Model of soil organic matter humification and mineralization and its application for calculation of peatland ecosystems carbon budget characteristics

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A road map for calculating the carbon budget of peatlands is suggested. The method of calculation is based on the analysis of peat vertical profiles and the soil carbon dynamic modeling. The model of soil organic matters destruction is developed to include the case of the finite period of destruction. The rates of CO2 and CH4 generation separately are calculated in peat layers above and under the ground water level.   A technic of quantification of the model parameters on a basis of peat sampling and incubation experiments is developed. The following integrated characteristics of carbon budget can be calculated: (1) net exchange of carbon between the ecosystem and the atmosphere, (2) net exchange of carbon dioxide, (3) methane release, (4) net exchange of greenhouse gases in CO2–equivalents, (5) leaching of carbon, (6) carbon sequestration due to peat accumulation. The suggested method is aimed to extend the direct field measurements of those characteristics.

About the authors

Aleksandr V. Zinchenko

Main Geophysical Observatory (MGO)

Author for correspondence.
Email: aresh-08@mail.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

References

  1. Анисимов О. А., Лавров С. А., Ренева С. А. 2005. Оценка эмиссии метана из многолетнемерзлотных болот криолитозоны России при изменении климата // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 20. С. 124–141.
  2. Бабиков Б.В., Кобак К. И. 2016. Поглощение атмосферного углекислого газа болотными экосистемами территории России в голоцене. Проблема заболачивания // Лесной журнал. №1. С. 9–30.
  3. Глаголев М. В. 2010. Аннотированный список литературных источников по результатам измерений потоков CH4 и СО2 на болотах России // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 1. №2. С. 1–53.
  4. Глаголев M. В. 2012. Высокий уровень стояния воды может снижать эмиссию метана из почвы // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата, Т. 3, № 1, С. 1–10.
  5. Глаголев М. В., Сабреков А. Ф. 2014. Ответ А. В. Смагину: II. Углеродный баланс России // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 5. №2, С. 50–69.
  6. Горная энциклопедия URL. http://mining–enc.ru (дата обращения:19.07.2017).
  7. Джефферс Дж. 1981. Введение в системный анализ: применение в экологии. М.: Мир. 252 с.
  8. Иванова Е. Г., Доронина H. B., Троценко Ю. А. 2006. Аэробные метанотрофы как симбионты растений (Обзор) // Труды института микробиологии им С. Н. Виноградского. Вып. 13. К 100–летию открытия метанотрофии. М.: Наука. С. 264–284.
  9. 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. С. 60–68.
  10. Инишева Л. И., Юдина Н. В. Соколова В. И. 2013. Динамика углеродосодержащих соединений в водах олиготорфного болота // Вестник ТГПУ. №8 (136). C. 126–130.
  11. Инишева Л. И., Кобак К. И., Инишев И. Г. 2016. Заболачивание на Васюганском болоте // Презентация. Лаборатория «Агроэкология» ТГПУ. URL. http://ltorf.tspu.ru. (дата обращения:19.07.2017).
  12. Колюжный С. В., Данилович Д. А., Ножевникова А. Н. 1991. Анаэробная очистка сточных вод. М.: ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. Т. 29. 187 с.
  13. Смагин А. В. 2014. Спорные вопросы количественной оценки газовых потоков между почвой и атмосферой (к дискуссии между В. М. Глаголевым и А. В. Наумовым) // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 5. №2. С. 10–25.
  14. Степаненко В. М., Мачульская Е. Е., Глаголев М. В., Лыкосов В. Н. 2011. Моделирование эмиссии метана из озер зоны вечной мерзлоты // Физика атмосферы и океана. Т. 47. № 2. С. 275–288.
  15. Andren O. Katterer T. 1997. ICBM: The introductory carbon balance model for exploration of soil carbon balance // Ecological Application, V. 7. No. 4. P. 1226 – 1236.
  16. Aurela M., Laurila T., Tuovinen J–P. 2002. Annual CO2 balance of subarctic fen in northern Europe: Importance of the wintertime efflux // Journal of Geophysical Research. V. 107. No. D21. 4607. doi: 10.1029/2002JD002055.
  17. Beltea L. R., Baird A. J. 2006. Beyond “the limits to peat bog growth”: cross–scale feedback in peatland development // Ecological Monographs. V. 76 (3). P. 299–322.
  18. Billett M. F., Palmer S. M., Hope D., Deacon C., Storeton–West R., Hargreves K. J., Flechard C., Fowlew D. 2004. Linking land–atmosphere–stream carbon fluxes in a lowland peatland system // Global Biogeochemical Cycles, V. 18. GB1024. doi: 10.1029/2003GB002058.
  19. Borren W., Bleuten W, Lapshina E. D. 2004. Holocene peat carbon accumulation rates in the southern taiga of western Siberia // Quaternary Research, V. 61. P. 42–51.
  20. Clymo R. S. 1992. Models of peat growth // Suo, V. 43. No 4–5, P. 127–136.
  21. Conant R. T., Ryan M. G., Agren G. I., Birge H. E., Davidson E. A., Eliasson P. E., Evans S. E., Frey S. D, Giardina C. P., Hopkins F. M., Hyvonen R., Kirchbaum M. U. F., Lavallee J. M., Leifeld J., Parton W. J., Steinweg J. M., Wallenstein M. D., Wettersted J. A. M., Bradford M. A. 2011. Temperature and soil organic matter decomposition rates – synthesis of current knowledge and a way forward // Global Change Biology., V. 17. P. 3392–3404.
  22. DeLong E. F., Rosenberg E., Lory S., Stackebrandt E., Thompson F. 2013. The Prokaryotes: Prokaryotic Physiology and Biochemistry. N. Y.: Springer. 710 p.
  23. Kloblauch C., Beer C., Sosnin A., Wagner D., Pfeiffer E.–M. 2013. Predicting long–term carbon mineralization and trace gas production from thawing permafrost of Northern Siberia // Global Change Biology. V. 19. P. 1160–1172.
  24. Repo M. E., Huttunen J. T., Naumov A. V., Chichulin A. V., Lapshina E. D., Bleuten W., Martikainen P. J. 2007. Release of CO2 and CH4 from small wetland lakes in western Siberia // Tellus, V. 59B. P. 88–796.
  25. Sachs T., Giebels M., Boike J., Kutzbach L. 2010. Environmental controls on CH4 emission from polygonal tundra on the microsite scale in the Lena river delta, Siberia // Global Change Biology, V. 16. No 11, P. 3096 –3110.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of physical and chemical transitions of carbon between various substances in the ecological system of the swamp.

Download (43KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Carbon transfer pattern between different parts of the swamp ecological system. The signs of the fluxes are determined by the choice of the direction of the z axis (“+” into the soil, “-“ into the atmosphere).

Download (36KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the relative decomposition rate of SOM on time for different values of the parameter b. K = 0.1 year – 1, τm = 100 years.

Download (62KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the ratio of the current mass of carbon to its initial mass on time for different values of the parameter b. K = 0.1 1 / year, τ = 100 years.

Download (70KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Scheme of transition of a labile carbon layer into a stable layer.

Download (33KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2017 Zinchenko A.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».