Депонирование углерода в болотах полесий Восточно-Европейской равнины в голоцене (РНФ)НИР

Carbon accumulation in Polessie peatlands of the East European Plain during the Holocene

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Депонирование углерода в болотах полесий Восточно-Европейской равнины в голоцене
Результаты этапа: В 2024 г. проведены исследования свойств торфяных залежей, определены запасы и скорости аккумуляции углерода в 4-х модельных болотах, имеющих различный генезис и расположенных в разных ландшафтных позициях. Получены следующие результаты. Болото Долгий мост расположено в локальной депрессии рельефа на 2-й НПТ (надпойменной террасе) р. Мокши. Мощность торфяной залежи составляет 260 см, начало торфонакопления датировано около 8200 кал. л.н. (календарных лет назад). В торфяной залежи болота представлены низинные (древесный, травяной, осоковый, древесно-осоковый) и переходные виды торфа (пушицевый, сфагново-пушициевый). ППП (потери при прокаливании) колеблются в диапазоне 91-98% за исключением интервалов 54-60 см (ППП=64%) и 27-38 см (ППП=79%), где привнос минеральный частиц существенно увеличился. Степень гумификации торфа варьирует от 0,1 до 0,8. Содержание органического углерода (Сорг) возрастает от 0 до 50% в базальном горизонте торфа, выше по разрезу содержание Сорг находится в диапазоне от 46,9 до 60,9%, среднее значение 55,8%. Суммарный запас углерода в болоте Долгий мост составил 404,78 тонн. Скорость накопления углерода (CAR) варьировала от 5,3 г С/м2 в год на нижней границе торфяной залежи до 101,2 г С/м2 в год на глубине 45 см, при среднем значении 30,7 г С/м2 в год. Аккумуляция углерода в торфяной залежи не была равномерной во времени, четко выделяются несколько этапов по изменению интенсивности этого процесса. Болото Жегаловское занимает древнеэоловую котловину на 2-й НПТ р Мокши. Несмотря на значительный возраст базального горизонта торфа около 10 000 лет, мощность торфяной залежи 180 см. Торфяную залежь слагают осоковый, тростниковый и травяной низинные торфа, осоково-пушициевый и сосново-пушициевый переходные и сфагновый верховой виды торфа. Выявлены многочисленные угольные прослои и скопления угольков. ППП колеблются в диапазоне 83-96% за исключением интервалов 16-27 см и 144-158 см, в которых ППП сократились до 75-80%. Степень гумификации торфа испытывает значительные колебания по глубине торфяной залежи от 0,1 до 0,6. Содержание Сорг изменяется в диапазоне от 43,7 до 56,1% (в среднем 42,0%), если не рассматривать придонный горизонт торфа, где содержание Сорг и ППП постепенной возрастают. Суммарный запас углерода в болоте – 488,37 тонн. Скорости накопления углерода изменялись от 5,8 до 21,2 при среднем значении 13,2 г С/м2 в год. Болото Инорка расположено в древней макро-излучине р. Мокши на ее первой НПТ. Скважиной глубиной 400 см в центре болота вскрыты озерные и болотные отложения. Торфом представлены только верхние 280 см, начало аккумуляции торфа около 10500 кал. л.н. Нижняя часть торфяной залежи сложена сфагновым, древесно-осоково-сфагновым, осоково-сфагновым низинными видами торфа. Средняя часть залежи образована низинным осоковым, осоково-травяным и травяным торфами. Верхнюю часть торфяной залежи формирует переходный пушицево-сфагновый торф. ППП относительно стабильны во всем разрезе (89,6-97,2%) кроме интервала глубин 17-26 см, где ППП понижаются до 75-80%. Изменчивость степени гумификации торфа составляет от 0.3 до 0.5 и с глубины 50 см в сфагново-пушициевом торфе понижается до 0.2. Содержание Сорг в болоте Инорка составляет 43,6-55,6% (среднее значение 51,2%). Суммарный запас углерода в болоте определен как 181,35 тонн. За исключением верхних 25 см, скорость накопления углерода изменялась в диапазон от 7,8 до 35,0 г С/м2 в год. Резкий рост CAR (до 50-60 г С/м2 в год) выявлен на глубинах 25-10 см. В этом же интервале отмечено сокращение ППП. В самом верхнем слое сфагново-пушициевого торфа значения CAR снизились до 27 г С/м2 в год. Среднее значение CAR – 23,1 г С/м2 в год. Болото Павловское занимает карстовую воронку на 2-й НПТ р. Мокши. Мощность торфяной залежи 100 см, возраст около 3000 кал. лет. В ее строении присутствуют низинные торфа – вахтовый, травяной, древесный и древесно-травяной. По сравнению с другими болотами, Павловское отличается более высокой зольностью торфа при слабом его разложении и сильном обводнении. Содержание Сорг изменяется от 31.2 до 51.6%. Суммарный запас углерода в болоте Павловское – 52,23 тонн. Скорость аккумуляции углерода варьирует от 5 до 35 г С/м2 в год. Среднее значение 21,4 г С/м2 в год. Анализ содержания углерода в торфяных залежах 5-ти болот, включая изученное нами ранее болото Столбовое, расположенного также на территории Мордовского заповедника, показал, что в низинных торфах с преобладанием остатков травянистых растений-торфообразователей содержание Сорг составляет 46.9-60.9% (среднее 54,6%) и эти значения в целом выше, чем концентрация Сорг в переходных древесно-пушициево-сфагновых и пушициево-сфагновых торфах 43.6-50.1% (среднее 47.8%). Низкие значения Сорг выявлены для травяного и древесно-травяного торфа в карстовом болоте Павловское: 39.2-51.4% (среднее 47,5%), в котором торф сильно обводнен и слабо консолидирован, что возможно, обусловило недооценку содержания углерода в этом болоте. Сопоставление полученных данных с опубликованными оценками содержания углерода в торфах различного возраста и состава [Vitt et al. 2000; Chambers et al., 2010; Bauer et al, 2006; Beilman et al. 2009; Прокушкин и др., 2017], выявил в целом близкие закономерности распределения содержания Сорг, в различных видах торфа, при немного более низких абсолютных значениях Сорг в карстовых болотах, что может быть связано с локальными особенностями торфонакопления. Полученные данные показали, что скорость аккумуляции углерода в болотах Долгий Мост, Жегаловское, Инорка и Павловское варьирует в диапазоне от 5,2 до 84,9 г С/м2 в год, если не учитывать самые нижние образцы, приуроченные к базальным горизонтам торфяных залежей, и один аномальный пик до 101,9 г С/м2 в год в болоте Долгий Мост, при среднем значении за весь голоцен 22,5 г С/м2 в год. Сопоставление полученных результатов с данными о депонировании углерода в болотах арктической и бореальной зон Евразии и Северной Америки [Gallego-Sala et al., 2018] и с оценками CAR в среднем по России [Инишева и др., 2013] показали, что выявленные нами скорости аккумуляции углерода в болотах Мордовии находятся в пределах варьирования средних значений этого показателя, а полученное нами среднее значение CAR близко к средней скорости накопления углерода болотами северного полушария в голоцене, оцененной в 22,9±2,0 г С/м2 в год [Loisel, Garneau, 2010]. Установленные нами ранее для карстового болота Столбовое (глубина 240 см, возраст 3000 кал. лет) экстремально высокие показатели CAR от 32,0 до 158,4 г С/м2 в год при среднем значении 68,9 г С/м2 в год, не были выявлены при последующих исследованиях болот различного генезиса и ландшафтной приуроченности. Возможно, такие высокие значения CAR характерны только для быстро растущих карстовых болот в условиях богатого минерального питания. Корреляционный анализ выявил слабую положительную связь между CAR и содержанием азота, гумификацией торфа, содержанием древесных остатков и осок в торфе изученных болот. Доля остатков древесины имеет слабую положительную корреляцию с участием зеленых и сфагновых мхов. Очевидно, что на депонирование углерода в болоте оказал влияние ботанический состав торфа. Зависимость CAR от содержания азота и гумификации торфа отражает последовательные изменения состава растений-торфообразователей, условий минерального питания и скоростей деструкции органического вещества торфа. Анализ распределения скорости накопления углерода по глубинам торфяных залежей и по возрасту показал, что, учитывая погрешности возрастных моделей и возможные потери торфа при неоднократных пожарах, фазы увеличения и снижения интенсивности депонирования углерода в разных болотах в голоцене происходили практически одновременно. Для нижних горизонтов торфяных залежей болот Жегаловское, Долгий мост и Инорка, сформировавшихся в раннем голоцене и в первой половине среднего голоцена, были характерны относительно высокие скорости накопления углерода. Значения САR, превышающие средние значения в разрезе, в болоте Жегаловское определены в интервале 10000 – 7500 кал. л.н. (12-18, с отдельными пиками до 20 г С/м2 в год), в болоте Инорка – в интервале 10500 – 7500 кал. л.н. (20-35 г С/м2 в год) и в болоте Долгий Мост – в интервале 8200 – 6500 кал. л.н. (20-50 г С/м2 в год). Согласно климатическим реконструкциям для центральных районов Восточно-Европейской равнины, последовательное потепление климата в раннем голоцене при достаточном увлажнении в период 9100-8500 кал. л.н. [Novenko, Olchev, 2015; Новенко, 2021], способствовало активному росту торфяников и аккумуляции в них углерода. Снижение интенсивности накопления углерода в болотах выявлено в среднем-позднем голоцене для интервалов 7500 – 3500 (3700) кал. л.н. для болот Жегаловское и Инорка, когда значения CAR опустились ниже средних значений (до 8-15 г С/м2 в год), и для интервала 6500 – 3500 кал. л.н. для болота Долгий Мост, где CAR составляла 10-20 г С/м2 в год. Период снижения депонирования углерода в болотах во многом совпадает с термическим максимумом голоцена, когда климат был теплее и суше современного [Новенко, 2021]. Для этого же периода в изученных болотах характерно снижение скорости вертикального прироста торфа и увеличение степени его гумификации, что указывает на увеличение интенсивности процесса минерализации органических остатков и неблагоприятные условия торфонакопления и связывания углерода. Исследования макроскопических частиц угля в торфяных залежах болот и реконструкции палеопожаров, выполненные нами ранее по материалам тех же разрезов [Куприянов и др., 2023; Новенко и др., 2023], показали существенное увеличение частоты и интенсивности пожаров. Возможно, происходила потеря углерода в результате выгорания части торфяной залежи, что также отразилось на снижении значения CAR. Похолодание и увлажнение климата в позднем голоцене и сокращение числа пожаров способствовали накоплению торфа и росту аккумуляции углерода. Повышение значений CAR в болотах Жегаловское, Долгий мост и Павловское получено для интервала 3500 – 1700 кал. л.н.; в болоте Инорка рост CAR имел место между 3500 и 2000 кал. л.н. В формировании верхних горизонтов торфяных залежей болот и аккумуляции углерода в позднем голоцене проявилась индивидуальная специфика различных болотных комплексов. В болоте Жегаловское начиная с 1700 кал. л.н. установлено плавное снижение СAR от 15-20 до 5 г С/м2 в год. В болотах Долгий мост, Инорка и Павловское, начиная с 1700(2000) кал. л.н. выявлено некоторое уменьшение скорости аккумуляции углерода, а затем, в верхних горизонтах торфяных залежей резкий скачок значений CAR до 100 и 60 г С/м2 в год в болотах Долгий Мост и Инорка соответственно и до 35 г С/м2 в год в болоте Павловское, совпадающий с повышением зольности торфа и снижением его гумификации. Мы предполагаем, что существенный рост CAR связан с высокой продуктивностью растительных сообществ в результате дополнительного привноса питательных веществ в болотную экосистему, возможно в результате антропогенного влияния, и одновременно их замедленной минерализацией, на что указывает снижение степени гумификации торфа. Проведенное исследование позволило сделать заключение, что депонирование углерода в болотных комплексах Мордовского заповедника обусловлено составом растений-торфообразователей, условиями минерального питания болот, и изменениями гидроклиматических условий в голоцене, определяющих соотношение процессов разложения и накопления торфа, а также частотой торфяных пожаров. В 2024 г по новым данным и полученным ранее результатам были подготовлены и опубликованы 2 статьи в рецензируемых журналах: Дьяконов К.Н., Мазей Н.Г., Прокушкин А.С., Шатунов А.Е., Зазовская Э.П., Новенко Е.Ю. Депонирование углерода в карстовом болоте Мордовского заповедника в позднем голоцене. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2024. Т. 79. № 4. С. 30–43. Mazei N.G., Shatunov A.E., Novenko E.Yu. The Holocene evolution of floodplain mire geosystems in the southeastern part of the Meshchera lowlands // Limnology and Freshwater Biology. 2024. № 4. P. 434-439. DOI: 10.31951/2658-3518-2024-A-4-434.
2 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Депонирование углерода в болотах полесий Восточно-Европейской равнины в голоцене
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".