Новый методический подход к автоматизированному мониторингу дыхания почвы в полевых условиях

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.

1. Иванов 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.

2. 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.

3. Молчанов А.Г. Газообмен сфагнума при разных уровнях поверхностных грунтовых вод // Экология. 2015. № 3. С. 182–188. DOI: https://doi.org/10.7868/S0367059715030063.

4. 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.

5. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / Под ред. Заварзина Г.А, Кудеярова В.Н. М.: Наука, 2007. 315 с.

6. Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2005. 301 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.