Estimation of carbon fluxes in agrolandscapes of Central Chernozem zone by simulation modelling

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Две имитационные модели углеродного цикла в пахотных почвах – DNDC и RothC – верифицированы по данным длительного мониторинга дыхания почвы на Курской биосферной станции. Они применены для воспроизведения динамики органического углерода в почве, ее дыхания и чистого экосистемного обмена в агроландшафтах Курской области за 1990-2021 гг. По результатам модельных экспериментов получено, что пахотные черноземы теряют 241-423 кг С га-1 год-1 органического углерода, их дыхание в зависимости от возделываемой культуры варьирует от 3386 до 8434 кг С га-1 год-1, кроме того агроэкосистемы способны поглотить 487-1312 кг С га-1 год-1 за счет накопления в фитомассе. Результаты RothC обусловлены климатическими факторами, преимущественно температурой, тогда как выходные данные DNDC отличаются видоспецифичностью для каждой культуры.

About the authors

Olga Eduardovna Suhoveeva

Institute of geography RAS, Moscow

Author for correspondence.
Email: olgasukhoveeva@gmail.com
Russian Federation

Dmitrii Vital'evich Karelin

Email: dkarelin7@gmail.com

References

  1. Карелин Д.В., Горячкин С.В., Кудиков А.В., Лопес де Гереню В.О., Лунин В.Н., Долгих А.В., Люри Д.И. 2017. Изменение запасов углерода и эмиссии СО2 в ходе постагрогенной сукцессии растительности на серых почвах в Европейской части России // Почвоведение. № 5. С. 580-594. [Karelin D.V., Goryachkin S.V., Kudikov A.V., Lopes de Gerenyu V.O., Lunin V.N., Dolgikh A.V., Lyuri D.I. 2017. Izmenenie zapasov ugleroda i emissii SO2 v khode postagrogennoi suktsessii rastitel'nosti na serykh pochvakh v Evropeiskoi chasti Rossii // Pochvovedenie. N. 5. P. 580-594.]
  2. Карпов А.М. 2000. Техническое обеспечение технологий в растениеводстве. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. 200 с. [Karpov A.M. 2000. Tekhnicheskoe obespechenie tekhnologii v rastenievodstve. Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta. 200 p.]
  3. Косолапов В.М., Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. 2015. Агроландшафты Центрального Черноземья. Районирование и управление. М.: Наука. 198 с.[ Kosolapov V.M., Trofimov I.A., Trofimova L.S., Yakovleva E.P. 2015. Agrolandshafty Tsentral'nogo Chernozem'ya. Raionirovanie i upravlenie. M.: Nauka. 198 p.]
  4. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Кудеяров В.Н. 2011. Эмиссия СО2 из почв различных экосистем южно-таежной зоны: анализ данных непрерывных 12-летних круглогодичных наблюдений // Доклады Академии наук. Т. 436. № 6. С. 843-846. [Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., Sapronov D.V., Kudeyarov V.N. 2011. Emissiya SO2 iz pochv razlichnykh ekosistem yuzhno-taezhnoi zony: analiz dannykh nepreryvnykh 12-letnikh kruglogodichnykh nablyudenii // Doklady Akademii nauk. V. 436. N. 6. P. 843-846.]
  5. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. 2010. Динамика сельскохозяйственных земель России в ХХ веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 416 с. [Lyuri D.I., Goryachkin S.V., Karavaeva N.A., Denisenko E.A., Nefedova T.G. 2010. Dinamika sel'skokhozyaistvennykh zemel' Rossii v KhKh veke i postagrogennoe vosstanovlenie rastitel'nosti i pochv. M.: GEOS, 416 p.]
  6. МГЭИК, 2014: Изменение климата, 2014 г.: Смягчение воздействий на изменение климата. Вклад Рабочей группы III в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата». Кембридж: Юниверсити Пресс, Соединенное Королевство, Нью- Йорк, СШA., 2014. 1435 с. [MGEIK, 2014: Izmenenie klimata, 2014 g.: Smyagchenie vozdeistvii na izmenenie klimata. Vklad Rabochei gruppy III v Pyatyi otsenochnyi doklad Mezhpravitel'stvennoi gruppy ekspertov po izmeneniyu klimata». Kembridzh: Yuniversiti Press, Soedinennoe Korolevstvo, N'yu- Iork, SShA., 2014. 1435 p.]
  7. Наумов А.В. 2004. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности: автореф. … д-ра биол. наук. Томск. [Naumov A.V. 2004. Dykhanie pochvy: sostavlyayushchie, ekologicheskie funktsii, geograficheskie zakonomernosti: abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Biological Sciences. Tomsk.]
  8. Петрова И.Ф. 2008. Концепция геоинформационно-поисковой системы географического стационара (на примере Курской биосферной станции ИГ РАН) // Известия РАН. Серия географическая. № 1. С. 125-130. [Petrova I.F. 2008. Kontseptsiya geoinformatsionno-poiskovoi sistemy geograficheskogo statsionara (na primere Kurskoi biosfernoi stantsii IG RAN) // Izvestiya RAN (Akad. Nauk SSSR). Seriya Geograficheskaya. N. 1. P. 125-130.]
  9. Пискунов Е.Ю. 2012. Модификация коэффициента Тэйла // Известия Иркутской государственной экономической академии. № 5. https://cyberleninka.ru/article/n/modifikatsiya-koeffitsienta-teyla/viewer [Piskunov E.Yu. 2012. Modifikatsiya koeffitsienta Teila // Izvestiya Irkutskoi gosudarstvennoi ekonomicheskoi akademii. N. 5. https://cyberleninka.ru/article/n/modifikatsiya-koeffitsienta-teyla/viewer ]
  10. Романенков В.А. 2010. Динамика запасов почвенного углерода в ароценозах Европейской территории России (по данным длительных агрохимических опытов): автореф. … д-ра биол. наук. Москва. [Romanenkov V.A. 2010. Dinamika zapasov pochvennogo ugleroda v arotsenozakh Evropeiskoi territorii Rossii (po dannym dlitel'nykh agrokhimicheskikh opytov): abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Biological Sciences. Moskva.]
  11. Сазонова, Д. Г., Китаев, А. Б. 2013. Использование модели «Гидрограф ГГИ-2001» для оценки притока воды в Камское водохранилище // Географический вестник. № 1(24). С. 52–71.[ Sazonova, D. G., Kitaev, A. B. 2013. Ispol'zovanie modeli «Gidrograf GGI-2001» dlya otsenki pritoka vody v Kamskoe vodokhranilishche // Geographical bulletin. N. 1(24). P. 52–71]
  12. Сапронов Д.В. 2008. Многолетняя динамика эмиссии СО2 из серых лесных и дерново-подзолистых почв: автореф. дис. … канд. биол. наук. Пущино. [Sapronov D.V. 2008. Mnogoletnyaya dinamika emissii СО2 iz serykh lesnykh i dernovo-podzolistykh pochv: dissertation abstract for the degree of candidate of biological sciences. Pushchino.]
  13. Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б., Масютенко Н.П., Малюкова Л.С., Лебедева Т.Н., Тулина А.С. 2018. Биологически активное органическое вещество в почвах европейской части России // Почвоведение. № 4. С. 457-472. doi: 10.7868/S0032180X1804007X [Semenov V.M., Zinyakova N.B., Lebedeva T.N., Tulina A.S., Kogut B.M., Masyutenko N.P., Malyukova L.S. 2018. BIOLOGICALLY ACTIVE ORGANIC MATTER IN SOILS OF EUROPEAN RUSSIA // Eurasian Soil Science. N. 4. P. 457-472. doi: 10.7868/S0032180X1804007X]
  14. Суховеева О.Э. 2020. В помощь к использованию модели RothC в России: методика подготовки входной информации // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 32, № 3-4. С. 133–148. doi: 10.21513/0207-2564-2020-3-133-148 [Sukhoveeva O.E. 2020. V pomoshch' k ispol'zovaniyu modeli RothC v Rossii: metodika podgotovki vkhodnoi informatsii // Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem. V. 32, N. 3-4. P. 133–148. doi: 10.21513/0207-2564-2020-3-133-148]
  15. Суховеева О.Э., Золотухин А.Н., Карелин Д.В. 2020. Климатообусловленные изменения запасов органического углерода в пахотных черноземах Курской области // Аридные экосистемы. Т. 26. № 2 (83). С. 72–79. doi: 10.24411/1993-3916-2020-10098 [Sukhoveeva O.E., Zolotukhin A.N., Karelin D.V. 2020. Klimatoobuslovlennye izmeneniya zapasov organicheskogo ugleroda v pakhotnykh chernozemakh Kurskoi oblasti // Arid ecosystems. V. 26. N. 2 (83). P. 72–79. doi: 10.24411/1993-3916-2020-10098]
  16. Суховеева О.Э., Карелин Д.В. 2019. Параметризация модели DNDC для оценки компонентов биогеохимического цикла углерода на Европейской территории России // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. Т. 64. Вып. 2. С. 363-384. doi: 10.21638/spbu07.2019.211 [Sukhoveeva O.E., Karelin D.V. 2019. Parametrizatsiya modeli DNDC dlya otsenki komponentov biogeokhimicheskogo tsikla ugleroda na Evropeiskoi territorii Rossii // Vestnik of Saint-Petersburg University. Earth Sciences. V. 64. N. 2. P. 363-384. doi: 10.21638/spbu07.2019.211]
  17. Суховеева О.Э. 2022. Поступление органического углерода в почву с послеуборочными остатками // Почвоведение. № 6. С. 737-746. doi: 10.31857/S0032180X22060120 [Sukhoveeva O.E. 2022. INPUT OF ORGANIC CARBON IN SOIL WITH POST-HARVEST CROP RESIDUES // Eurasian Soil Science. N. 6. P. 737-746. doi: 10.31857/S0032180X22060120]
  18. Чертов О.Г., Надпорожская М.А. 2016. Модели динамики органического вещества почв: проблемы и перспективы // Компьютерные исследования и моделирование. Т. 8. № 2. С. 391-399. [Chertov O.G., Nadporozhskaya M.A. 2016. Modeli dinamiki organicheskogo veshchestva pochv: problemy i perspektivy // Komp'yuternye issledovaniya i modelirovanie. V. 8. N. 2. P. 391-399.]
  19. Balashov E., Horak J., Siska B., Buchkina N., Rizhiya E., Pavlik S. 2010. N2O fluxes from agricultural soils in Slovakia and Russia – direct measurements and prediction using the DNDC model // Folia Oecologica. V. 37. No. 1. P. 8-15.
  20. Chen S., Zou J., Hu Z., Chen H., Lu Y. 2014. Global annual soil respiration in relation to climate, soil properties and vegetation characteristics: Summary of available data // Agricultural and Forest Meteorology. No. 198-199. P. 335-346.
  21. Francioni M., Trozzo L., Toderi M., Baldoni N., Allegrezza M., Tesei G., Kishimoto-Mo A.W., Foresi L., Santilocchi R., D’Ottavio P. 2020. Soil respiration dynamics in Bromus erectus-dominated grasslands under different management intensities // Agriculture. Is. 10 (1). No. 9. doi: 10.3390/agriculture10010009
  22. Friedlingstein P., Jones M.W., O'Sullivan M., Andrew R.M., Bakker D.C.E., Hauck J., Le Quéré C., Peters G.P., Peters W., Pongratz J., Sitch S., Canadell J.G., Ciais P., Jackson R.B., Alin S.R., Anthoni P., Bates N.R., Becker M., Bellouin N., Bopp L., Chau T.T.T., Chevallier F., Chini L.P., Cronin M., Currie K.I., Decharme B., Djeutchouang L.M., Dou X., Evans W., Feely R.A., Feng L., Gasser T., Gilfillan D., Gkritzalis T., Grassi G., Gregor L., Gruber N., Gürses Ö., Harris I., Houghton R.A., Hurtt G.C., Iida Y., Ilyina T., Luijkx I.T., Jain A., Jones S.D., Kato E., Kennedy D., Klein Goldewijk K., Knauer J., Korsbakken J.I., Körtzinger A., Landschützer P., Lauvset S.K., Lefèvre N., Lienert S., Liu J., Marland G., McGuire P.C., Melton J.R., Munro D.R., Nabel J.E.M.S., Nakaoka S.-I., Niwa Y., Ono T., Pierrot D., Poulter B., Rehder G., Resplandy L., Robertson E., Rödenbeck C., Rosan T.M., Schwinger J., Schwingshackl C., Séférian R., Sutton A.J., Sweeney C., Tanhua T., Tans P.P., Tian H., Tilbrook B., Tubiello F., van der Werf G.R., Vuichard N., Wada C., Wanninkhof R., Watson A.J., Willis D., Wiltshire A.J., Yuan W., Yue C., Yue X., Zaehle S., Zeng J. 2022. Global Carbon Budget 2021 // Earth System Science Data. Is. 14. P. 1917–2005. doi: 10.5194/essd-14-1917-2022.
  23. Gilhespy S.L., Anthony S., Cardenas L., Chadwick D., del Prado A., Li C., Misselbrook T., Rees R.M., Salas W., Sanz-Cobena A., Smith P., Tilston E.L., Topp C.F.E., Vetter S., Yeluripati J.B. 2014. First 20 years of DNDC (DeNitrification DeComposition): Model evolution // Ecological modelling. No. 292. P. 51-62.
  24. Heikkinen J., Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Palosuo T., Regina K. 2014. Changes in soil carbon stock after cropland conversion to grassland in Russian temperate zone: measurements versus model simulation // Nutrient Cycling in Agroecosystems. V. 98. Is. 1. P. 97-106. doi: 10.1007/s10705-014-9599-8
  25. Jenkinson D.S., Hart P.B.S., Rayner J.H., Parry L.C. 1987. Modeling the turnover of organic matter in long-term experiments at Rothamsted. INTECOL Bulletin. No. 15. P. 1-8.
  26. Karelin D.V., Sukhoveeva O.E. 2022. Contribution analysis of permanent and sporadic controls of CO2 efflux from chernozems over four seasons // Geography, Environment, Sustainability. Vol.15, № 1. P. 35-45. doi: 10.24057/2071-9388-2021-042
  27. Kurbatova J., Tatarinov F., Varlagin A., Shalukhina N., Olchev A., Li C. 2009. Modeling of the carbon dioxide fluxes in European Russia peat bogs // Environmental Research Letters. V. 4. No. 4. P. 045022. doi: 10.1088/1748-9326/4/4/045022
  28. Li C., Frolking S., Frolking T.A. 1992. A model of nitrous oxide evolution from soil driven by rainfall events: 1. Model structure and sensitivity // Journal of geophysical research. V. 97. No. D9. P. 9759-9776.
  29. Moyano F.E., Manzoni S., Chenu С. 2013. Responses of soil heterotrophic respiration to moisture availability: аn exploration of processes and models // Soil Biology & Biochemistry. No. 59. P. 72-85.
  30. Reichstein M., Katterer T., Andren O., Ciais P., Schulze E.-D., Cramer W., Papale D., Valentini R. 2005. Temperature sensitivity of decomposition in relation to soil organic matter pools: critique and outlook // Biogeosciences. No. 2. P. 317–321.
  31. Smith J., Smith P., Wattenbach M., Gottschalk P., Romanenkov V.A., Shevtsova L.K., Sirotenko O.D., Rukhovich D.I., Koroleva P.V., Romanenko I.A., Lisovoi N.V. 2007. Projected changes in the organic carbon stocks of cropland mineral soils of European Russia and the Ukraine, 1990-2070 // Global Change Biology. V. 13. P. 342–356. doi: 10.1111/j.1365-2486.2006.01297.x
  32. Sukhoveeva O.E., Karelin D.V. 2019. Application of the DeNitrification-DeComposition (DNDC) model to retrospective analysis of the carbon cycle components in agrolandscapes of the Central Forest zone of European Russia // Geography. Environment. Sustainability. Vol. 12, no. 2. P. 213-226. doi: 10.24057/2071-9388-2018-85

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Доп.материалы
Download (216KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Suhoveeva O.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies