Динамика эмиссии углекислого газа из черноземов под лесной полосой и прилегающей пашней в условиях южной лесостепи

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цель настоящего исследования – количественная оценка динамики эмиссии углекислого газа из черноземов южной лесостепи в условиях различного сельскохозяйственного использования на территории Каменной степи: под длительно функционирующей лесной полосой и на прилегающих к ней пахотных угодьях. Исследования проводили в течение вегетационного сезона 2024 г. с использованием метода закрытых камер. Установлено, что средняя скорость эмиссии CO₂ была значимо выше в лесной полосе (2.68 ± 1.02 мкмоль CO₂ /м² · с), чем на пашне (1.83 ± 1.31 мкмоль CO₂ /м² · с), за исключением июня. Согласно результатам множественной линейной регрессии, на участке лесной полосы существенное влияние на эмиссию оказывали температура, влажность и их взаимодействие (R2 = 0.750, p < 0.0001), тогда как на пашне статистически значимыми предикторами были температура и ее взаимодействие с влажностью (R2 = 0.767, p < 0.0001). Оценка вклада гетеротрофного и автотрофного дыхания показала, что в лесной полосе доля микробного дыхания составила более половины общего потока (58.6%). Полученные результаты позволяют количественно охарактеризовать различия в интенсивности эмиссии углекислого газа из черноземов при двух типах землепользования в пределах одного агроландшафта.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Шешницан

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

Автор, ответственный за переписку.
Email: sheshnitsan@gmail.com
Россия, 394087 Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Н. С. Горбунова

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова; Воронежский государственный университет

Email: sheshnitsan@gmail.com
Россия, 394087 Воронеж, ул. Тимирязева, 8; 394006 Воронеж, Университетская площадь, 1

А. М. Бахтин

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

Email: sheshnitsan@gmail.com
Россия, 394087 Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Ю. А. Подрезова

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

Email: sheshnitsan@gmail.com
Россия, 394087 Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Список литературы

  1. Кудеяров В.Н. Дыхание почв и биогенный сток углекислого газа на территории России (аналитический обзор) // Почвоведение. 2018. № 6. С. 643–658. https://doi.org/10.7868/S0032180X18060011
  2. Kopittke P.M., Dalal R.C., McKenna B.A. et al. Soil is a major contributor to global greenhouse gas emissions and climate change // Soil. 2024. V.10. P. 873–885. https://doi.org/10.5194/soil-10-873-2024
  3. Van den Bergh S.G., Chardon I., Leite M.F. A. et al. Soil aggregate stability governs field greenhouse gas fluxes in agricultural soils // Soil Biology and Biochemistry. 2024. V. 191. Art. 109354. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109354
  4. Mukhortova L., Schepaschenko D., Moltchanova E. et al. Respiration of Russian soils: climatic drivers and response to climate change // Science of the Total Environment. 2021. V. 785. Art. 147314. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147314
  5. Lisetskii F.N., Buryak Z.A., Marinina O.A. et al. Features of soil organic carbon transformations in the southern area of the East European Plain // Geosciences. 2023. V. 13. № 9. Art. 278. https://doi.org/10.3390/geosciences13090278
  6. Amadi C.C., Van Rees K.C.J., Farrell R. E. Soil-atmosphere exchange of carbon dioxide, methane and nitrous oxide in shelterbelts compared with adjacent cropped fields // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2016. V. 223. P. 123–134. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.02.026
  7. Турусов В.И., Чевердин Ю.И., Беспалов В.А. и др. Изменения физических свойств черноземов сегрегационных в агролесоландшафтах Центрального Черноземья // Изв. вузов. Лесной журнал. 2020. № 4. С. 95–112. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-4-95-112
  8. Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Титова Т.В. Изменение показателей эффективного плодородия почв Каменной степи под влиянием лесных полос различной ландшафтной принадлежности // Агрохимия. 2023. № 9. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S0002188123090041
  9. Чевердин Ю.И., Чевердин А.Ю. Современное соленакопление в черноземах под старовозрастными лесополосами Каменной степи // Агрохимия. 2022. № 2. С. 65–75. https://doi.org/10.31857/S0002188122020053
  10. Чендев Ю.Г., Соэр Т.Д., Геннадиев А.Н. и др. Накопление органического углерода в черноземах (моллисолях) под полезащитными лесными насаждениями в России и США // Почвоведение. 2015. № 1. С. 49–60. https://doi.org/10.7868/S0032180X15010037
  11. Чендев Ю.Г., Геннадиев А.Н., Лукин С.В. и др. Изменение лесостепных черноземов под влиянием лесополос на юге Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2020. № 8. С. 934–947. https://doi.org/10.31857/S0032180X20080031
  12. Ананьева Н.Д., Сушко С.В., Иващенко К.В. и др. Микробное дыхание почв подтайги и лесостепи европейской части России: полевой и лабораторный подходы // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1276–1286. https://doi.org/10.31857/S0032180X20100044
  13. Звягинцева Е.Н., Семенова Ю.В. Современные климатические изменения и их взаимосвязь с эмиссией CO₂ в агроэкосистемах на агросерой почве лесостепи Прибайкалья // Сибирский экологический журнал. 2015. № 3 (22). С. 461–467. https://doi.org/10.15372/SEJ20150313
  14. Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б. и др. Биологически активное органическое вещество в почвах европейской части России // Почвоведение. 2018. № 4. С. 457–472. https://doi.org/10.7868/S0032180X1804007X
  15. Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Мостовая А.С. Влияние лесных посадок на эмиссию диоксида углерода из почвы в Поволжье и Подонье // Лесоведение. 2022. № 4. С. 339–350. https://doi.org/10.31857/S0024114822040118
  16. Amadi C. C., Farrell R. E., Van Rees K. C. J. Greenhouse gas emissions along a shelterbelt-cropped field transect // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2017. V. 241. P. 110–120. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.09.037
  17. Rudd L., Kulshreshtha S., Belcher K. et al. Carbon life cycle assessment of shelterbelts in Saskatchewan, Canada // Journal of Environmental Management. 2021. V. 297. Art. 113400. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113400
  18. Szajdak L. W., Gaca W., Augustin J. et al. Impact of shelterbelts on oxidation-reduction properties and greenhouse gases emission from soils // Ecological Chemistry and Engineering S. 2018. V. 25. № 4. P. 643–658. https://doi.org/10.1515/eces-2018-0043
  19. Kurganova I.N., Karelin D.V., Kotlyakov V.M. et al. A pilot national network for monitoring soil respiration in Russia: first results and prospects of development // Doklady Earth Sciences. 2024. V. 519. № 1. P. 1947–1954. https://doi.org/10.1134/S1028334X24603377
  20. Кулакова Е.Н., Шешницан С.С., Кулаков В.Ю. и др. Тенденции смены породного состава лесомелиоративных насаждений Каменной степи (на примере вековой лесной полосы Г.Ф. Морозова) // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского гос. аграрного ун-та. 2023. № 192. С. 69–82. https://doi.org/10.21515/1990-4665-192-006
  21. Курганова И.Н., Гончарова О.Ю., Замолодчиков Д. Г. и др. Определение эмиссии CO₂ из почв камерным методом в различных типах экосистем (краткая инструкция). Пущино, 2023. 18 с.
  22. Евдокимов И.В., Ларионова А.А., Шмитт М. и др. Определение вклада дыхания корней растений в эмиссию CO₂ из почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2010. № 3. С. 349–355.
  23. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В. и др. Микробная и корневая составляющие дыхания дерново-подзолистых почв южной тайги // Лесоведение. 2017. № 3. С. 183–195.
  24. Tanaka S., Tanizawa T., Sano H. et al. Studies on the preventive function of wood-belt against frost damage (1). Preventive function of wood-belt against frost damage on level ground // Journal of Agricultural Meteorology. 1957. V. 12. № 3. P. 97–100. https://doi.org/10.2480/agrmet.12.97
  25. Wu Y., Wang Q., Wang H. et al. Shelterbelt poplar forests induced soil changes in deep soil profiles and climates contributed their inter-site variations in dryland regions, Northeastern China // Frontiers in Plant Science. 2019. V. 10. Art. 220. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00220
  26. Feng J., He K., Zhang Q. et al. Changes in plant inputs alter soil carbon and microbial communities in forest ecosystems // Global Change Biology. 2022. V. 28. № 10. P. 3426–3440. https://doi.org/10.1111/gcb.16107
  27. Shao P., Liang C., Lynch L. et al. Reforestation accelerates soil organic carbon accumulation: evidence from microbial biomarkers // Soil Biology and Biochemistry. 2019. V. 131. P. 182–190. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.01.012
  28. Hursh A., Ballantyne A., Cooper L. et al. The sensitivity of soil respiration to soil temperature, moisture, and carbon supply at the global scale // Global Change Biology. 2017. V. 23. P. 2090–2103. https://doi.org/10.1111/gcb.13489
  29. Guntiñas M., Gil-Sotres F., Leirós M. et al. Sensitivity of soil respiration to moisture and temperature // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2013. V. 13. P. 445–461. https://doi.org/10.4067/S0718-95162013005000035
  30. Widanagamage N., Santos E., Rice C., Patrignani A. Study of soil heterotrophic respiration as a function of soil moisture under different land covers // Soil Biology and Biochemistry. 2024. V. 200. Art. 109593. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109593

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика среднесуточной температуры воздуха (пунктирная кривая) и среднесуточной суммы осадков (столбцы) в течение марта – сентября 2024 г. по данным АМС Каменная степь.

Скачать (251KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика эмиссии диоксида углерода из черноземов под лесной полосой (ЛП) и пашней (П) в Каменной степи в течение вегетационного сезона 2024 г.: медиана – средняя линия, 25-й и 75-й квартили – ящик, усы – минимальное и максимальное значения. Уровень значимости различий согласно результатам U-теста Манна-Уитни: * p < 0.05, ** p < 0.001, *** p < 0.0001.

Скачать (150KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение эмиссии диоксида углерода из черноземов под лесной полосой (ЛП) и пашней (П) в Каменной степи (а) в разных вариантах эксперимента и коэффициент усиления микробного дыхания (б). Варианты эксперимента: К – с корнями, БК – без корней, И – исходная почва (контроль), +В – почва с добавлением дистиллированной воды, +В+С – почва с добавлением раствора глюкозы в дистиллированной воде. Уровень значимости различий согласно результатам t-теста: * p < 0.05, ** p < 0.0001.

Скачать (131KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025