ЛАТЕРАЛЬНЫЙ СТОК УГЛЕРОДА В КРИОЛИТОЗОНЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Количественные оценки баланса углерода ландшафтов суши и особенно криолитозоны, где наблюдаются наиболее значимые тренды потепления, требуют учета экспорта терригенного углерода за их пределы с латеральным стоком. В работе представлены результаты многолетнего круглогодичного мониторинга внутрисезонных и межгодовых флуктуаций концентраций растворенного органического (РОУ) и неорганического (РНУ) углерода в гидрографической сети Среднесибирского плоскогорья, осуществляемого на базе Эвенкийского стационара Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН (п. Тура). Исследования проводились на более чем 100 водотоках разного порядка в среднем течении р. Нижняя Тунгуска (62-66° с. ш., 96-102° в. д.) на основе регулярного измерения концентраций всех форм углерода, а также квазинепрерывного мониторинга физико-химических параметров водотоков с помощью автоматических логгеров-регистраторов. Показано, что основными лимитирующими факторами латерального стока углерода в пределах Среднесибирского плоскогорья в настоящее время являются запасы потенциально мобилизуемого органического углерода в наземных ландшафтах и количество осадков в условиях резко континентального климата. Рост стока органического углерода прогнозируется в результате как оттаивания богатых Сорг мерзлых толщ, так и повышения продуктивности растительного покрова, а неорганического углерода - вследствие повышения скоростей выветривания горных пород и секвестрации атмосферного СО2. Отрицательные прогнозы поведения РОУ связываются с увеличением глубины инфильтрации растворов с ростом сезонно-талого слоя почвы, что определяет сорбцию РОУ в почвенной толще и его микробиологическую деструкцию. Возрастание площадей и интенсивности пожаров в результате потепления климата определяет существенную трансформацию латерального стока углерода. При этом наблюдаемое сокращение стока рек в результате усиления пирогенного фактора будет определять общее снижение транспорта терригенного углерода из наземных ландшафтов.

Об авторах

А. С. Прокушкин

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН; Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: prokushkin@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Т. Н. Гейс

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: geys.00@mail.ru
Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Р. А. Колосов

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: kolosov.ra@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

М. А. Корец

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: mik@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

А. В. Панов

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: alexey.v.panov@gmail.com
Красноярск, Россия

Д. А. Полосухина

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: polosukhina@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

М. П. Прокушкина

Сибирский федеральный университет

Email: mprokushkina@sfu-kras.ru
Красноярск, Россия

С. В. Титов

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: titov-sergey@mail.ru
Красноярск, Россия

И. В. Токарева

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: gavrilenko@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Н. В. Сиденко

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: nikita.v.sidenko@gmail.com
Красноярск, Россия

Ю. В. Шамонина

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: shamonina@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

С. Г. Прокушкин

Красноярский научный центр СО РАН, Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН

Email: stanislav@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Список литературы

  1. Гончарова О. Ю., Тимофеева М. В., Матышак Г. В. Диоксид углерода в почвенных, грунтовых и поверхностных водах арктических и бореальных регионов: роль, источники, методы определения (обзор) // Почвоведение. 2023. № 3. С. 321-338
  2. Ершов Ю. И. Закономерности почвообразования в пределах Среднесибирского плоскогорья // Почвоведение. 1995. № 7. С. 805-810
  3. Зырянова О. А., Абаимов А. П., Чихачева Т. Л. Влияние пожаров на лесообразовательный процесс в лиственничных лесах Севера Сибири // Лесоведение. 2008. № 1. С. 3-10
  4. 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
  5. Кушев С. Л., Леонов Б. Н. Рельеф и геологическое строение // Средняя Сибирь. М.: Наука, 1964. С. 23-82
  6. Огуреева Г. Н., Микляева И. М., Сафронова И. Н., Юрковская Т. К. Зоны и типы поясности растительности России и сопредельных территорий. Карта для высших учебных заведений М 1 : 8 000 000. М.: ЭКОР, 1999. Т. 2. На 2-х л
  7. Ольчев А. В., Зырянов В. И., Сатосина Е. М., Фокеев Е. В., Мухартова Ю. В., Новенко Е. Ю., Прокушкин А. С. Сезонная изменчивость потоков диоксида углерода, явного и скрытого тепла в северотаежном лиственничном лесу Средней Сибири по данным пульсационных измерений // Метеорол. и гидрол. 2022. № 10. С. 111-120
  8. Прокушкин C. Г., Богданов В. В., Прокушкин А. С., Токарева И. В. Послепожарное восстановление органического вещества в напочвенном покрове лиственничников криолитозоны Центральной Эвенкии // Изв. РАН. Сер. биол. 2011. № 2. С. 227-234
  9. Прокушкин C. Г., Зырянова О. А., Прокушкин А. С. Распределение запасов фитомассы и биогенных элементов в древостоях лиственницы Гмелина в Центральной Эвенкии (на примере малого водосборного бассейна) // Изв. РАН. Сер. биол. 2021. № 1. С. 93-102
  10. Старцев В. В., Дымов А. А., Прокушкин А. С. Почвы постпирогенных лиственничников Средней Сибири: морфология, физико-химические свойства и особенности почвенного органического вещества // Почвоведение. 2017. № 8. С. 912-925
  11. Abaimov A. P. Geographical distribution and genetics of Siberian larch species // Permafrost ecosystems: Siberian larch forests / A. Osawa, T. Kajimoto, O. A. Zyryanova, Y. Matsuura, R. Wein (Eds.). Springer Dordrecht, 2010. P. 41-58
  12. Ahmed R., Prowse T., Dibike Y., Bonsal B., O’Neil H. Recent trends in freshwater influx to the Arctic Ocean from four major Arctic-draining rivers // Water. 2020. V. 12. N. 4. Article 1189. 13 p
  13. Amon R. M. W., Rinehart A. J., Duan S., Louchouarn P., Prokushkin A., Guggenberger G., Bauch D., Stedmon C., Raymond P. A., Holmes R. M., McClelland J. W., Peterson B. J., Walker S. A., Zhulidov A. V. Dissolved organic matter sources in large Arctic rivers // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 94. P. 217-237
  14. Bagard M. L., Chabaux F., Pokrovsky O. S., Viers J., Prokushkin A. S., Stille P., Rihs S., Schmit A. D., Dupre B. Seasonal variability of element fluxes in two Central Siberian rivers draining high latitude permafrost dominated areas // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. Iss. 12. P. 3335-3357
  15. 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
  16. Finlay J., Neff J., Zimov S., Davydova A., Davydov S. Snowmelt dominance of dissolved organic carbon in high-latitude watersheds: implications for characterization and flux of river DOC // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. Iss. 10. Article 25754
  17. Goncharova O. Yu., Timofeeva M. V., Matyshak G. V. Carbon dioxide in soil, ground and surface waters of the northern regions: Role, sources, test methods (a review) // Euras. Soil Sci. 2023. V. 56. N. 3. P. 278-293 (Original Rus. text © O. Yu. Goncharova, M. V. Timofeeva, G. V. Matyshak, 2023, publ. in Pochvovedenie. 2023. N. 3. P. 321-338)
  18. Guggenberger G., Rodionov A., Shibistova O., Grabe M., Kasansky O. A., Fuchs H., Mikheeva N., Zrazhevskaya G., Flessa H. Storage and mobility of black carbon in permafrost soils of the forest tundra ecotone in Northern Siberia // Global Change Biol. 2008. V. 14. Iss. 6. P. 1367-1381
  19. Holmes R. M., McClelland J. W., Peterson B. J., Tank S. E., Bulygina E., Eglinton T. I., Gordeev V. V., Gurtovaya T. Y., Raymond P. A., Repeta D. J., Staples R., Striegl R. G., Zhulidov A. V., Zimov S. A. Seasonal and annual fluxes of nutrients and organic matter from large rivers to the Arctic Ocean and surrounding seas // Estuaries and Coasts. 2012. V. 35. P. 369-382
  20. Hugelius G., Loisel J., Chadburn S., Jackson R. B., Jones M., MacDonald G. Large stocks of peatland carbon and nitrogen are vulnerable to permafrost thaw // PNAS. 2020. V. 117. N. 34. P. 20438-20446
  21. Hugelius G., Strauss J., Zubrzycki S., Harden J. W., Schuur E. A. G., Ping C. L. Estimated stocks of circumpolar permafrost carbon with quantified uncertainty ranges and identified data gaps // Biogeosciences. 2014. V. 11. Iss. 23. P. 6573-6593
  22. Kharuk V. I., Ranson K. J., Dvinskaya M. L., Im S. T. Wildfires in northern Siberian larch dominated communities // Environ. Res. Lett. 2011. V. 6. N. 4. Article 045208. 6 p
  23. Kirdyanov A.V., Saurer M., Siegwolf R., Knorre A. A., Prokushkin A. S, Churakova (Sidorova) O. V, Fonti M. V., Büntgen U. Long-term ecological consequences of forest fires in the continuous permafrost zone of Siberia // Environ. Res. Lett. 2020. V. 15. N. 3. Article 034061. 11 p
  24. Knorre A. A., Kirdyanov A. V., Prokushkin A. S., Krusic P. J.,. Büntgen U. Tree ring-based reconstruction of the long-term influence of wildfires on permafrost active layer dynamics in Central Siberia // Sci. Total Environ. 2019. V. 652. P. 314-319
  25. Kolosov R. A., Prokushkin A. S., Pokrovsky O. S. Major anion and cation fluxes from the Central Siberian Plateau watersheds with underlying permafrost // IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2016. V. 48. N. 1. Article 012018. 6 p
  26. MacLean R., Oswood M. W., Irons J. G. III and McDowell W. H. The effect of permafrost on stream biogeochemistry: a case study of two streams in the Alaskan (U.S.A.) taiga // Biogeochemistry. 1999. V. 47. Iss. 3. P. 239-267
  27. McKnight D. M., Boyer E. W., Westerhoff P. K., Doran P. T., Kulbe T., Andersen D. T. Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity // Limnol. Oceanogr. 2001. V. 46. Iss. 1. P. 38-48
  28. Myers-Pigg A. N., Louchouarn P., Amon R. M. W., Prokushkin A., Pierce K., Rubtsov A. Labile pyrogenic dissolved organic carbon in major Siberian Arctic rivers: Implications for wildfire-stream metabolic linkages // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. Iss. 2. P. 377-385
  29. Ol’chev A. V., Zyryanov V. I., Satosina E. M., Fokeev E. V., Mukhartova Yu. V., Novenko E. Yu., Prokushkin A. S. Seasonal variability of carbon dioxide, sensible and latent heat fluxes in a northern taiga larch forest of Central Siberia for eddy covariance flux measurements // Rus. Meteorol. Hydrol. 2022. V. 47. Iss. 10. P. 804-811 (Original Rus. text © A. V. Ol’chev, V. I. Zyryanov, E. M. Satosina, E. V. Fokeev, Yu. V. Mukhartova, E. Yu. Novenko, A. S. Prokushkin, 2022, publ. in Meteorol. i gidrol. 2022. N. 10. P. 111-120)
  30. Palviainen M., Laurén A., Pumpanen J., Bergeron Y., Bond-Lamberty B., Larjavaara M., Kashian D. M., Köster K., Prokushkin A., Chen H. Y. H., Seedre M., Wardle D. A., Gundale M. J., Nilsson M.-C., Wang C., Berninger F. Decadal-scale recovery of carbon stocks after wildfires throughout the boreal forests // Global Biogeochem. Cycles. 2020. V. 34. Iss. 8. P. Article 6612. 17 p
  31. Parham L. M., Prokushkin A. S. Pokrovsky O. S., Titov S. V., Grekova E., Shirokova L. S., McDowell W. H. Permafrost and fire as regulators of stream chemistry in basins of the Central Siberian Plateau // Biogeochemistry. 2013. V. 116. Iss. 1-3. P. 55-68
  32. Peterson B. J. Holmes R. M., McClelland J. W., Vorosmarty C. J., Lammers R. B., Shiklomanov A. I., Shiklomanov I. A., Rahmstorf S. Increasing river discharge to the Arctic Ocean // Science. 2002. V. 298. N. 5601. P. 2171-2173
  33. Ponomarev E., Masyagina O., Litvintsev K., Ponomareva T., Shvetsov E., Finnikov K. The effect of post-fire disturbances on a seasonally thawed layer in the permafrost larch forests of Central Siberia // Forests. 2020. V. 11. N. 8. Article 790. 18 p
  34. Ponomarev E. I., Ponomareva T. V., Prokushkin A. S.Intraseasonal dynamics of river discharge and burned forest areas in Siberia // Water. 2019. V. 11. N. 6. Article 1146. 11 p
  35. Prokushkin A. S., Gleixner G., McDowell W. H., Ruehlow S., Schulze E.-D. Sourceand substrate-specific export of dissolved organic matter from permafrost-dominated forested watershed in Central Siberia // Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. Iss. 4. Article 2938. 12 p
  36. Prokushkin A. S., Pokrovsky O. S., Shirokova L. S., Korets M. A., Viers J., Prokushkin S. G., Amon R., Guggenberger G., McDowell W. H. Sources and flux pattern of dissolved carbon in rivers of the Yenisey basin draining the Central Siberian Plateau // Environ. Res. Let. 2011. V. 6. N. 4. Article 045212. 14 p
  37. Prokushkin S. G., Bogdanov V. V., Prokushkin A. S., Tokareva I. V. Post-fire restoration of organic substance in the ground cover of the larch forests in permafrost zone of Central Evenkia // Biol. Bull.Rus. Acad. Sci. 2011. V. 38. Iss. 2. P. 183-190 (Original Rus. text © S. G. Prokushkin, V. V. Bogdanov, A. S. Prokushkin, I. V. Tokareva, 2011, publ. in Izv. RAN. Ser. Biol. 2011. N. 2. P. 227-234)
  38. Prokushkin S. G., Zyryanova O. A., Prokushkin A. S. Phytomass reserves and distribution of biogenic elements in Gmelin larch stands in Central Evenkia (Using the example of a small drainage basin) // Biol. Bull.Rus. Acad. Sci. 2021. V. 48. N. 1. P. 84-93 (Original Rus. text © S. G. Prokushkin, O. A. Zyryanova, A. S. Prokushkin, 2021, publ. in Izv. RAN. Ser. Biol. 2021. N. 1. P. 93-102)
  39. Rawlins M. A., Steele M., Holland M. M., Adam J. C., Cherry J. E., Francis J. A., Groisman P. Y., Hinzman L. D., Huntington T. G., Kane D. L., Kimball J. S., Kwok R., Lammers R. B., Lee C. M., Lettenmaier D. P., McDonald K. C., Podest E., Pundsack J. W., Rudels B., Serreze Mark C., Shiklomanov A., Skagseth O., Troy T. J., Vorosmarty C. J., Wensnahan M., Wood E. F., Woodgate R., Yang D., Zhang K., Zhang T. Analysis of the Arctic system for freshwater cycle intensification: observations and expectations //j. Clim. 2010. V. 23. Iss. 21. P. 5715-5737
  40. Startsev V. V., Dymov A. A., Prokushkin A. S. Soils of postpyrogenic larch stands in Central Siberia: morphology, physicochemical properties, and specificity of soil organic matter // Euras. Soil Sci. 2017. V. 50. N. 8. P. 885-897 (Original Rus. text © V. V. Startsev, A. A. Dymov, A. S. Prokushkin, 2017, publ. in Pochvovedenie. 2017. N. 8. P. 912-925)
  41. Tank S. E., McClelland J. W., Spencer R. G. M. Recent trends in the chemistry of major northern rivers signal widespread Arctic change // Nature Geosci. 2023. V. 16. Iss. 9. P. 789-796
  42. Tarnocai C., Canadell J. G., Schuur E. A. G., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region // Global Biogeochem. Cycles. 2009. V. 23. Iss. 2. Article 3327. 11 p
  43. Tchebakova N. M., Parfenova E. I., Soja A. J. The effects of climate, permafrost and fire on vegetation change in Siberia in a changing climate // Environ. Res. Lett. 2009. V. 4. N. 4. Article 045013. 9 p
  44. Vygodskaya N. N., Milyukova I., Varlagin A., Tatarinov F., Sogachev A., Kobak K. I., Desyatkin R., Bauer G., Hollinger D. Y., Kelliher F. M., Schulze E.-D. Leaf conductance and CO2 assimilation of Larix gmelinii growing in an eastern Siberian boreal forest // Tree Physiol. 1997. N. 17. Iss. 10. P. 607-615
  45. Weishaar J. L., Aiken G. R., Bergamaschi B. A., Fram M. S., Fujii R. Evaluation of specific ultraviolet absorbance as an indicator of the chemical composition and reactivity of dissolved organic carbon // Environ. Sci. Technol. 2003. V. 37. Iss. 20. P. 4702-4708

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

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».