CARBON FLOWS IN THE ECOSYSTEMS OF THE MIDDLE TAIGA OF CENTRAL SIBERIA

A. V. Panov; Панов А. В.; A. V. Makhnykina; Махныкина А. В.; A. V. Urban; Урбан А. В.; V. I. Zyryanov; Зырянов В. И.; D. A. Polosukhina; Полосухина Д. А.; E. A. Kukavskaya; Кукавская Е. А.; V. E. Aryasov; Арясов В. Е.; R. A. Kolosov; Колосов Р. А.; I. R. Putilin; Путилин И. Р.; P. D. Tretyakov; Третьяков П. Д.; D. A. Trusov; Трусов Д. В.; R. T. Sadykov; Садыков Р. Т.; A. S. Prokushkin; Прокушкин А. С.

doi:10.15372/SJFS20240305

CARBON FLOWS IN THE ECOSYSTEMS OF THE MIDDLE TAIGA OF CENTRAL SIBERIA

Authors: Panov A.V.¹, Makhnykina A.V.¹^,2, Urban A.V.¹, Zyryanov V.I.¹, Polosukhina D.A.¹^,2, Kukavskaya E.A.¹, Aryasov V.E.¹, Kolosov R.A.¹, Putilin I.R.¹, Tretyakov P.D.¹, Trusov D.A.¹, Sadykov R.T.¹, Prokushkin A.S.¹^,2
Affiliations:
1. Krasnoyarsk Science Centre of the Siberian Branch of Russian Academy of Science, V. N. Sukachev Institute of Forest, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch
2. Siberian Federal University
Issue: No 3 (2024)
Pages: 37-53
Section: SUMMARIZING ARTICLES
URL: https://journal-vniispk.ru/2311-1410/article/view/297615
DOI: https://doi.org/10.15372/SJFS20240305
ID: 297615

Cite item

Full Text

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The observed increase in temperature, caused by increasing concentrations of climate-active (greenhouse) gases in the atmosphere, primarily carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), may be responsible for the projected release of carbon accumulated over millennia in large areas of northern latitudes. The scale and duration of the expected effect remains an open question, due to the sporadic nature of quantitative estimates of carbon flows. The work reflects the current status, directions and main results of long-term instrumental studies of carbon flows in the ecosystems of the middle taiga subzone of Central Siberia, on the basis of the Middle Yenisei experimental station of V. N. Sukachev Institute of Forest, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ZOTTO observatory). The dynamics of CO2 and CH4 concentrations in the atmosphere from 2009 to 2020 are presented. The values of net ecosystem exchange of CO2 for forest-swamp complexes are given, indicating that they act as a sink (sink) of atmospheric CO2. For representative ecosystems, an assessment of soil CO2 emission fluxes and the seasonal variation in the values of photosynthetic carbon assimilation by dominants of the subordinate vegetation layer are presented. The patterns of behavior of dissolved forms of carbon in the waters of streams draining oligotrophic and eutrophic swamps in the study area were revealed, and the values of CO2 emission from the water surface were presented.

Keywords

atmosphere, climate, carbon dioxide, methane, carbon exchange flows

References

Белов А. В. Растительность Западной Сибири и ее картографирование. М.: Наука, 1984. 121 с
Голомолзин В. В., Рублев А. Н., Киселева Ю. В., Козлов Д. А., Прокушкин А. С., Панов А. В. Определение общего содержания диоксида углерода над территорией России по данным отечественного космического аппарата «Метеор-М» № 2 // Метеорол. и гидрол. 2022. № 4. С. 79-95
Иванова Г. А., Иванов А. В. Пожары в сосновых лесах Средней Сибири. Новосибирск: Наука, 2015. 240 с
Карпенко Л. В., Прокушкин А. С. Генезис и история послеледникового развития лесного болота в долине р. Дубчес // Сиб. лесн. журн. 2018. № 5. С. 33-44
Куричева О. А., Авилов В. К., Варлагин А. В., Гитарский М. Л., Дмитриченко А. А., Дюкарев Е. А., Загирова С. В., Замолодчиков Д. Г., Зырянов В. И., Карелин Д. В., Карсанаев С. В., Курганова И. Н., Лапшина Е. Д., Максимов А. П., Максимов Т. Х., Мамкин В. В., Марунич А. С., Мигловец М. Н., Михайлов О. А., Панов А. В., Прокушкин А. С., Сиденко Н. В., Шилкин А. В., Курбатова Ю. А. Мониторинг экосистемных потоков парниковых газов на территории России: сеть RUFLUX // Изв. РАН. Сер. геогр. 2023. Т. 87. № 4. С. 512-535
Махныкина А. В., Прокушкин А. С., Ваганов Е. А., Верховец С. В., Рубцов А. В. Динамика потоков СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири // Журн. СФУ. Сер. «Биол.» 2016. Т. 9. № 3. С. 338-357
Махныкина А. В., Прокушкин А. С., Меняйло О. В., Верховец С. В., Тычков И. И., Урбан А. В., Рубцов А. В., Кошурникова Н. Н., Ваганов Е. А. Влияние климатических факторов на эмиссию СО2 из почв в среднетаежных лесах Центральной Сибири: эмиссия как функция температуры и влажности почвы // Экология. 2020. № 1. С. 48-58
Панов А. В., Прокушкин А. С., Зражевская Г. К., Урбан А. В., Зырянов В. И., Сиденко Н. В., Хайманн М. Зимнее почвенное дыхание в экосистемах Средней Сибири: сравнительные оценки с использованием трех методов измерений // Экология. 2021. № 2. С. 112-122
Панов А. В., Прокушкин А. С., Кюблер К., Корец М. А., Урбан А. В., Зражевская Г. К., Бондарь М. Г., Хайманн М., Заале З. Прецизионный мониторинг концентрации диоксида углерода и метана в приземной атмосфере полярного пояса Приенисейской Сибири // Метеорол. и гидрол. 2022. № 11. С. 19-31
Тимохина А. В., Прокушкин А. С., Панов А. В., Колосов Р. А., Сиденко Н. В., Лаврич Й., Хайманн М. Межгодовая изменчивость концентрации диоксида углерода над центральной частью Сибири (по данным международной обсерватории ZOTTO за 2009-2015 гг.) // Метеорол. и гидрол. 2018. № 5. С. 20-29
Урбан А. В., Прокушкин А. С., Корец М. А., Панов А. В., Гербиг К., Хайманн М. Влияние подстилающей поверхности на концентрации парниковых газов в Центральной Сибири // Геогр. природ. рес. 2019. № 3. С. 32-40
Швиденко А. З., Щепащенко Д. Г. Углеродный бюджет лесов России // Сиб. лесн. журн. 2014. № 1. C. 69-92
Чебакова Н. М., Выгодская Н. Н., Арнет А., Белелли Маркезини Л., Курбатова Ю. А., Парфенова Е. И., Валентини Р., Верховец С. В., Ваганов Е. А., Шульце Е.-Д. Энерго и массообмен и продуктивность основных экосистем Сибири (по результатам измерений методом турбулентных пульсаций) 2. Углеродный обмен и продуктивность // Изв. РАН. Сер. биол. 2014. № 1. С. 65-75
Arneth A., Kurbatova J., Kolle O., Shibistova O. B., Lloyd J., Vygodskaya N. N., Schulze E.-D.Comparative ecosystem-atmosphere exchange of energy and mass in a European Russian and a central Siberian bog II.Inter-seasonal and interannual variability of CO2 fluxes // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 514-530
Bonan G. Forests and climate change: forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests // Science. 2008. V. 320. N. 5882. P. 1444-1449
Burba G. Eddy covariance method for scientific, industrial, agricultural and regulatory applications: A field book on measuring ecosystem gas exchange and areal emission rates. Lincoln, NE, USA: LI-COR Biosciences, 2013. 331 p
Dolman A. J., Shvidenko A., Schepaschenko D., Ciais P., Tchebakova N., Chen T., Molen M. K. van der, Belelli Marchesini L., Maximov T. C., Maksyutov S., Schulze E.-D. An estimate of the terrestrial carbon budget of Russia using inventory-based, eddy covariance and inversion methods // Biogeosciences. 2012. V. 9. N. 12. P. 5323-5340
Drake T. W., Raymond P. A., Spencer R. G. M. Terrestrial carbon inputs to inland waters: a current synthesis of estimates and uncertainty // Limnol. Oceanogr. Lett. 2018. V. 3. Iss. 3. P. 132-142
Dymov A. A., Grodnitskaya I. D., Yakovleva E. V., Dubrovskiy Y. A., Kutyavin I. N., Startsev V. V., Milanovsky E. Y., Prokushkin A. S. Albic podzols of boreal pine forests of Russia: Soil organic matter, physicochemical and microbiological properties across pyrogenic history // Forests. 2022. V. 13. Iss. 11. Article 1831
Frey K. E., Smith L. C. Amplified carbon release from vast West Siberian peatlands by 2100 // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. Iss. 9. Article 022025
Golomolzin V. V., Rublev A. N., Kiseleva Yu. V., Kozlov D. A., Prokushkin A. S., Panov A. V. Retrieval of total column carbon dioxide over Russia from Meteor-M No. 2 satellite data // Rus. Meteorol. Hydrol. 2022. V. 47. N. 4. P. 304-314 (Original Rus. Text © V. V. Golomolzin, A. N.Rublev, Yu. V. Kiseleva, D. A. Kozlov, A. S. Prokushkin, A. V. Panov, 2022, publ. in Meteorologiya i Gidrologiya. 2022. N. 4. P. 79-95)
Hayes D. J., Kicklighter D. W., McGuire A. D., Chen M., Zhuang Q., Yuan F., Melillo J. M., Wullschleger S. D. The impacts of recent permafrost thaw on land-atmosphere greenhouse gas exchange // Environ. Res. Lett. 2014. V. 9. N. 4. P. 1-12
Heimann M. The EUROSIBERIAN CARBONFLUX project // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 417-419
Heintzenberg J., Birmili W., Otto R., Andreae M. O., Mayer J.-C., Chi X., Panov A. Aerosol particle number size distributions and particulate light absorption at the ZOTTO tall tower (Siberia), 2006-2009 // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. N. 1. P. 8703-8719
Hugelius G., Strauss J., Zubrzycki S., Harden J. W., Schuur E. A. G., Ping C.-L., Schirrmeister L., Grosse G., Michaelson G. J., Koven C. D., O’Donnell J. A., Elberling B., Mishra U., Camill P., Yu Z., Palmtag J., Kuhry P. Estimated stocks of circumpolar permafrost carbon with quantified uncertainty ranges and identified data gaps // Biogeosciences. 2014. V. 11. N. 23. P. 6573-6593
Karlsson J., Serikova S., Vorobyev S. N., Rocher-Ros G., Denfeld B., Pokrovsky O. Carbon emission from Western Siberian inland waters // Nat.Comm. 2021. V. 12. Iss. 1. Article 825
Kljun N., Calanca P., Rotach M. W., Schmid H. P. A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP) // Geosci. Model Dev. 2015. V. 8. P. 3695-3713
Koshurnikova N. N., Verkhovets S. V., Antamoshkina O. A., Trofimova N. V., Zlenko L. V., Zhuikov A. V., Garmash A. A. Structure of the organic matter pool in Pinus sibirica dominated forests of Central Siberia // Folia For. Pol. Ser. A. 2015a. V. 57. N. 4. P. 218-223
Koshurnikova N. N., Verkhovets S. V., Antamoshkina O. A., Trofimova N. V., Zlenko L. V., Zhuikov A. V. Assessment of Central Siberia forest ecosystems sustainability to forest fires: academic research outcomes // Proc. Soc. Behav. Sci. 2015b. V. 214. P. 1008-1018
Lloyd J., Shibistova O., Zolotoukhine D., Kolle O., Arneth A., Wirth C., Styles J. M., Tchebakova N. M., Schulze E.-D. Seasonal and annual variations in the photosynthetic productivity and carbon balance of a central Siberian pine forest // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 590-610
Makhnykina A. V., Prokushkin A. S., Menyaylo O. V., Verkhovets S. V., Tychkov I. I., Urban A. V., Rubtsov A. V., Koshurnikova N. N., Vaganov E. A. The impact of climatic factors on CО2 emissions from soils of middle-taiga forests in central Siberia: Emission as a function of soil temperature and moisture // Rus. J. Ecol. 2020. V. 51. N. 1. P. 46-56 (Original Rus. Text © A. V. Makhnykina, A. S. Prokushkin, O. V. Menyaylo, S. V. Verkhovets, I. I. Tychkov, A. V. Urban, A. V.Rubtsov, N. N. Koshurnikova, E. A. Vaganov, 2020, publ. in Ekologiya. 2020. N. 1. P. 48-58)
Makhnykina A. V., Panov A. V., Prokushkin A. S. The impact of wildfires on soil CO2 emission in middle taiga forests in Central Siberia // Land. 2023. V. 12. Iss. 8. Article 1544
Makhnykina A. V., Vaganov E. A., Panov A. V., Koshurnikova N. N., Prokushkin A. S. The pulses of soil CO2 emission in response to rainfall events in Central Siberia: revisiting the overall frost-free season CO2 flux // Forests. 2024. V. 15. N. 2. Article 355
McGuire A. D., Anderson L. G., Christensen T. R., Dallimore S., Guo L., Hayes D. J., Heimann M., Lorenson T. D., Macdonald R. W., Roulet N. Sensitivity of the carbon cycle in the Arctic to climate change // Ecol. Monogr. 2009. V. 79. N. 4. P. 523-555
McGuire A. D., Christensen T. R., Hayes D., Heroult A., Euskirchen E., Kimball J. S., Koven C., Lafleur P., Miller P. A., Oechel W., Peylin P., Williams M., Yi Y. An assessment of the carbon balance of Arctic tundra: Comparisons among observations, process models, and atmospheric inversions // Biogeosciences. 2012. V. 9. N. 8. P. 3185-3204
Panov A. V., Prokushkin A. S., Zrazhevskaya G. K., Urban A. V., Zyryanov V. I., Sidenko N. V., Heimann M. Winter CO2 fluxes in ecosystems of Central Siberia: comparative estimates using three different approaches // Rus. J. Ecol. 2021. V. 52. N. 2. P. 126-135 (Original Rus. Text © A. V. Panov, A. S. Prokushkin, G. K. Zrazhevskaya, A. V. Urban, V. I. Zyryanov, N. V. Sidenko, M. Heimann, 2021, publ. in Ekologiya. 2021. N. 2. P. 112-122)
Panov A. V., Prokushkin A. S., Kubler K., Korets M. A., Urban A. V., Zrazhevskaya G. K., Bondar’ M. G., Heimann M., Zaehle S. Precisious observations of atmospheric carbon dioxide and methane mole fractions in the polar belt of Near-Yenisei Siberia // Rus. Meteorol. Hydrol. 2022. V. 47. N. 11. P. 829-838 (Original Rus. Text © A. V. Panov, A. S. Prokushkin, K. Kubler, M. A. Korets, A. V. Urban, G. K. Zrazhevskaya, M. G. Bondar’, M. Heimann, S. Zaehle, 2022, publ. in Meteorologiya i Gidrologiya. 2022a. N. 11. P. 19-31)
Panov A., Prokushkin A., Semiletov I., Kübler K., Korets M., Putilin I., Urban A., Bondar M., Heimann M. Atmospheric CO2 and CH4 fluctuations over the continent-sea interface in the Yenisei River sector of the Kara Sea // Atmosphere. 2022b. V. 13. Iss. 9. Article 1402
Park S.-B., Knohl A., Migliavacca M., Thum T., Vesala T., Peltola O., Mammarella I., Prokushkin A., Kolle O., Lavrič J., Park S. S., Heimann M. Temperature control of spring CO2 fluxes at a coniferous forest and a peat bog in central Siberia // Atmosphere. 2021. V. 12. Iss. 8. Article 0984
Polosukhina D. A., Prokushkin A. S., Masyagina O. V. Carbon photoassimilation by dominant species of mosses and lichens in pine forests of Central Siberia // IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2020. N. 11. Article 012031
Polosukhina D. A., Makhnykina A. V., Aryasov V. E., Trusov D. V., Prokushkin A. S. Photosynthesis of widespread lichen species in pine forests of Central Siberia // Lesovedenie (For. Sci.). 2023. N. 6. P. 690-696
Reum F., Gerbig C., Lavric J. V., Rella C. W., Göckede M. Correcting atmospheric CO2 and CH4 mole fractions obtained with Picarro analyzers for sensitivity of cavity pressure to water vapor // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. N. 2. P. 1013-1027
Richter-Menge J., Druckenmiller M. L., Jeffries M. Arctic report card: Update for 2019. 2019. https://arctic.noaa.gov/Report-Card/Report-Card-2019
Romanovsky V. E., Schaefer K., Turetsky M. R., Treat C. C., Vonk J. E. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature. 2015. V. 520. P. 171-179
Röser C., Montagnani L., Schulze E.-D., Mollicone D., Kolle O., Meroni M., Papale D., Belelli Marchesini L., Federici S., Valentini R.Net CO2 exchange rates in three different successional stages of the “Dark Taiga” of central Siberia // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 642-654
Schulze E.-D., Lloyd J., Kelliher F. M., Wirth C., Rebmann C., Lühker B., Mund M., Knohl A., Milyukova I. M., Schulze W., Ziegler W., Varlagin A. V., Sogachev A. F., Valentini R., Dore S., Grigoriev S., Kolle O., Panfyorov M. I., Tchebakova N., Vygodskaya N. N. Productivity of forests in the Eurosiberian boreal region and their potential to act as a carbon sink - a synthesis // Global Change Biol. 1999. V. 5. Iss. 6. P. 703-722
Schulze E. D., Prokushkin A. S., Arneth A., Knorre N., Vaganov E. A.Net ecosystem productivity and peat accumulation in a Siberian Aapa mire // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 531-536
Schuur E. A. G., McGuire A. D., Schadel C., Grosse G., Harden J. W., Hayes D. J., Hugelius G., Koven C. D., Kuhry P., Lawrence D. M., Natali S. M., Olefeldt D., Romanovsky V. E., Schaefer K., Turetsky M. R., Treat C. C., Vonk J. E. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature. 2015. V. 520. P. 171-179
Serikova S., Pokrovsky O. S., Ala-Aho P., Kazantsev V., Kirpotin S. N., Kopysov S. G., Krickov I. V., Laudon H., Manasypov R. M., Shirokova L. S., Soulsby C., Tetzlaff D., Karlsson J. High riverine CO2 emissions at the permafrost boundary of Western Siberia // Nat. Geosci. 2018. V. 11. P. 825-829
Shibistova O., Lloyd J., Evgrafova S., Savushkina N., Zrazhevskaya G., Arneth A., Knohl A., Kolle O., Schulze E.-D. Seasonal and spatial variability in soil CO2 efflux rates for a central Siberian Pinus sylvestris forest // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 552-567
Tchebakova N. M., Kolle O., Zolotoukhine D., Arneth A., Styles J. M., Vygodskaya N. N., Schluze E.-D., Shibistova O., Lloyd J.Inter-annual and seasonal variations of energy and water vapour fluxes above a Pinus sylvestris forest in the Siberian middle taiga // Tellus B: Chem. Phys. Meteo. 2002. V. 54. Iss. 5. P. 537-551
Timokhina A. V., Prokushkin A. S., Panov A. V., Kolosov R. A., Sidenko N. V., Lavrich J., Heimann M.Interannual variability of atmospheric CO2 concentrations over central Siberia from ZOTTO data for 2009-2015 // Rus. Meteorol. Hydrol. 2018. V. 43. Iss. 5. P. 288-294 (Original Rus. Text © A. V. Timokhina, A. S. Prokushkin, A. V. Panov, R. A. Kolosov, N. V. Sidenko, J. Lavric, M. Heimann, 2018, publ. in Meteorologiya i Gidrologiya. 2018. N. 5. P. 20-29)
Urban A. V., Prokushkin A. S., Korets M. A., Panov A. V., Gerbig K., Heimann M. Influence of the underlying surface on greenhouse gas concentrations in the atmosphere over Central Siberia) // Geogr. Nat. Res. 2019. V. 40. Iss. 3. P. 221-229 (Original Rus. Text © A. V. Urban, A. S. Prokushkin, M. A. Korets, A. V. Panov, K. Gerbig, M. Heimann, 2019, publ. in Geogr. i prirod. res. 2019. V. 40. N. 3. P. 32-40)
Winderlich J., Chen H., Gerbig C., Seifert T., Kolle O., Lavric J. V., Kaiser C., Hofer A., Heimann M. Continuous low-maintenance CO2 / CH4 / H2O measurements at the Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO) in Central Siberia // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. N. 4. P. 1113-1128

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

Username
Password
Remember me

Forgot password?	Register

Username
Password
Remember me

Forgot password?	Register

CARBON FLOWS IN THE ECOSYSTEMS OF THE MIDDLE TAIGA OF CENTRAL SIBERIA

Full Text

Abstract

Keywords

About the authors

References

Supplementary files