Экосистемные функции заболоченных территорий о. Валаам и Приладожья
|
Введение 3
1 Основные экосистемные функции болот и заболоченных территорий 6
2 Особенности эмиссии CO2 и CH4 почвами и влияние на неё различных
экологических факторов
3 Физико-географическая характеристика Приладожья 16
3.1 Физико-географическая характеристика острова Валаам 16
3.2 Почвы и почвенный покров Приладожья 22
3.3 Описание объекта исследования 314
3.4 Характеристика растительного покрова Приладожья 28
4 Объекты и методы 4831
4.1 Описание объектов исследования 31
4.2 Методика проведения исследований 37
5 Методики определения физических и физико-химических характеристик почв.. 39
5.1 Определение плотности сложения 39
5.2 Определение зольности почвы 40
5.3 Определение эмиссии углерода с помощью метода закрытых камер и газового
хроматографирования 4841
5.4 Определение pH водной вытяжки 44
5.5 Определение степени разложенности почвы_ 44
5.6 Определение влажности почвы 46
5.7 Определение температуры почвы 4846
6 Результаты исследования 48
6.1 Оценка физических и физико-химических показателей почвах острова Валаам 48
6.2 Оценка почвенной эмиссии парниковых газов заболоченного участка водосбора
о. Германовского 4853
6.3 Изучение эмиссии парниковых газов на олиготрофном болотном массиве
Ламмин-Суо 2004-2010 гг. и сравнительная оценка с полученными результатами исследования на острове Валаам 4863
Заключение 67
Список использованных источников 70
Приложения
1 Основные экосистемные функции болот и заболоченных территорий 6
2 Особенности эмиссии CO2 и CH4 почвами и влияние на неё различных
экологических факторов
3 Физико-географическая характеристика Приладожья 16
3.1 Физико-географическая характеристика острова Валаам 16
3.2 Почвы и почвенный покров Приладожья 22
3.3 Описание объекта исследования 314
3.4 Характеристика растительного покрова Приладожья 28
4 Объекты и методы 4831
4.1 Описание объектов исследования 31
4.2 Методика проведения исследований 37
5 Методики определения физических и физико-химических характеристик почв.. 39
5.1 Определение плотности сложения 39
5.2 Определение зольности почвы 40
5.3 Определение эмиссии углерода с помощью метода закрытых камер и газового
хроматографирования 4841
5.4 Определение pH водной вытяжки 44
5.5 Определение степени разложенности почвы_ 44
5.6 Определение влажности почвы 46
5.7 Определение температуры почвы 4846
6 Результаты исследования 48
6.1 Оценка физических и физико-химических показателей почвах острова Валаам 48
6.2 Оценка почвенной эмиссии парниковых газов заболоченного участка водосбора
о. Германовского 4853
6.3 Изучение эмиссии парниковых газов на олиготрофном болотном массиве
Ламмин-Суо 2004-2010 гг. и сравнительная оценка с полученными результатами исследования на острове Валаам 4863
Заключение 67
Список использованных источников 70
Приложения
На территории нашей страны общая площадь болот и заболоченных земель составляет более двадцати процентов. Согласно данным Института лесоведения РАН площадь под болотами составляет 140 млн. гектар, а вместе с заболоченными землями их площадь достигает до 375 миллионов гектар. Значимость болотных экосистем, безусловно, оказывает огромное влияние, так как они выполняют существенную роль в глобальных процессах связывания углерода и регенерации кислорода, поддержания водного баланса, сохранения биологического разнообразия на обширных территориях. Болота способны выполнять важнейшие экосистемные функции - аккумулятивную, биологическую, ландшафтную, гидрологическую, газорегуляторную, геохимическую и др
Болота и заболоченные территории - единственные в наземных экосистемы, которые обеспечивают постоянный и долговременный сток в них углерода. Также, болота способны смягчать "парниковый эффект" климата за счет накопления углерода в виде органического вещества торфа.
Баланс углерода в биосфере определяется двумя основными процессами: его накоплением в процессе фотосинтеза (чистая первичная продукция) и выделением СО2 и CH4 при гетеротрофном дыхании и разложении органического вещества.
В настоящее время, динамика содержания парниковых газов (СО2 и СНд) в атмосфере является одной из наиболее актуальных проблем в области экологии, поскольку наблюдается постепенное увеличение их концентрации в атмосфере. Круговорот углерода является одним из важнейших процессов, протекающих в биосфере. Одной из глобальных проблем исследования круговорота углерода является оценка его баланса в различных экосистемах, в том числе болотных, определение роли отдельных элементов в углеродном балансе и влиянии этих элементов на роль самой экосистемы на биосферном уровне.
Актуальность изучения источников эмиссии парниковых газов, как одной из важнейшей газовой экосистемной функции на заболоченных территориях, обусловлена необходимостью управления запасами
органического углерода на планете и стремлением к более глубокому пониманию фотохимических процессов, происходящих в атмосфере Земли.
Объектами исследования являются: заболоченная территория водосбора Германовского озера (о. Валаам) и олиготрофный болотный массив Ламмин- Суо в Выборгском районе Ленинградской области.
Цель исследования заключается в оценке некоторых экосистемных функций заболоченных территорий, распространенных на острове Валаам и районе Приладожья (на примере газовой функции). Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
- познакомиться с основными экологическими функциями болот;
- описать объекты исследования;
- определить некоторые физические и физико-химические параметры исследуемых почв острова Валаам;
- измерить и проследить динамику потоков углекислого газа и метана в вегетационный период на заболоченных участках о. Валаам и сравнить с литературными данными по Приладожью;
- выявить зависимость метеорологических параметров с вертикальными потоками парниковых газов на болотных участках;
- рассчитать кумулятивную эмиссию углекислого газа и метана на участке водосбора Германовского озера на острове Валаам .
Исследования, направленные на изучение особенностей вертикальных потоков парниковых газов и некоторых физико-химических параметров на территории участка водосбора Германовского озера за 2021 г. приводятся впервые. До сегодняшнего момента подобные исследования на данном участке не проводились.
Хотелось бы выразить особую благодарность моему научному руководителю Рижие Елене Яновне и консультанту ВКР Дмитричевой Лилии Евгеньевне, за помощь при сборе, обработке материала и работе над текстом ВКР, предоставления некоторого оборудования для полевых и лабораторных исследований, а также студентам группы Э-М20-1-11 Перевышиной Ксении и Семёнову Даниилу за помощь в полевых работах и камеральной обработке на о. Валаам.
Болота и заболоченные территории - единственные в наземных экосистемы, которые обеспечивают постоянный и долговременный сток в них углерода. Также, болота способны смягчать "парниковый эффект" климата за счет накопления углерода в виде органического вещества торфа.
Баланс углерода в биосфере определяется двумя основными процессами: его накоплением в процессе фотосинтеза (чистая первичная продукция) и выделением СО2 и CH4 при гетеротрофном дыхании и разложении органического вещества.
В настоящее время, динамика содержания парниковых газов (СО2 и СНд) в атмосфере является одной из наиболее актуальных проблем в области экологии, поскольку наблюдается постепенное увеличение их концентрации в атмосфере. Круговорот углерода является одним из важнейших процессов, протекающих в биосфере. Одной из глобальных проблем исследования круговорота углерода является оценка его баланса в различных экосистемах, в том числе болотных, определение роли отдельных элементов в углеродном балансе и влиянии этих элементов на роль самой экосистемы на биосферном уровне.
Актуальность изучения источников эмиссии парниковых газов, как одной из важнейшей газовой экосистемной функции на заболоченных территориях, обусловлена необходимостью управления запасами
органического углерода на планете и стремлением к более глубокому пониманию фотохимических процессов, происходящих в атмосфере Земли.
Объектами исследования являются: заболоченная территория водосбора Германовского озера (о. Валаам) и олиготрофный болотный массив Ламмин- Суо в Выборгском районе Ленинградской области.
Цель исследования заключается в оценке некоторых экосистемных функций заболоченных территорий, распространенных на острове Валаам и районе Приладожья (на примере газовой функции). Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
- познакомиться с основными экологическими функциями болот;
- описать объекты исследования;
- определить некоторые физические и физико-химические параметры исследуемых почв острова Валаам;
- измерить и проследить динамику потоков углекислого газа и метана в вегетационный период на заболоченных участках о. Валаам и сравнить с литературными данными по Приладожью;
- выявить зависимость метеорологических параметров с вертикальными потоками парниковых газов на болотных участках;
- рассчитать кумулятивную эмиссию углекислого газа и метана на участке водосбора Германовского озера на острове Валаам .
Исследования, направленные на изучение особенностей вертикальных потоков парниковых газов и некоторых физико-химических параметров на территории участка водосбора Германовского озера за 2021 г. приводятся впервые. До сегодняшнего момента подобные исследования на данном участке не проводились.
Хотелось бы выразить особую благодарность моему научному руководителю Рижие Елене Яновне и консультанту ВКР Дмитричевой Лилии Евгеньевне, за помощь при сборе, обработке материала и работе над текстом ВКР, предоставления некоторого оборудования для полевых и лабораторных исследований, а также студентам группы Э-М20-1-11 Перевышиной Ксении и Семёнову Даниилу за помощь в полевых работах и камеральной обработке на о. Валаам.
Болота составляют неотъемлемую часть биосферы. Покрывая около 6% поверхности Земли, водно-болотные угодья обеспечивают большое количество экосистемных функций, в дополнение к сохранению биоразнообразия.
Экосистемы торфяных болот различны по происхождению, распространенности и видовому составу, однако у всех них есть одна общая особенность: свойство сохранять на маленькой территории большое
количество органического углерода. Углерод поглощается растениями из воздуха и тысячелетиями накапливается в торфяных болотах с выделением кислорода при постоянном водонасыщении торфяного слоя. Кроме того, торфяные болота имеют огромное значение для водного баланса местности, так как они могут сохранять и фильтровать воду, а затем медленно высвобождать ее обратно.
Подводя итоги данной магистерской диссертации, можно сделать вывод о том, что выявленные особенности в ходе проведения исследования представляют особенность торфообразования и его накопления. Эмиссия парниковых газов определяется динамикой газового режима каждого слоя торфяной залежи, что подтверждается корреляционными зависимостями.
Так, полученные данные об эмиссии углекислого газа (CO2) из почвенного покрова исследуемых точек Г ерманского озера свидетельствуют о взаимосвязи вертикального потока углекислого газа с температурой и влажностью почвы, менее - с атмосферными осадками и температурой воздуха. В точке Г3, которая является наиболее удаленным участком от озера, верхние горизонты, характеризующейся средней и малой природной влажностью верхних горизонтов (420-690%) за исследованный период, была замечена высокая корреляция с влажностью (-0,82), а также с температурой почвы (0,79) и воздуха, со средней корреляцией : 0,54, что связано с высокой микробиологической активностью аэробных организмов в данной почве во время изменения климатических и гидрологических условий в течение исследованного периода, и как следствие - повышения вертикальных потоков газа. Также, средние показатели корреляции были замечены в Точке Г2 с влажностью и температурой почвы (-0,59 и 0,56) соответственно.
Вертикальный поток CH4 в нашем исследовании может быть связан преимущественно с хаотичным (пузырьковым) выбросом метана на заболоченной территории у Германовского озера. Также, небольшие потоки данного газа на данном участке, по сравнению с болотным массивом Ламмин - суо, могут быть связаны с активной деятельностью метанонтрофов, которые способны окислять данный газ, тем самым, уменьшая его эмиссию, а также небольшой мощностью торфяной залежи. Была найдена средняя корреляция в точке Г1 эмиссии метана с температурой воздуха и почвы и составила 0,56 и 0,45 соответственно. Для нахождения возможной подробной зависимости потока метана с различными климатическими параметрами, необходимо наличие большей выборки и проведения мониторинга эмиссии парниковых газов данной заболоченной территории.
Сложная система, которую представляет из себя заболоченный объект на острове Валаам, предполагает более тщательные исследования её биологической и органической составляющей для прогнозирования формирования газового состава и эмиссии. В настоящее время, мы пока имеем фрагментарное представление о биохимическом процессе, происходящем в торфяной залежи на территории заболоченной территории Германовского озера, на фоне окислительно-восстановительных и других реакций, формирующихся непосредственно в торфяной залежи исследованной заболоченной территории.
Водно-болотные экосистемы выступают в роли важнейшего резервуара, в котором происходит активное поглощение углерода — антропогенное же нарушение таких систем приведет к выбросу парниковых газов, и, как следствие - к появлению парникового эффекта.
Уделение внимания запасам, продукции и структуре надземного яруса в болотных почвах, а также гидрологическому режиму и биогеохимическому циклу является неотъемлемой и важной задачей, а также подземной продукции, которая, к настоящему времени - изучена достаточно плохо.
Экосистемы торфяных болот различны по происхождению, распространенности и видовому составу, однако у всех них есть одна общая особенность: свойство сохранять на маленькой территории большое
количество органического углерода. Углерод поглощается растениями из воздуха и тысячелетиями накапливается в торфяных болотах с выделением кислорода при постоянном водонасыщении торфяного слоя. Кроме того, торфяные болота имеют огромное значение для водного баланса местности, так как они могут сохранять и фильтровать воду, а затем медленно высвобождать ее обратно.
Подводя итоги данной магистерской диссертации, можно сделать вывод о том, что выявленные особенности в ходе проведения исследования представляют особенность торфообразования и его накопления. Эмиссия парниковых газов определяется динамикой газового режима каждого слоя торфяной залежи, что подтверждается корреляционными зависимостями.
Так, полученные данные об эмиссии углекислого газа (CO2) из почвенного покрова исследуемых точек Г ерманского озера свидетельствуют о взаимосвязи вертикального потока углекислого газа с температурой и влажностью почвы, менее - с атмосферными осадками и температурой воздуха. В точке Г3, которая является наиболее удаленным участком от озера, верхние горизонты, характеризующейся средней и малой природной влажностью верхних горизонтов (420-690%) за исследованный период, была замечена высокая корреляция с влажностью (-0,82), а также с температурой почвы (0,79) и воздуха, со средней корреляцией : 0,54, что связано с высокой микробиологической активностью аэробных организмов в данной почве во время изменения климатических и гидрологических условий в течение исследованного периода, и как следствие - повышения вертикальных потоков газа. Также, средние показатели корреляции были замечены в Точке Г2 с влажностью и температурой почвы (-0,59 и 0,56) соответственно.
Вертикальный поток CH4 в нашем исследовании может быть связан преимущественно с хаотичным (пузырьковым) выбросом метана на заболоченной территории у Германовского озера. Также, небольшие потоки данного газа на данном участке, по сравнению с болотным массивом Ламмин - суо, могут быть связаны с активной деятельностью метанонтрофов, которые способны окислять данный газ, тем самым, уменьшая его эмиссию, а также небольшой мощностью торфяной залежи. Была найдена средняя корреляция в точке Г1 эмиссии метана с температурой воздуха и почвы и составила 0,56 и 0,45 соответственно. Для нахождения возможной подробной зависимости потока метана с различными климатическими параметрами, необходимо наличие большей выборки и проведения мониторинга эмиссии парниковых газов данной заболоченной территории.
Сложная система, которую представляет из себя заболоченный объект на острове Валаам, предполагает более тщательные исследования её биологической и органической составляющей для прогнозирования формирования газового состава и эмиссии. В настоящее время, мы пока имеем фрагментарное представление о биохимическом процессе, происходящем в торфяной залежи на территории заболоченной территории Германовского озера, на фоне окислительно-восстановительных и других реакций, формирующихся непосредственно в торфяной залежи исследованной заболоченной территории.
Водно-болотные экосистемы выступают в роли важнейшего резервуара, в котором происходит активное поглощение углерода — антропогенное же нарушение таких систем приведет к выбросу парниковых газов, и, как следствие - к появлению парникового эффекта.
Уделение внимания запасам, продукции и структуре надземного яруса в болотных почвах, а также гидрологическому режиму и биогеохимическому циклу является неотъемлемой и важной задачей, а также подземной продукции, которая, к настоящему времени - изучена достаточно плохо.
