Потоки метана с поверхности эвтрофного болота: связь с гидрохимией болотных вод и изотопными характеристиками растворенного углерода

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В рамках исследования эвтрофного Обского болота были проведены замеры удельных потоков метана методом эмиссионных камер и отбор проб воды на анализ общего химического состава, содержания биофильных элементов (C, N, P) и δ13С растворенного неорганического углерода. Пробоотбор произведен на открытом и облесенном участках болота, на последнем из которых происходит многолетний сброс коммунально-бытовых сточных вод. Эмиссия метана положительно коррелировала с концентрациями соединений углерода и азота и содержанием растворенного органического углерода в болотной воде. На обоих участках отмечена более высокая эмиссия метана из обводненных микропонижений по сравнению с сухими повышенными элементами микроландшафта. Наиболее интенсивная эмиссия наблюдалась из микропонижений облесенного участка вблизи источника загрязнения, экстремальные значения удельных потоков CH4 здесь превышали фоновые почти в 30 раз. Однако уже на расстоянии 160 м от сброса сточных вод потоки метана снижались до фоновых значений вместе с концентрацией практически всех соединений азота и углерода, растворенных в воде. Таким образом, можно заключить, что загрязнение сточными водами значительно влияет интенсивность потоков метана, увеличивая пузырьковую эмиссию метана вблизи источника загрязнения. Изотопный состав растворенного неорганического углерода (DIC) на облесенном участке (δ13C-DIC –9.64 — –9.21 ‰) оказался тяжелее, чем на открытом (–12.83 — –11.24 ‰). Отмечалось также утяжеление изотопного состава растворенного неорганического углерода на открытом участке болота по мере удаления от суходола, коррелирующее с ростом удельных потоков метана. Полученные данные свидетельствуют о более активном протекании процессов метаногенеза на облесенном участке по сравнению с открытым и на открытом по мере удаления от суходола, а также о потенциальной эффективности использования δ13C-DIC в качестве маркера распространения загрязнения сточными водами, по крайней мере на Обском болоте.

Об авторах

Е. А. Солдатова

Тюменский государственный университет; Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: 2a61@mail.ru
Россия, 625003, Тюмень, ул. Володарского, 6; 634055 Томск, пр. Академический, 4

В. Н. Колотыгина

Тюменский государственный университет; Тюменский индустриальный университет

Email: mns@vkolotygina.ru
Россия, 625003, Тюмень, ул. Володарского, 6; 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38

Л. А. Кривенок

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Email: krivenok@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

В. Иванов

Тюменский государственный университет

Email: v.ivanov@utmn.ru
Россия, 625003, Тюмень, ул. Володарского, 6

Т. А. Кремлева

Тюменский государственный университет

Email: t.a.kremleva@utmn.ru
Россия, 625003, Тюмень, ул. Володарского, 6

Список литературы

  1. Глаголев М. В., Клепцова И. Е., Филиппов И. В., Казанцев В. С., Мачида Т., Максютов Ш. Ш. (2010) Эмиссия метана из болотных ландшафтов подтайги Западной Сибири: к «Стандартной модели» Вc5. Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение, (2), 43–50.
  2. Глаголев М. В., Сабреков А. Ф. (2008) О восстановлении плотности вероятности методом гистограмм в почвоведении и экологии. Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата, 1 (S1), 55–83.
  3. Глаголев М. В., Сабреков А. Ф., Казанцев В. С. (2010) Измерение газообмена на границе почва/атмосфера. Томск: Изд.-во Томского ГПУ. 96 с.
  4. Глаголев М. В., Шнырев Н. А. (2008) Летне-осенняя эмиссия СН4 естественными болотами Томской области и возможности ее пространственно-временной экстраполяции. Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение, (2), 24–36.
  5. Заварзин Г. А. (1994) Цикл углерода в природных экосистемах России. Природа, 7, 1–15.
  6. Иванова И. С., Корнеев Д. С., Гусева Н. В., Смирнова Н. А., Савичев О. Г., Солдатова Е. А., Наливайко Н. Г. (2020) Условия трансформации коммунально-бытовых сточных вод в болотных экосистемах (на примере Обского болота, Западная Сибирь). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 331 (3), 39–51.
  7. Инишева Л. И., Кобак К. И., Турчинович И. Е. (2013). Развитие процесса заболачивания и скорость аккумуляции углерода в болотных экосистемах России. География и природные ресурсы, (3), 60–68.
  8. Клепцова И. Е., Глаголев М. В., Филиппов И. В., Максютов Ш. Ш. (2010) Эмиссия метана с эвтрофных болот южной тайги Западной Сибири. Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове. Томск: ТМЛ-Пресс, 2, 81 с.
  9. Колотыгина В. Н., Солдатова Е. А., Кремлева Т. А., Савичев О. Г. (2023) Анализ пространственно-временной динамики соединений азота и углерода и показателей окисляемости в природных водах Обского. Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология, (4), 23–33.
  10. Паников Н. (1995) Таежные болота — глобальный источник атмосферного метана. Природа, 6, 14–25.
  11. Савичев О. Г., Гусева Н. В., Куприянов Е. А., Скороходова А. А., Ахмед-Оглы К.В. (2013) Химический состав вод Обского болота (Западная Сибирь) и его пространственные изменения под влиянием сбросов загрязняющих веществ. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 323 (1), 168–172.
  12. Савичев О. Г., Гусева Н. В., Хващевская А. А., Иванов А. Ю., Хэн Я., Дань Ч. (2022) Эксперимент по оценке самоочищения Обского болота (Западная Сибирь, Томская область). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 333 (1), 73–84.
  13. Шварцев С. Л., Рыженко Б. Н., Алексеев В. А. (2007) Система вода-порода в условиях зоны гипергенеза. Новосибирск: Изд. СО РАН. 389 с.
  14. Aronson E. L., Vann D. R., Helliker B. R. (2012) Methane flux response to nitrogen amendment in an upland pine forest soil and riparian zone. J. Geophys. Res.: Biogeosci., 117 (G3).
  15. Birdsey R., Pan Y. (2011) Climate change of nature. Nat. Clim. Change, 1 (9), 444–445.
  16. Bousquet P., Ciais P., Miller J. B., Dlugokencky E. J., Hauglustaine D. A., Prigent C., White J. (2006) Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric methane variability. Nature, 443 (7110), 439–443.
  17. Campeau A., Wallin M. B., Giesler R., Löfgren S., Mörth C. M., Schiff S., Venkiteswaran J. J., Bishop K. (2017) Multiple sources and sinks of dissolved inorganic carbon across Swedish streams, refocusing the lens of stable C isotopes. Sci. Rep., 7 (1), 9158.
  18. Dise N. B. (2009) Peatland response to global change. Science, 326 (5954), 810–811.
  19. Dutaur L., Verchot L. V. (2007) A global inventory of the soil CH4 sink. Global Biogeochem. Cycles, 21 (4).
  20. Frolking S., Roulet N. T. (2007) Holocene radiative forcing impact of northern peatland carbon accumulation and methane emissions. Global Change Biol., 13 (5), 1079–1088.
  21. Harenda K. M., Lamentowicz M., Samson M., Chojnicki B. H. (2018) The role of peatlands and their carbon storage function in the context of climate change. Interdisciplinary approaches for sustainable development goals: Economic growth, social inclusion and environmental protection, 169–187.
  22. Hoffmann M., Schulz-Hanke M., Garcia Alba J., Jurisch N., Hagemann U., Sachs T., Sommer M., Augustin J. (2017) A simple calculation algorithm to separate high-resolution CH4 flux measurements into ebullition-and diffusion-derived components. Atmos. Meas. Tech., 10 (1), 109–118.
  23. Hutchinson G. L., Mosier A. R. (1981) Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes. Soil Sci. Soc. Am. J., 45 (2), 311–316.
  24. IPCC C.C. (2021) The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Eds. Masson-Delmotte V. et al). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2391.
  25. Kaverin D. A., Panjukov A. N., Pastukhov A. V. (2022) Analysis of Remote Spectral Indices in the Study of Successional Changes of Tundra Vegetation in Postagrogenic Biogeocenoses. Geography and Natural Resources, 43, 77–86.
  26. Kazantsev V. S., Krivenok L. A., Cherbunina M. Y. (2018) Methane emissions from thermokarst lakes in the southern tundra of Western Siberia. Geography, Environment, Sustainability, 11 (1), 58–73.
  27. Le Mer J., Roger P. (2001) Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: a review. Eur. J. Soil Biol., 37 (1), 25–50.
  28. Schipper A. M., Zeefat R., Tanneberger F., van Zuidam J. P., Hahne W., Schep S. A., Loos S., Bleuten W., Joosten H., Lapshina E. D., Wassen M. J. (2007) Vegetation characteristics and eco-hydrological processes in a pristine mire in the Ob River valley (Western Siberia). Int. J. Plant Sci. Ecol., 193, 131–145.
  29. Tan Z. (2015) Quantifying terrestrial and aquatic ecosystem methane emissions with process-based biogeochemistry and atmospheric transport and chemistry models. 1490 pp.
  30. Tremblay A. (2005) Greenhouse gas emissions-fluxes and processes: hydroelectric reservoirs and natural environments. Springer Science & Business Media. 732 pp.
  31. Walter B. P., Heimann M. (2000) A process‐based, climate‐sensitive model to derive methane emissions from natural wetlands: Application to five wetland sites, sensitivity to model parameters, and climate. Global Biogeochem. Cycles, 14 (3), 745–765.
  32. Whiticar M. J. (1999) Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane. Chem. Geol., 161 (1–3), 291–314.
  33. Whiticar M. J., Faber E., Schoell M. (1986) Biogenic methane formation in marine and freshwater environments: CO2 reduction vs. acetate fermentation — isotope evidence. Geochim. Cosmochim. Acta, 50 (5), 693–709.
  34. Yu Z., Beilman D. W., Frolking S., MacDonald G. M., Roulet N. T., Camill P., Charman D. J. (2011) Peatlands and their role in the global carbon cycle. Trans., Am. Geophys. Union, 92 (12), 97–98.
  35. Zielinski T., Sagan I., Surosz W. (2018) Interdisciplinary approaches for sustainable development goals. GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences. 246 pp.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».