Дайджест за декабрь 2022 г.: обзор последних исследований в области газообмена между поверхностью и атмосферой

Дайджест исследований

Российские ученые опубликовали исследование экологических регуляторов эмиссии и концентрации углерода в сибирских реках в разные сезоны года

С целью изучения экологическиих регуляторов потоков парниковых газов с водной поверхности рек проанализировано 11 рек южнотаежного биома на Западно-Сибирской низменности. Показано, что потоки СО2 с водной поверхности уменьшаются в 2–4 раза от весны к лету и осени и не зависят от размера водосбора и характера речной динамики. Концентрации и потоки CH4 увеличивались от весны к осени от 1 до 100 ммоль/м²*сут с максимальным ростом от лета к осени. Концентрации и потоки CO2 положительно коррелировали с растворенным и твердым органическим углеродом, общим азотом и бактериальной численностью водной толщи. Концентрации и потоки CH4 положительно коррелировали с концентрациями фосфатов и аммиака. Были обнаружены положительные корреляции между биомассой прибрежной растительности и концентрациями CO2 и CH4. Основываясь на корреляциях между регуляторами окружающей среды (растительным покрытием водораздела и параметрами водной толщи) построена гипотеза, что потоки в значительной степени обусловлены речной минерализацией растворенных и твердых частиц в водах в сочетании с дыханием на дне реки и в прибрежных отложениях. При сценарии потепления климата наиболее существенные изменения потоков парниковых газов в реках Западной Сибири будут происходить за счет изменения растительности прибрежной зоны и водного покрова пойм.

Исследование опубликовано в журнале Science of The Total Environment

Китайскими учеными опубликованы результаты моделирование транспирации в лесах умеренного пояса с примененеием новой схемы динамической параметризации устьичного склона

Были использованы модели фотосинтеза на уровне экосистемы, основанные на линейно связанные отношениях между устьичной проводимостью растительного покрова и ассимиляцией CO2. В предположении, что эвапотранспирация варьирует в зависимости от фенологии индекса площади листьев и сезонности содержания влаги в почве, получено, что учет сезонности дает возможность улучшить результаты моделирования. Чтобы проверить эти гипотезы, исследована сезонность потоков, полученных с помощью пульсационных измерений, которые затем увязаны с данными и сезонности га основе спутниковых измерений на 12 участках сети FLUXNET в лесах умеренного пояса в Северном полушарии. Были сравнены различные схемы параметризаций в модели. Результаты показывают, что значительные сезонные колебания обнаружены на всех участках с минимальными величинами в середине лета. Показхано, что сезонные вариации эвапотранспирации обнаруживают прямую связь с площадью листьев, что связано со старением листьев и развитием онтогенеза. Результаты в совокупности улучшают наше понимание о возможностях динамической модели в части непосредственного контроля сезонности потоков, что в конечном итоге способствует улучшению моделирования сезонной в лесных ландшафтах умеренного пояса.

Исследование опубликовано в журнале Agricultural and Forest Meteorology

Американские ученые обнаружили высокие темпы связывания углерода в почве, которые сохраняются в течение нескольких десятилетий

Управляемые компоненты городских ландшафтов были проанализированы с точки зрения скорости связывания углерода в почве по всему миру. Показано, что дерновые травы, посаженные в течение последних десяти лет, имели положительную среднюю скорость связывания углерода в почве, составляющую 5,3 Мг/Га*год CO2, что выше, чем показатели, зарегистрированные для некоторых методов сохранения почвы. Площади, превращенные в дерновые травы из лесов, были исключением, они иногда теряли почвенный углерод и имели среднюю скорость связывания по перекрестным исследованиям, которая не отличалась от 0. В некоторых районах почвенный углерод накапливался линейно в течение нескольких десятилетий, но основная тенденция заключалась в том, что скорость накопления углерода в почве со временем снижалась, достигая средней скорости секвестрации, которая не отличалась от 0 через 50 лет. Составлен региональный баланс парниковых газов, в котором оценивались выбросы от скашивания, производства азотных удобрений и выбросов N2O из почвы. Когда применялись азотные удобрения, средние выбросы компенсировали 32% связывания углерода в недавно посаженных травах. Управленческие решения, направленные на предотвращение потери накопленного в почве углерода — как при первоначальном выращивании, так и при его постепенной замене другими видами землепользования, — также помогут максимизировать потенциал поглощения углерода почвами.

Исследование опубликовано в журнале Science of the Total Environment

Опубликовано исследование финских ученых о вариациях потоков СО2 и СН4 в различных типах ландшафтов в неоднородной арктической тундре на северо-востоке Сибири

Арктическая тундра сталкивается с беспрецедентным потеплением, что приводит к изменениям в растительности, режимах оттаивания и к измеенению скоростей обмена углеродом между экосистемой и атмосферой. Однако оценки региональных балансов двуокиси углерода (CO2) и метана (CH4) весьма неопределенны. В работие исследованы потоки CO2 и CH4, состав растительности и индекс площади листьев (LAI), глубину протаивания и влажность почвы в Тикси, изрявшиеся камерным методом. Типы покровово варьировали от бесплодной до кустарничковой тундры и тундровых водно-болотных угодий. Обнаружено, что сухая тундра, в том числе кустарничковая и лишайниковая тундра, имела меньшие скорости обмена СО2 с атмосферой, чем другие ландшафты. Болота были крупнейшим источником СН4, тогда как сухая минеральная почвенная тундра поглощала атмосферный СН4, который составлял 9% от общего баланса СН4 в течение вегетационного периода. Наибольшая среднесезонная скорость потребления CH4, равная 0,02 ммоль/м²*ч, наблюдалась в бесплодных районах, покрытых песком и камнем. Подчеркивается необходимость при проведении оценок потоков CO2 и CH4, особенно потребления атмосферного CH4, различать различные типы земного покрова.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences

Международная группа ученых опубликовала исследование влияния неоднородности торфяников на региональный поток углерода в пределах бореального ландшафта

Торфяники с высокой пространственной изменчивостью экотипов и микроформ составляют значительную часть бореального ландшафта и играют важную роль в глобальном цикле углерода. В работе используются полевые измерения, классификация земного покрова с высоким разрешением, а также биогеохимические и атмосферные модели для оценки потоков углерода в атмосфере для бореального ландшафта. Исследованный ландшафт функционирует как поглотитель углекислого газа (CO2) и источник метана (CH4). На торфяники (26 % площади) приходится 22% общего поглощения CO2 и 89% выбросов CH4; на леса (61%) приходилось 78% поглощения CO2 и компенсация 6% выбросов CH4; водоемы (13%) компенсируют 7% поглощения CO2 и способствуют 11% выбросов CH4. Агрегирование типов вокровов торфяников или ошибочная классификация их как неторфяных земель может значительно (p < 0,05) влиять на региональные оценки обмена CH4, в то время как различие между более сухими незатопляемыми и более влажными затопляемыми торфяниками может эффективно уменьшить погрешность оценок.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Biogeosciences

Немецкими учеными исследованы выбросы углерода из термокарстовых прудов в тундре

Ландшафты вечной мерзлоты Арктики на протяжении тысячелетий функционировали как глобальный поглотитель углерода. Эти ландшафты очень неоднородны, и присутствующие в них водоемы выступают источниками углерода. Статья углубляет наше понимание выбросов углерода из термокарстовых прудов, сравнивая потоки углекислого газа и метана с потоками из окружающей тундры Используются пульсационные измерения на границе большого пруда и полуземной тундры. Принимая во внимание открытые участки термокарстовых прудов, результаты показывают, что расчетное летнее поглощение углерода полигональной тундрой на 11% ниже. Кроме того, данные показывают, что выбросы метана в открытые воды по величине аналогичны выбросам в полигональной тундре. Это подчеркивает высокую пространственную изменчивость выбросов метана. Потоки газа из термокарстовых водоемов могут вносить значительный вклад в углеродный баланс ландшафтов арктической тундры. Следовательно, изменения в распределении водоемов тундровых ландшафтов из-за деградации вечной мерзлоты могут существенно повлиять на общий углеродный баланс Арктики.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences

Учеными Института океанологии РАН опубликованы результаты измерений концентрации и потоков метана над Арктическими морями

Непрерывные измерения концентрации метана в приводной атмосфере и его изотопной сигнатуры δ13C проведены во время двух экспедиций на НИС “Академик Мстислав Келдыш” летом и осенью 2020 г. Минимальные значения концентрации метана, в среднем 1.937 ± 0.010 ppm, отмечены в Северном и Норвежском морях, максимальные – над акваторией Карского (в среднем 1.998 ± 0.030 ppm, до 2.000–2.040 ppm в максимумах) и Белого (в среднем 2.006 ± 0.030 ppm) морей. Средние значения величины δ13C в исследованном районе были близки к характерным для Северного полушария – –47.5‰. Региональные изменения δ13C позволили оценить источники СH4 и показать, что влияние на содержание метана в приводной атмосфере оказывает, главным образом, направление переноса воздушных масс.

Исследование опубликовано в журнале Океанология

Анализ органического вещества в поверхностном слое вод в районе Геленджика опубликован учеными Института океанологии РАН

Исследование органического вещества поверхностного слоя воды Геленджикской бухты Черного моря и прилегающих районов выполнено оптическими методами. Показана эффективность дистанционного лазерного зондирования для определения релевантной сетки станций для пробоотбора. Установлен незначительный вклад терригенного растворенного органического вещества (РОВ). Небольшое увеличение концентрации гуминовых веществ наблюдалось в районе выноса реки Су-Аран. Максимальное содержание биолабильного РОВ характерно для прибрежных станций в Геленджикской бухте. В восточной части бухты, в районе главного городского причала, зафиксированы высокие содержания РОВ, взвешенного органического вещества, а также максимальное содержание растворенного и взвешенного органического вещества в совокупности по данным флуоресцентного лидара.

Исследование опубликовано в журнале Океанология