Аннотация
Введение 4
1 Мировой опыт исследования эмиссии диоксида углерода водных объектов 11
2 Физико-географическая характеристика района исследования 16
2.1 Геология и рельеф 16
2.2 Климат Средней Сибири 17
2.3 Гидрографическая сеть 19
2.4 Почвенный покров 21
2.5 Растительный и животный мир 25
3 Объекты и методы исследования 29
3.1 Полевой этап исследования 29
3.2 Лабораторные эксперименты 35
4 Результаты мониторинговых наблюдений 39
5 Результаты натурных экспериментов 47
6 Результаты лабораторных экспериментов 59
Заключение 66
Список использованных источников и литературы 68
Приложение А Исходные данные и результат расчёта потока СО2 для 5 озёр по
сезонам 74
Приложение Б Значения концентрации СО2 в контейнерах при деструкции 9 видов растений 76
Приложение В Значения растворённого в воде органического вещества, измеренного мультипараметрическим зондом 87
Актуальность работы обусловлена активным интересом научного сообщества к вопросам изученияпарниковых газов и их влиянию на глобальные климатические процессы. В последние десятилетия активно проводятся исследования, связанные с измерением эмиссии СО2 на водных объектах, в то же время практически не встречается работ по изучению выделения углерода в результате деструкции растений в водной среде.
Цель исследования - оценка эмиссии диоксида углерода с водоёмов поймы Средней Оби.
Для выполнения поставленной цели были разработаны следующие задачи:
1. Оценить мировой опыт выполнения работ по оценке эмиссии парниковых газов с водных объектов.
2. Исследовать физико-химические параметры вод озёр поймы Средней Оби в разные сезоны года, провести прямые замеры значений эмиссии СО2 и выполнить расчёт потока СО2. Установить взаимосвязи наблюдаемых параметров.
3. Измерить выделение СО2 при деструкции различных видов растений в водной среде в натурном эксперименте, произвести пересчёт данных в поток СО2. Установить связи связи полученных результатов с физико-химическими параметрами и газовым составом вод.
4. Оценить эмиссию СО2 при деструкции различных видов растений в лабораторных условиях, произвести пересчёт в значения потока СО2 и установить принципы хода выделения газа при разложении.
Защищаемые положения:
1. Максимальная эмиссия СО2 с водоемов поймы средней Оби характерна для меженного периода.
2. Эмиссия СО2 при деструкции растений в водной среде видоспецифична. Данная исследовательская работа по изучению процессов эмиссии СО2 в природных условиях на территории Средней Оби состояла из следующих взаимосвязанных этапов:
1. Мониторинговое изучение физико-химических параметров пяти озёр на территории базы НИИ ТГУ «Кайбасово».
2. Натурные эксперименты для оценки эмиссии СО2 в результате деструкции различных видов растений.
3. Аналогичные полевым экспериментам опыты в лабораторных условиях.
В рамках мониторинговой части были произведены исследования на пяти озёрах с использованием специального оборудования: батометры, анализаторы физико-химических параметров воды, детекторы СО2 и О2. Работы производились в период с летней межени 2020 г по весеннее половодье 2021 г с целью отслеживания динамики изменения наблюдаемых параметров. Помимо измерений непосредственно на месте, были отобраны пробы вод с разных глубин исследуемых водных объектов для консервации и дальнейшего лабораторного изучения.
Для наблюдения значений эмиссии СО2 при деструкции различных видов растений были оборудовании пять пластмассовых бассейнов, в четыре из которых были размещены по одному виду растения, один из них являлся контрольным. Эксперимент заключался в фиксации значений концентрации СО2 специальными датчиками с дальнейшим их пересчётом в значения потока газа, а также с параллельными измерениями физико-химических параметров воды в конструкциях, содержания растворённого СО2 и О2. Данные по каждому растению сравнивались между собой, а также с контрольным бассейном, в котором деструкциях не происходила.
В лабораторных условиях был повторён полевой эксперимент с измерением эмиссии СО2 в результате разложения 9 видов растения. Для целей работ были оборудованы пластмассовые контейнеры, в крышке которых были прикреплены датчики измерения концентрации газа внутри. Пересчёт 9
полученных значений позволил получить данные потока СО2 при деструкции разных видов растений, на основании которых была отслежена разница в эмиссии для разных видов.
Полученные в результате исследования данные являются частью работ по изучению изменений параметров водных объектов на территории поймы Оби. Информация, собранная в полевых условиях и рассчитанная в лаборатории является этапом сбора данных по исследуемому участку, что в дальнейшем позволит составить прогноз изменений параметров водных объектов, а также приступить к углублённой работе по расчёту эмиссии СО2 с территории, на которой произрастает определённый вид растений.
Проведённый анализ литературных источников, связанных с изучением эмиссии СО2 в водных средах, показал, что в настоящее время исследовательские команды особое внимание уделяют выделению газа из самих вод, обходя вниманием вопрос деструкции растений. Многие авторы указывают на значительную роль элементов в почве, поступающих в потоки и влияющих на эмиссию, в то время как разлагающаяся в воде растительность также содержит в себе углерод, однако не подвергается детальному рассмотрению.
В рамках исследовательской работы «Эмиссия диоксида углерода с водоёмов поймы Средней Оби» в период с летней межени 2020 г по весеннее половодье 2021 г. была проведена мониторинговая оценка физико-химических параметров, газового состава и эмиссии СО2 пяти озёр, расположенных в пойме Средней Оби вблизи исследовательской станции НИИ ТГУ «Кай- басово». На основе полученных данных установлена зависимость содержания растворённого углекислого газа от сезона года - максимум отмечен в летнюю межень, минимум в осенний паводок; установлена прямая зависимость между увеличением концентрации растворённого СО2 и глубиной слоя озера. Проведены прямые замеры эмиссии газа с поверхности озёр, на основе которых был произведён расчёт потока СО2 и установлено, что наибольшие значения потока приходятся на летнюю межень. На наледях в зимнюю межень эмиссия СО2 также высока.
Прямые замеры эмиссии СО2 в результате деструкции растений в водной среде в экспериментальных бассейнах были пересчитаны в значения потока СО2, на основании которых были прослежены различия в исследуемых параметрах. Так, наибольшие значения, а также самая значительная разница с контрольным бассейном, наблюдалась при выщелачивании вейника, наименьшие - при выщелачивании канареечника. Установлено увеличение эмиссии СО2 в ряду канареечник-осока-девясил-вейник, выявлена связь показателей эмиссии СО2 с содержанием в воде растворенных О2 и СО2, а также с электропроводностью.
Продолженные в лабораторных условиях опыты по изучению эмиссии СО2 в ходе процесса разложения 9 видов растений показали, что активная фаза выделения газа приходится на первые несколько дней эксперимента, после чего наблюдается постепенное затухание. На основе статистических методов была подтверждена видоспецифичность, сделан вывод о увеличении эмиссии СО2 в ряду костёр-мятлик-девясил-вейник-канареечник-осока-северолюбка- пижма-василистник. Согласно результатам измерений с помощью мультипа- раметрического зонда EXO1, установлено, что при деструкции девясила в воду поступает большее количество растворенного органического вещества, чем при деструкции осоки, вейника и костра.
