Измерение потоков парниковых газов на карбоновых полигонах
|
Введение 3
1. Физико-географическая характеристика района исследования 7
1.1. Территория исследования 15
2. Источники парниковых газов: природные и антропогенные 23
3. Методика исследований 29
3.1 Камерный метод измерений потоков углерода 29
3.2. Описание метода и оборудования применяемых для исследования 31
3.3. Другие методы для измерения потоков CO2и CH4 34
4. Результаты измерений потоков парниковых газов 39
4.1. Потоки парниковых газов 39
4.2. Анализ данных по потокам CO2и CH4 41
Заключение 50
Список литературных источников 53
1. Физико-географическая характеристика района исследования 7
1.1. Территория исследования 15
2. Источники парниковых газов: природные и антропогенные 23
3. Методика исследований 29
3.1 Камерный метод измерений потоков углерода 29
3.2. Описание метода и оборудования применяемых для исследования 31
3.3. Другие методы для измерения потоков CO2и CH4 34
4. Результаты измерений потоков парниковых газов 39
4.1. Потоки парниковых газов 39
4.2. Анализ данных по потокам CO2и CH4 41
Заключение 50
Список литературных источников 53
Двуокись углерода и метан являются основными (после водяного пара) атмосферными газами, определяющие тепловой режим нашей планеты (Глаголев, 2014). Метан, образующийся в результате анаэробного разложения органических веществ, является одним из наиболее значимых парниковых газов, высвобождаемых с карбоновых полигонов. Диоксид углерода, продукт аэробного разложения и окисления метана, также вносит существенный вклад в общий поток парниковых газов с полигонов (Кудеяров, 2005).
Мониторинг и количественная оценка потоков парниковых газов с карбоновых полигонов имеют решающее значение для понимания влияния их на окружающую среду. Изучение факторов, влияющих на эмиссии, изучение болотных экосистем и разработка методов управления потоками парниковых газов могут способствовать получению большей информации о карбоновых полигонах. (Кудрявцев, 2008).
Болотные экосистемы являются наиболее значимыми естественными источниками этих природных газов в связи со спецификой разложения органического вещества в них, проходящего в анаэробных условиях. Эмиссия углекислого газа и метана являются результатом совокупности процессов их продукции, транспорта и окисления, каждый из которых имеет свою специфику в болотах разного типа. Каждый из этих процессов по -разному реагирует на изменение экологических факторов, что приводит к затруднениям при прогнозировании эмиссии метана и двуокиси углерода из болот. Эти трудности во многом обусловлены нехваткой данных наземных измерений в репрезентативных болотных экосистемах (Панов, 2021).
Несмотря на то что, болота покрывают лишь 6% мировой земной поверхности, они выполняют разнообразные природные функции и предоставляют ряд социально-экономических экосистемных услуг (IUCN, 2021).
Торфяные болота являются наиболее значимым на суше, долговременным накопителем атмосферного углерода. Важная климатообразующая роль больших болотных систем связана с их влиянием на региональный баланс углекислого газа, метана, тепла и влаги. Поэтому необходимо сохранять углерод депонирующую функцию болот, минимизировав антропогенное вмешательство в наиболее продуктивные болотные экосистемы, предотвращая нарушение естественного поверхностного покрова и нарушение гидрологического режима (Виноградов, 2010). Являясь продуктом неполного разложения растительных остатков, торф сохраняет углерод, будучи в переувлажненном состоянии. При снижении уровня болотных вод процессы разложения торфа возобновляются и накопленный углерод высвобождается в атмосферу. Таким образом, слой торфа, находящийся над уровнем болотных вод, ежегодно уменьшается.
Долгосрочное прогнозирование климатического эффекта малых парниковых газовых составляющих атмосферы невозможно без знания распределения их наземных источников и стоков (Минько, 1988). Точное измерение потоков метана, например, камерным методом, должно сыграть существенную роль для предсказания атмосферной концентрации CH4 и его влияния на климат.
Изменение климата способствовало переоценке роли болот в глобальном круговороте вещества и энергии, устойчивости, самоорганизации и саморазвития ландшафтов, поддержании естественного биоразнообразия. В последние десятилетия отмечается всплеск научных работ, посвященных изучению вопросов газообмена и оценке запасов углерода болот.
Закономерное формирование торфяных отложений как формы депонирования углерода является приоритетом текущих научных исследований на региональном, национальном и международном уровнях. В рамках Важнейшего инновационного проекта Государственного Значения (ВИП ГЗ), направленного на разработку национальной системы мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, в основных типах наземных экосистем, в том числе болотных, проводятся комплексные исследования, сочетающие сбор данных наземного мониторинга, дистанционного зондирования различного разрешения и математического моделирования (Распоряжение Правительства РФ...)...
Мониторинг и количественная оценка потоков парниковых газов с карбоновых полигонов имеют решающее значение для понимания влияния их на окружающую среду. Изучение факторов, влияющих на эмиссии, изучение болотных экосистем и разработка методов управления потоками парниковых газов могут способствовать получению большей информации о карбоновых полигонах. (Кудрявцев, 2008).
Болотные экосистемы являются наиболее значимыми естественными источниками этих природных газов в связи со спецификой разложения органического вещества в них, проходящего в анаэробных условиях. Эмиссия углекислого газа и метана являются результатом совокупности процессов их продукции, транспорта и окисления, каждый из которых имеет свою специфику в болотах разного типа. Каждый из этих процессов по -разному реагирует на изменение экологических факторов, что приводит к затруднениям при прогнозировании эмиссии метана и двуокиси углерода из болот. Эти трудности во многом обусловлены нехваткой данных наземных измерений в репрезентативных болотных экосистемах (Панов, 2021).
Несмотря на то что, болота покрывают лишь 6% мировой земной поверхности, они выполняют разнообразные природные функции и предоставляют ряд социально-экономических экосистемных услуг (IUCN, 2021).
Торфяные болота являются наиболее значимым на суше, долговременным накопителем атмосферного углерода. Важная климатообразующая роль больших болотных систем связана с их влиянием на региональный баланс углекислого газа, метана, тепла и влаги. Поэтому необходимо сохранять углерод депонирующую функцию болот, минимизировав антропогенное вмешательство в наиболее продуктивные болотные экосистемы, предотвращая нарушение естественного поверхностного покрова и нарушение гидрологического режима (Виноградов, 2010). Являясь продуктом неполного разложения растительных остатков, торф сохраняет углерод, будучи в переувлажненном состоянии. При снижении уровня болотных вод процессы разложения торфа возобновляются и накопленный углерод высвобождается в атмосферу. Таким образом, слой торфа, находящийся над уровнем болотных вод, ежегодно уменьшается.
Долгосрочное прогнозирование климатического эффекта малых парниковых газовых составляющих атмосферы невозможно без знания распределения их наземных источников и стоков (Минько, 1988). Точное измерение потоков метана, например, камерным методом, должно сыграть существенную роль для предсказания атмосферной концентрации CH4 и его влияния на климат.
Изменение климата способствовало переоценке роли болот в глобальном круговороте вещества и энергии, устойчивости, самоорганизации и саморазвития ландшафтов, поддержании естественного биоразнообразия. В последние десятилетия отмечается всплеск научных работ, посвященных изучению вопросов газообмена и оценке запасов углерода болот.
Закономерное формирование торфяных отложений как формы депонирования углерода является приоритетом текущих научных исследований на региональном, национальном и международном уровнях. В рамках Важнейшего инновационного проекта Государственного Значения (ВИП ГЗ), направленного на разработку национальной системы мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, в основных типах наземных экосистем, в том числе болотных, проводятся комплексные исследования, сочетающие сбор данных наземного мониторинга, дистанционного зондирования различного разрешения и математического моделирования (Распоряжение Правительства РФ...)...
Исследование потоков парниковых газов на карбоновом полигоне "Мухрино" продемонстрировало, что болотные экосистемы средней тайги Западной Сибири могут выступать как источниками, так и стоками диоксида углерода и метана.
Разработанная структура базы данных по запасам углерода и потокам парниковых газов в типичных исследуемых биогеоценозах даст начало заполнение базы данных по составляющим углеродного бюджета. Полученные результаты являются основой дальнейшего анализа и разработки системы мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории.
Результаты измерений позволят определить интегральные значения потоков СО2 и СН4 за все время исследований. Поверхности Западно - Сибирских болот в теплый период года являются мощным «поглотителем» атмосферного углерода. При этом величины эмиссии СН4 из различных участков болотных почв зависят от типа растительности, уровня увлажнения и прогрева торфяной залежи. Отмечено существование значительной постоянной эмиссии СО2 и СН4 с поверхности болотных экосистем. Использование камерного метода показало эффективность его применения для исследований поведения газовых потоков на болотной поверхности во временном и пространственном масштабах.
Аналитический обзор литературы показал незначительное число данных, особенно в отношении эмиссии парниковых газов почвами и их замеры в полевых условиях с использованием камерных систем. В большинстве экспериментов, посвященных изучению водно-болотных угодий, были проведены замеры эмиссии только СН4. Результатов замеров других парниковых газов крайне мало.
Камерный метод измерений позволил получить ценные данные о пространственной изменчивости потоков и вкладе отдельных компонентов экосистем. Полученные результаты вносят важный вклад в понимание роли 50 болотных экосистем в углеродном цикле и будут использованы для дальнейшего моделирования и прогнозирования изменений. Продолжение мониторинга потоков парниковых газов в различных природных зонах России является критически важным для разработки эффективных стратегий смягчения последствий изменения климата и сохранения уникальных экосистем.
Наибольшие значения удельных потоков метана были зарегистрированы в грядово-мочажинном комплексе (медиана 5, 275 мг СН4 -м-2 -ч-1).
Наименьшими значениями характеризовался типичный рям, где медиана составила -0,227 мг СН4 -м-2 -ч-1 и открытое болото с редкой сосной с медианой 0,298. Полученные данные в будущем могут быть использованы для оценки региональных потоков метана из болотных экосистем Сибири, а также их влияния на общий баланс парниковых газов в атмосфере.
Механизмы удельных потоков весьма чувствительны к изменениям температуры воздуха и уровню УБВ. В целом, можно заключить, что изменчивость потоков углекислого газа и метана из болота увеличивается с уменьшением температуры воздуха и уменьшается с увеличением глубины залегания болотных вод.
Таким образом, разработанные в дальнейшем методы оценки выбросов ПГ дадут интенсивный толчок для развития, а также будут способствовать объективной и точной оценке уровня потоков ПГ для определения на национальном уровне вклада (ОНУВ) в снижение выбросов парниковых газов.
Но несмотря на имеющуюся критику и недостатки, нельзя пренебрегать успехами и прогрессом, достигнутым в исследовании эмиссии парниковых газов почвами. Растет понимание очень большой роли почв и болот как поглотителей и эмитента парниковых газов. Это понимание растет параллельно с признанием огромной силы антропогенного вмешательства в естественные процессы экосистем при нерациональном землепользовании. Несмотря на то, что существуют отдельные исследования, их результаты еще не совсем достаточны для использования в моделировании и выработки политических рекомендаций.
Разработанная структура базы данных по запасам углерода и потокам парниковых газов в типичных исследуемых биогеоценозах даст начало заполнение базы данных по составляющим углеродного бюджета. Полученные результаты являются основой дальнейшего анализа и разработки системы мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории.
Результаты измерений позволят определить интегральные значения потоков СО2 и СН4 за все время исследований. Поверхности Западно - Сибирских болот в теплый период года являются мощным «поглотителем» атмосферного углерода. При этом величины эмиссии СН4 из различных участков болотных почв зависят от типа растительности, уровня увлажнения и прогрева торфяной залежи. Отмечено существование значительной постоянной эмиссии СО2 и СН4 с поверхности болотных экосистем. Использование камерного метода показало эффективность его применения для исследований поведения газовых потоков на болотной поверхности во временном и пространственном масштабах.
Аналитический обзор литературы показал незначительное число данных, особенно в отношении эмиссии парниковых газов почвами и их замеры в полевых условиях с использованием камерных систем. В большинстве экспериментов, посвященных изучению водно-болотных угодий, были проведены замеры эмиссии только СН4. Результатов замеров других парниковых газов крайне мало.
Камерный метод измерений позволил получить ценные данные о пространственной изменчивости потоков и вкладе отдельных компонентов экосистем. Полученные результаты вносят важный вклад в понимание роли 50 болотных экосистем в углеродном цикле и будут использованы для дальнейшего моделирования и прогнозирования изменений. Продолжение мониторинга потоков парниковых газов в различных природных зонах России является критически важным для разработки эффективных стратегий смягчения последствий изменения климата и сохранения уникальных экосистем.
Наибольшие значения удельных потоков метана были зарегистрированы в грядово-мочажинном комплексе (медиана 5, 275 мг СН4 -м-2 -ч-1).
Наименьшими значениями характеризовался типичный рям, где медиана составила -0,227 мг СН4 -м-2 -ч-1 и открытое болото с редкой сосной с медианой 0,298. Полученные данные в будущем могут быть использованы для оценки региональных потоков метана из болотных экосистем Сибири, а также их влияния на общий баланс парниковых газов в атмосфере.
Механизмы удельных потоков весьма чувствительны к изменениям температуры воздуха и уровню УБВ. В целом, можно заключить, что изменчивость потоков углекислого газа и метана из болота увеличивается с уменьшением температуры воздуха и уменьшается с увеличением глубины залегания болотных вод.
Таким образом, разработанные в дальнейшем методы оценки выбросов ПГ дадут интенсивный толчок для развития, а также будут способствовать объективной и точной оценке уровня потоков ПГ для определения на национальном уровне вклада (ОНУВ) в снижение выбросов парниковых газов.
Но несмотря на имеющуюся критику и недостатки, нельзя пренебрегать успехами и прогрессом, достигнутым в исследовании эмиссии парниковых газов почвами. Растет понимание очень большой роли почв и болот как поглотителей и эмитента парниковых газов. Это понимание растет параллельно с признанием огромной силы антропогенного вмешательства в естественные процессы экосистем при нерациональном землепользовании. Несмотря на то, что существуют отдельные исследования, их результаты еще не совсем достаточны для использования в моделировании и выработки политических рекомендаций.
