global Carbon Budget 2021 // Earth Syst. Sci. Data. 2022. V. 14. P. 1917–2005. https://doi.org/10.5194/essd-14-1917-2022

  40. Global Carbon Project. Supplemental data of Global Carbon Budget 2022. Version 1.0. Data set. Global Carbon Project. 2022. https://doi.org/10.18160/gcp-2022

  41. GAW DATA Greenhouse Gases and Other Atmospheric Gases. World Meteorological Organization. Japan, 2018. V. IV. 101 p.

  42. Haaf D., Six J., Doetterl S. Global patterns of geo-ecological controls on the response of soil respiration to warming // Nat. Clim. Chang. 2021. V. 11. P. 623–627. https://doi.org/10.1038/s41558-021-01068-9

  43. IPCC 2019. Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories / Eds: Buendia E. IPCC, 2019.

  44. Jia S.X., Liang A.Z., Zhang S.X. et al. Effect of tillage system on soil CO2 flux, soil microbial community and maize (Zea maize yield) // Geoderma. 2021. V. 384. P. 114813. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114813

  45. Jian J.S., Du X., Reiter M.S. et al. A meta-analysis of global cropland soil carbon changes due to cover cropping // Soil Biol. Biochem. 2020. V. 143. P. 107735. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107735

  46. Jian J., Vargas R., Anderson-Teixeira K., Stell E. et al. A restructured and updated global soil respiration database (SRDB-V5) // Earth Syst. Sci. Data. 2021. V. 13. P. 255–267. https://doi.org/10.5194/essd-13-255-2021

  47. Kan Z.R., Liu W.X., Liu W.S. et al. Mechanisms of soil organic carbon stability and its response to no-till: A global synthesis and perspective // Global Change Biol. 2022. V. 28. № 3. P. 693–710. https://doi.org/10.1111/gcb.15968

  48. Kan Z.R., Liu Q.Y., Virk A.L. et al. Effects of experiment duration on carbon mineralization and accumulation under no-till // Soil Till. Res. 2021. V. 209. P. 104939. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.104939

  49. Kudeyarov V.N. Soil Carbon Sequestration: Facts and Challenges (Analytical Review) // Biol. Bull. Rev. 2022. V. 12. P. S109–S122.

  50. Kudeyarov V.N., Kurganova I.N. Carbon dioxide emission nd net primary production of Russian terretrial ecosystems // Biol. Feril. Soils. 1998. V. 27. P. 246–250.

  51. Kurganova I.N. Carbon dioxide emmission from Soils of Russian terrestrial ecosystems // Laxemburg (Austria). 2003. 63 p.

  52. Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Large-scale carbon sequestration in post-agrogenic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. V. 133. P. 461–466.

  53. Lei J., Guo X., Zeng Y. et al. Temporal changes in global soil respiration since 1987 // Nat Commun. 2021. V. 12. P. 403. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20616-z

  54. Majumder S., Neogi S., Dutta T. et al. The impact of biochar on soil carbon sequestration: Meta-analytical approach to evaluat environmental and economic advantages // J. Environ. Management. 2019. V. 250. P. 109466. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109466

  55. Melillo J.M., Prentice I.E., Farquhar G.D., Schulze E.D., Sala G.E. 9 Terrestrial Biotic Responses to Environmental Change and Feedbacks to Climate // IPCC 1996. The Science of Climate Change. N.Y.: Melbourne, 1996. P. 445–481.

  56. Mukhortova L., Schepaschenko D., Moltchanova E., Shvidenko A. et al. Respiration of Russian soils: Climatic drivers and response to climate change // Sci. Total Environ. 2021. V. 785. P. 147314.https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147314

  57. Mukhortovaa L., Schepaschenko D., Shvidenko A., McCallumb I., Kraxner F. Soil contribution to carbon budget of Russian forests // Agricultural and Forest Meteorology. 2015. V. 200. P. 97–108.

  58. Nilson S., Shvidenko A., Stolbovoi V. et al. Full carbon account for Russia. Laxemburg, 2000 180 p.

  59. Oladele S.O., Adetunji A.T. Agro-residue biochar and N fertilizer addition mitigates CO2-C emission and stabilized organic carbon pools in a rain-fed agricultural cropland // Int. Soil Water Conservation Res. 2021. V. 9. № 1. P. 76–86. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2020.09.002

  60. Palma R.M., Rímolo M., Saubidet M.I., Conti M.E. Influence of tillage system on denitrification in maize-cropped soils // Biol Fertil Soils. 1997. V. 25. № 2. P. 142–146. https://doi.org/10.1007/s003740050294

  61. Pelster D.E., Chantigny M.H., Royer I., Angers D.A. et al. Reduced tillage increased growing season N2O emissions from a fine but not a coarse textured soil under the cool, humid climate of eastern Canada // Soil Till. Res. 2021. V. 206. P. 104833. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104833

  62. Reinsch T., Struck I.J.A., Loges R., Kluss C. et al. Soil carbon dynamics of no-till silage maize in ley systems // Soil and Tillage Research. 2021. V. 209. P. 104957. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.104957

  63. Rothamsted. Long-terms experiments. Guide to the Classical Long-term Experiments: Datasets and sample archive. Harpenden Herts, UK. 2006 (reprinted 2012). 52 p.

  64. Sitch S., Friedlingstein P., Gruber N., Jones S.D. et al. Recent trends and drivers of regional sources and sinks of carbon dioxide // Biogeosciences. 2015. V. 12. P. 653–679. https://doi.org/10.5194/bg-12-653-2015

  65. Sperow M. Marginal cost to increase soil organic carbon using no-till on U.S. cropland // Mitig Adapt Strateg Glob Change. 2019. V. 24. № 1. P. 93–112. https://doi.org/10.1007/s11027-018-9799-7

  66. Tarnocai C., Canadell J.D., SchuurE.A., Kuhry P., Mazhiutova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region // Global Biogeochem. Cycles. 2009. V. 23. GB2023. https://doi.org/10.1029/2008GB003327

  67. Tian H., Lu C., Yang J., Banger K. et al. Global patterns and controls of soil organic carbon dynamics as simulated by multiple terrestrial biosphere models: current status and future directions // Global Biogeochemical Cycles. 2015. V. 29. № 6. P. 775–792. https://doi.org/10.1002/2014GB005021

  68. Tian J., Pausch J., Yu G., Blagodatskaya E., Gao Y., Kuzyakov Y. Aggregate size and their disruption affect 14C-labeled glucose mineralization and priming effect // Appl. Soil Ecol. 2015. V. 90. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.01.014

  69. Yang S., Sun X., Ding J. et al. Effects of biochar addition on the NEE and soil organic carbon content of paddy fields under water-saving irrigation // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. № 8. P. 8303–8311. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04326-8

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал