High water table can lower a methane emission from soil

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Climate models predict that the precipitation will increase under 2×CO 2 scenario leading to raised water tables at some regions. The position of the water table within a peatland can have a large effect on CH 4 emissions. Methane production occurs below the depth of the water table in anaerobic peat. Hence, the greater part of the peat profile that was anaerobic, the greater would be the expected flux. However depth of the water table affects the methane emission with complex interactions, so the effects of temporal variations in the water table level on methane emissions may be controversial. Methane emissions correlated negatively with depths of the water tables in some measurements: high methane emissions were associated with low water tables and vice versa. The suppression of methane emission by a) filling the unsaturated pore space in peat during precipitation and the increased release rate (caused by a declining water table) could explain the result in time scale of some few days; b) suppression of a plant-mediated mechanism of methane emission during super-high water table could explain the result in any time scale (the products of photosynthesis lead to increased root exudations which then promote the microbial formation of methane at depth; this methane is transported via the plant vascular system to the atmosphere; thus both plant-mediated methane production and transport are suppressed by high water table). Also a drop in atmospheric pressure correlates with a precipitation. Hence, the greater part of the methane that was released during pressure dropping, the smaller would be the expected flux after precipitation (in condition of high water table). The author acknowledge the financial support by the European Union FP7-ENV project PAGE21 under contract number GA282700.

About the authors

M V Glagolev

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт лесоведения РАН; Югорский государственный университет

Email: m_glagolev@mail.ru

References

  1. Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. 2010. Математическое моделирование в гидрологии. М.: Издат. центр «Академия». 304 с.
  2. Глаголев М.В. 2006. Математическое моделирование метанокисления в почве // Труды Института микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН. Вып. XIII: К 100-летию открытия метанотрофии / Под ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука. С. 315-341.
  3. Глаголев М.В., Головацкая Е.А., Шнырев Н.А. 2007. Эмиссия парниковых газов на территории Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. Т. 14. № 2. С. 197-210.
  4. Глаголев М.В., Смагин А.В. 2006. Количественная оценка эмиссии метана болотами: от почвенного профиля – до региона (к 15-летию исследований в Томской области) // Доклады по экологическому почвоведению. Вып. 3. №3. С. 75-114.
  5. Глаголев М.В., Чистотин М.В., Шнырев Н.А., Сирин А.А. 2008. Летне-осенняя эмиссия диоксида углерода и метана осушенными торфяниками, измененными при хозяйственном использовании, и естественными болотами (на примере участка Томской области) // Агрохимия, №5, с. 46-58.
  6. Груза Г.В., Бардин М.Ю., Ранькова Э.Я., Рочева Э.В., Соколов Ю.Ю., Самохина О.Ф., Платова Т.В. 2001. Об изменениях температуры воздуха и атмосферных осадков на территории России в ХХ веке // Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений / Под ред. Ю.А. Израэля. М.: Наука. С. 18-39.
  7. Ефимова Н.А., Строкина Л.А. 2002. Эмпирические оценки изменений климата на континентах северного полушария в конце ХХ века // Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука. 93-104 с.
  8. Жилиба А.И., Вандышева Г.А., Грибанов К.Г., Захаров В.И. 2011. Глобальные изменения климата: «метановая бомба» - наукообразный миф или потенциальный сценарий? // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 2. № 1(3). EDССrev0001. Также доступна по URL: http://www.ugrasu.ru/uploads/files/EDCC_2_1_Zhiliba.pdf (дата обращения 23.12.2011).
  9. Иванов К.Е. 1953. Гидрология болот. Л.: Гидрометеоиздат. 297 с.
  10. Смит Дж.М. 1980. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей. М.: Машиностроение. 271 с.
  11. Andronova N.G., Karol I.L. 1993. The contribution of USSR sources to global methane emission // Chemosphere. V. 26. P.111-126.
  12. Cao M., Dent J.B., Heal O.W. 1995. Modeling methane emissions from rice paddies // Global Biogeochemical Cycles. V. 9. P. 183-195.
  13. Cao M., Marshall S., Gregson K. 1996. Global carbon exchange and methane emissions from natural wetlands: Application of a process-based model // Journal of Geophysical Research. V. 101. P. 14399-14414.
  14. Frolking S., Crill P. 1994. Climate controls on temporal variability of methane flux from a poor fen in southeastern New Hampshire: Measurement and modeling // Global Biogeochemical Cycles. V. 8. P. 385-397.
  15. Glagolev M.V. 1998. Modeling of Production, Oxidation and Transportation Processes of Methane // Global Environment Research Fund: Eco-Frontier Fellowship (EFF) in 1997. Tokyo: Environment Agency. Global Environment Department. Research & Information Office. Р. 79-111.
  16. Glagolev M., Inisheva L., Lebedev V., Naumov A., Dement’eva T., Golovatskaja E., Erohin V., Shnyrev N., Nozhevnikova A. 2001. The Emission of CO2 and CH4 in Geochemically Similar Oligotrophic Landscapes of West Siberia // Proceedings of the Ninth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 2000 (Sapporo, Japan, 23-24 January, 2001). Sapporo: Kohsoku Printing Center. Р. 112-119.
  17. Glagolev M., Uchiyama H., Lebedev V., Utsumi M., Smagin A., Glagoleva O., Erohin V., Olenev P., Nozhevnikova A. 2000. Oxidation and Plant-Mediated Transport of Methane in West Siberian Bog // Proceedings of the Eighth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1999. Tsukuba: Isebu. P. 143-149.
  18. Happell J.D., Chanton J.P. 1993. Carbon Remineralization in a North Florida Swamp Forest: Effects of Water Level on the Pathways and Rates of Soil Organic Matter Decomposition // Global Biogeochemical Cycles. V. 7. P. 475-490.
  19. Happell J.D., Chanton J.P., Whiting G.J., Showers W.J. 1993. Stable Isotopes as Tracers of Methane Dynamics in Everglades Marshes With and Without Active Populations of Methane Oxidizing Bacteria // Journal of Geophysical Research. V. 98. P. 14771-14782.
  20. Hargreaves K.J., Fowler D. 1998. Quantifying the effects of water table and soil temperature on the emission of methane from peat wetland at the field scale // Atmospheric Environment. V. 32. No. 19. P. 3275-3282.
  21. Harriss R.C., Sebacher D.I., Bartlett K.B., Bartlett D.S., Crill P.M. 1988. Sources of Atmospheric Methane in the South Florida Environment // Global Biogeochemical Cycles. V. 2. P. 231-243.
  22. Harriss R.C., Sebacher D.I., Day F.P., Jr. 1982. Methane flux in the Great Dismal Swamp // Nature. V. 297. P. 673-674.
  23. Inoue G., Maksyutov S., Panikov N. 1995. CO2 and CH4 emission from wetlands in west Siberia // Proceedings of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. Sapporo: iWORD. P. 37-43.
  24. James R.T. 1993. Sensitivity analysis of a simulation model of methane flux from the Florida Everglades // Ecological Modelling. V. 68. P. 119-146.
  25. Kettunen A. 2003. Connecting methane fluxes to vegetation cover and water table fluctuations at microsite level: A modeling study // Global Biogeochemical Cycles. V. 17. No. 2. 1051. doi: 10.1029/2002GB001958.
  26. Kettunen A., Kaitala V., Alm J., Silvola J., Nykanen H., Martikainen P.J. 1996. Cross-correlation analysis of the dynamics of methane emissions from a boreal peatland // Global Biogeochemical Cycles. V. 10. No. 3. P. 457-471.
  27. Moore T., Roulet N., Knowles R. 1990. Spatial and temporal variations of methane flux from subarctic/northern boreal fens // Global Biogeochemical Cycles. V. 4. P. 29-46.
  28. Shannon R.D., White J.R. 1994. A three-year study of controls on methane emissions from two Michigan peatlands // Biogeochemistry. V. 27. P. 35-60.
  29. Shurpali H.J., Verma S.B., Clement R.J. 1993. Seasonal Distribution of Methane Flux in a Minnesota Peatland Measured by Eddy Correlation // Journal of Geophysical Research. V. 98. P. 20649-20655.
  30. Silvola J., Saarnio S., Foot J., Sundh I., Greenup A., Heijmans M., Ekberg A., Mitchell E., Van Breemen N. 2003. Effects of elevated CO2 and N deposition on CH4 emissions from European mires // Global Biogeochemical Cycles. V. 17. No. 2. 1068. doi: 10.1029/2002GB001886.
  31. Strack M., Waddington J.M., Tuittila E.-S. 2004. Effect of water table drawdown on northern peatland methane dynamics: Implications for climate change // Global Biogeochemical Cycles. V. 18. GB4003. doi: 10.1029/2003GB002209
  32. Sundh I., Nilsson M., Granberg G., Svensson B. 1994. Depth Distribution of Microbial Production and Oxidation of Methane in Northern Boreal Peatlands // Microbial Ecology. V. 27. P. 253-265.
  33. Suyker A.E., Verma S.B., Clement R.J., Billesbach D.P. 1996. Methane flux in a boreal fen: Season-long measurement by eddy correlation // Journal of Geophysical Research. V. 101. P. 28637-28647.
  34. Tuittila E.-S., Komulainen V.-M., Vasander H., Nykänen H., Martikainen P.J., Laine U. 2000. Methane dynamics of a restored cut-away peatland // Global Change Biology. V. 6. P. 569-581.
  35. Tang J., Zhuang Q., Shannon R.D., White J.R. 2010. Quantifying wetland methane emissions with process-based models of different complexities // Biogeosciences. V. 7. P. 3817–3837. doi: 10.5194/bg-7-3817-2010. URL (дата обращения 01.05.2012): www.biogeosciences.net/7/3817/2010/
  36. Van den Pol-van Dasselaar A., van Beusichem M.L., Oenema O. 1999. Methane emissions from wet grasslands on peat soil in a nature preserve // Biogeochemistry. V. 44. P. 205-220.
  37. 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 Biogeochemical Cycles. V. 14. No. 3. P. 745-765.
  38. Zhang Y., Li C., Tretin C.C., Li H., Sun G. 2002. An integrated model of soil, hydrology, and vegetation for carbon dynamics in wetland ecosystems // Global Biogeochem. Cycles. V. 16. No. 4. 1061. doi: 10.1029/2001GB001838.
  39. Zhuang Q., Melillo J.M., Kicklighter D.W., Prinn R.G., McGuire A.D., Steudler P.A., Felzer B.S., Hu S. 2004. Methane fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere at northern high latitudes during the past century: A retrospective analysis with a process-based biogeochemistry model // Global Biogeochem. Cycles. V. 18. GB3010. doi: 10.1029/2004GB002239

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 Glagolev M.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

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».