esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2026-127-189-211esoil-993Research ArticleСтатьиНовый методический подход к автоматизированному мониторингу дыхания почвы в полевых условияхA new methodical approach to automated monitoring of soil respiration in the fieldhttps://orcid.org/0000-0002-3483-3372СмагинА. В.SmaginA. V.

119991, Москва, Ленинские горы, 1, 12 

143030, МО, Успенское, ул. Советская, 21 

12/1 Leninskie Gori, Moscow 119991 

12 Sovetskaya, 143030 Uspenskoe St., Moscow Region 

smagin@list.ruСадовниковаН. Б.SadovnikovaN. B.

119991, Москва, Ленинские горы, 1, 12 

12/1 Leninskie Gori, Moscow 119991

СухоруковС. В.SukhorukovS. V.

143030, МО, Успенское, ул. Советская, 21 

12 Sovetskaya, 143030 Uspenskoe St., Moscow Region

БеляеваЕ. А.BelyaevaE. A.

143030, МО, Успенское, ул. Советская, 21 

12 Sovetskaya, 143030 Uspenskoe St., Moscow Region

КорчагинаК. В.KorchaginaK. V.

143030, МО, Успенское, ул. Советская, 21 

12 Sovetskaya, 143030 Uspenskoe St., Moscow Region

https://orcid.org/0000-0003-2543-3219КасимовА. Р.KacimovA. R.

Al-Khod 123, PO Box 34 

Al-Khod 123, PO Box 34 

anvar@squ.edu.omМГУ им. М.В. Ломоносова ; Институт лесоведения РАНРоссияLomonosov Moscow State University ; Institute of Forest Sciences of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМГУ им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут лесоведения РАНРоссияInstitute of Forest Sciences of the Russian Academy of SciencesRussian FederationSultan Qaboos UniversityОманSultan Qaboos UniversityOman2026130420260127189211Copyright © Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Сухоруков С.В., Беляева Е.А., Корчагина К.В., Касимов А.Р., 20262026Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Сухоруков С.В., Беляева Е.А., Корчагина К.В., Касимов А.Р.Smagin A.V., Sadovnikova N.B., Sukhorukov S.V., Belyaeva E.A., Korchagina K.V., Kacimov A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/993

Актуальность полевого мониторинга почвенного дыхания не вызывает сомнений и определяется значимостью этого процесса в оценке биологической активности почв и углеродного цикла наземных экосистем. Из-за доминирования ручных измерений плохо исследованы закономерности суточной и сезонной динамики почвенного дыхания, особенно в ночные часы и холодное время года. Работа использует новый подход, позволивший полностью автоматизировать полевой мониторинг почвенного дыхания с целью выявления закономерностей его разномасштабной динамики в годовом цикле. Ноу-хау подхода заключалось в использовании периодически продуваемых атмосферным воздухом почвенных камер со встроенными бюджетными СО2-логгерами HT-401/5, регистрирующими динамику концентраций СО2 каждую минуту. Продувка атмосферным воздухом выводила концентрацию СО2 в камере на фоновый уровень, после чего компрессор выключался, и логгер записывал тренд накопления СО2 вследствие почвенного дыхания, использующийся для стандартного расчета потока СО2 по линейной модели для закрытой камеры. Результаты непрерывного автоматического мониторинга потоков СО2 на стационарном объекте Института лесоведения РАН в Серебряноборском опытном лесничестве на окультуренной дерново-подзолистой супесчаной почве (loamy sand Cambisol) под посадками голубой ели (Picea pungens, Engelm.) в течение 2024–2025 гг. с двумя холодными сезонами показали значимость ночного почвенного дыхания в суточном цикле и дыхания в холодный период года с ноября по март в годовом цикле, а также роль температурного фактора в разномасштабной динамике почвенного дыхания, что представляет интерес для прогнозных эмпирических моделей этого процесса в условиях меняющегося климата.

The relevance of field monitoring of soil respiration is beyond doubt and is determined by the significance of this process in assessing the biological activity of soils and the carbon cycle of terrestrial ecosystems. Due to the dominance of manual measurements, the patterns of daily and seasonal dynamics of soil respiration, especially at night and in the cold season, are poorly understood. The work uses a new approach that allows fully automating field monitoring of soil respiration in order to identify patterns of its multi-scale dynamics in the annual cycle. The know-how of the approach consisted in using soil chambers periodically purged with atmospheric air with built-in low-cost CO2 loggers HT-401/5, recording the dynamics of CO2 concentrations every minute. Purging with atmospheric air brought the chamber concentration of CO2 to the background level, after which the compressor was turned off, and the logger recorded the trend of CO2 accumulation due to soil respiration, used for the standard calculation of the CO2 flux according to the linear model for a closed chamber. The results of continuous automatic monitoring of CO2 fluxes at the stationary site of the Institute of Forest Science of the Russian Academy of Sciences in the Serebryanobor experimental forestry on cultivated sod-podzolic sandy loam soil (loamy sand Cambisol) under blue spruce (Picea pungens, Engelm.) during 2024–2025 with two cold seasons showed the significance of night soil respiration in the daily cycle and respiration in the cold period of the year from November to March in the annual cycle, as well as the role of the temperature factor in multi-scale dynamics of soil respiration, which is of interest for predictive empirical models of this process in a changing climate.

диоксид углеродагазообмен почвысуточная и сезонная динамикаавтоматизированный газовый мониторингNDIR-газоанализаторыcarbon dioxidesoil gas exchangedaily and seasonal dynamicsautomated gas monitoringNDIR gas analyzersИсследование выполнено при поддержке междисциплинарного гранта РНФ № 23-64-10002 (разработка методологии, моделей, приобретение оборудования и реализация высокочастотного С-мониторинга на объекте ИЛАН РАН); литературный обзор и статистическая обработка данных проведены в МГУ в рамках темы № 121040800146-3 государственного задания Минобрнауки РФ “Физические основы экологических функций почв: технологии мониторинга, прогноза и управления”. Также авторы благодарны за оперативное и высокопрофессиональное рецензирование рукописи с ценными замечаниями для ее улучшения.This study was supported by the Russian Science Foundation's interdisciplinary grant No. 23-64-10002 (development of methodology and models, acquisition of equipment, and implementation of high-frequency Cmonitoring at the ILAN RAS facility). The literature review and statistical data processing were conducted at Moscow State University as part of the project No. 121040800146-3 of the State Assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation “Physical Foundations of Ecological Functions of Soils: Monitoring, Forecasting, and Management Technologies”. The authors also thank the prompt and highly professional review of the manuscript, which included valuable comments for its improvement.ReferencesИванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н. Методологические подходы формирования единой Национальной системы мониторинга и учета баланса углерода и выбросов парниковых газов на землях сельскохозяйственного фонда Российской Федерации // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2021. Вып. 108. С. 175–218. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-108-175-218.Ivanov A.L., Savin I.Yu., Stolbovoy V.S., Dukhanin Yu.A., Kozlov D.N., Methodological approaches to the formation of a unified national system of monitoring and accounting of carbon balance and greenhouse gas emissions on lands of the agricultural fund of the Russian Federation, Dokuchaev Soil Bulletin, 2021, Vol. 108, pp. 175–218, DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-108-175-218.Карелин Д.В., Азовский А.И., Куманяев А.С., Замолодчиков Д.Г., Суховеева О.Э. Значение пространственного и временного масштаба при анализе факторов эмиссии СО2 из почвы в лесах Валдайской возвышенности // Лесоведение. 2019. № 1. С. 29–37. DOI: https://doi.org/10.1134/S0024114819010078.Karelin D.V., Azovsky A.I., Kumanyaev A.S., Zamolodchikov D.G., Sukhoveeva O.E., Znacheniye prostranstvennogo i vremennogo masshtaba pri analize faktorov emissii СO2 iz pochvy v lesakh Valdayskoy vozvyshennosti. (The importance of spatial and temporal scale in the analysis of CO2 emission factors from soils in the forests of the Valdai Upland), Lesovedenie, 2019, No. 1, pp. 29–37, DOI: https://doi.org/10.1134/S0024114819010078.Молчанов А.Г. Газообмен сфагнума при разных уровнях поверхностных грунтовых вод // Экология. 2015. № 3. С. 182–188. DOI: https://doi.org/10.7868/S0367059715030063.Molchanov A.G., Gazoobmen sfagnuma pri raznykh urovnyakh poverkhnostnykh gruntovykh vod. (Gas exchange of sphagnum at different levels of surface groundwater), Ekologiya, 2015, No. 3, pp. 182–188, DOI: https://doi.org/10.7868/S0367059715030063.Молчанов А.Г., Курбатова Ю.А., Ольчев А.В. Влияние сплошной вырубки леса на эмиссиию СО2 с поверхности почвы // Известия РАН. Сер. Биол. 2017. № 2. С. 190–196. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002332916060126.Molchanov A.G., Kurbatova YU.A., Ol'chev A.V., Vliyaniye sploshnoy vyrubki lesa na emissiiyu CO2 s poverkhnosti pochvy. (The influence of clearcutting of forests on CO2 emissions from the soil surface), Izvestiya RAN. Ser. Biol., 2017, No. 2, pp. 190–196, DOI: https://doi.org/10.7868/S0002332916060126.Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / Под ред. Заварзина Г.А, Кудеярова В.Н. М.: Наука, 2007. 315 с.Zavarzin G.A., Kudeyarov V.N. (Eds.), Puly i potoki ugleroda v nazemnykh ekosistemakh Rossii (Pools and flows of carbon in terrestrial ecosystems of Russia), Moscow: Nauka, 2007, 315 p.Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2005. 301 с.Smagin A.V., Gazovaya faza pochv (Gas phase of soils), Moscow: Moscow State University, 2005, 301 p.Goncharova O.Yu., Matyshak G.V., Timofeeva M.V., Chuvanov S.V., Tarkhov M.O., Isaeva A.V. Carbon Dioxide Emission from Soils of the Ecotone Zone in the North of Western Siberia // Eur. Soil Sci. 2023. Vol. 56. No. 9. P. 1210–1222. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601257.Goncharova O.Yu., Matyshak G.V., Timofeeva M.V., Chuvanov S.V., Tarkhov M.O., Isaeva A.V., Carbon Dioxide Emission from Soils of the Ecotone Zone in the North of Western Siberia, Eur. Soil Sci., 2023, Vol. 56, No. 9, pp. 1210–1222, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601257.Gorbov S.N., Vasenev V.I., Minaeva E.N., Tagiverdiev S.S., Skripnikov P.N., Bezuglova O.S. Short-Term Dynamics of CO2 Emission and Carbon Content in Urban Soil Constructions in the Steppe Zone // Eur. Soil Sci. 2023. Vol. 56. No. 9. P. 1270–1280. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601282.Gorbov S.N., Vasenev V.I., Minaeva E.N., Tagiverdiev S.S., Skripnikov P.N., Bezuglova O.S., Short-term dynamics of CO2 emission and carbon content in urban soil constructions in the steppe zone, Eur. Soil Sci., 2023, Vol. 56, No. 9, pp. 1270–1280, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601282.Karelin D.V., Zolotukhin A.N., Ryzhkov O.V., Lunin V.N., Zamolodchikov D.G., Sukhoveeva O.E. Use of Long-Term Soil Respiration Measurements for Calculating the Net Carbon Balance in Ecosystems of the Central Chernozemic Region // Eur. Soil Sci. 2024. Vol. 57. No. 10. P. 1638– 1649. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229324601318.Karelin D.V., Zolotukhin A.N., Ryzhkov O.V., Lunin V.N., Zamolodchikov D.G., Sukhoveeva O.E., Use of long-term soil respiration measurements for calculating the net carbon balance in ecosystems of the Central Chernozemic Region, Eur. Soil Sci., 2024, Vol. 57, No. 10, pp. 1638– 1649, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229324601318.Kudeyarov V.N. Soil Respiration and Carbon Sequestration: A Review // Eur. Soil Sci. 2023. Vol. 56. No. 9. P. 1191–1200. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323990012.Kudeyarov V.N., Soil respiration and carbon sequestration: A Review, Eur. Soil Sci., 2023, Vol. 56, No. 9, pp. 1191–1200, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323990012.Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Rozanova L., Sapronov D., Myakshina T., Kudeyarov V. Annual and seasonal CO2 fluxes from Russian southern taiga soils // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2003. Vol. 2. P. 338–344. DOI: https://doi.org/10.3402/tellusb.v55i2.16724.Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Rozanova L., Sapronov D., Myakshina T., Kudeyarov V., Annual and seasonal CO2 fluxes from Russian southern taiga soils, Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 2003, Vol. 2, pp. 338–344, DOI: https://doi.org/10.3402/tellusb.v55i2.16724.Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., Sapronov D.V., Khoroshaev D.A., Ableeva V.A. Temperature Sensitivity of Soil Respiration in Grasslands in Temperate Continental Climate Zone: Analysis of 25-Year-Long Monitoring Data // Eur. Soil Sci. 2023. Vol. 56. No. 9. P. 1232–1246. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601130.Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., Sapronov D.V., Khoroshaev D.A., Ableeva V.A., Temperature sensitivity of soil respiration in grasslands in temperate continental climate zone: Analysis of 25-year-long monitoring data, Eur. Soil Sci., 2023, Vol. 56, No. 9, pp. 1232–1246, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229323601130.Mastepanov M., Sigsgaard Ch., Dlugokencky E.J. Houweling S., Strum E. Large tundra methane burst during onset of freezing // Nature. 2008. Vol. 456. No. P. 628–631. DOI: https://doi.org10.1038/nature07464.Mastepanov M., Sigsgaard Ch., Dlugokencky E.J., Houweling S., Strum E., Large tundra methane burst during onset of freezing, Nature, 2008, Vol. 456, No, pp. 628–631, DOI: https://doi.org/10.1038/nature07464.Smagin A.V. Kinetic assessment of gas exchange between the soil and the atmosphere by the static chamber method // Eur. Soil Sci. 2015. Vol. 48. No. 7. P. 719–725. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229315070108.Smagin A.V., Kinetic assessment of gas exchange between the soil and the atmosphere by the static chamber method, Eur. Soil Sci., 2015, Vol. 48, No. 7, pp. 719–725, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229315070108.Smagin A.V., Sadovnikova N.B., Sukhorukov S.V., Belyaeva E.A. Highfrequency CO2 monitoring of the soil and vegetation gas exchange with the atmosphere to assess the local carbon balance of a green infrastructure element // Eur. Soil Sci. 2025. Vol. 58. No. 62. P. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229324603639.Smagin A.V., Sadovnikova N.B., Sukhorukov S.V., Belyaeva E.A., Highfrequency CO2 monitoring of the soil and vegetation gas exchange with the atmosphere to assess the local carbon balance of a green infrastructure element, Eur. Soil Sci., 2025, Vol. 58, No. 62, pp. 1–15, DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229324603639.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.