CH 4 emission in the north taiga subzone: “Standard model” Aa3

Abstract

The paper presents experimental data (methane fluxes in North Taiga) which are the components of “standard model” Aa3. The medians of methane fluxes (mgC · m -2 · h -1) are: for palså - 0.008, for ridges (of ridge-hollow complexes) and ryams - 0.000, for oligotrophic hollows - 1.163, for peat mats - 3.698, for poor fens - 2.873 and for lakes - 1.395. All abovementioned values relate only to “period of methane emission” which is 138 days in North Taiga.

Full Text

Введение В тундровой и лесотундровой зонах в условиях вечной мерзлоты заболачивание автохтонное: болота существуют на месте их формирования и не распространяются вширь. В таежной же зоне, где преобладают олиготрофные сфагновые болота, автохтонное заболачивание уже в начале голоцена сменилось активным аллохтонным, и в современный период заболачивание суши здесь происходит главным образом вследствие рассширения растущих сфагновых болот в стороны. При этом наиболее интенсивное заболачивание протекает в северотаежных лесах и в северной половине средней тайги (к югу этот процесс постепенно замедляется) [Лисс, 2001: с. 398-399]. Таким образом, в проблематике метана, как парникового газа, очень важную задачу представляет собой исследование эмиссии СН4 именно в подзоне северной тайги, как региона с наибольшей скоростью заболачивания. Однако подобные измерения в подзоне северной тайги до сих пор были весьма немногочисленны и на их основе нельзя было дать сколько-нибудь надежные оценки как современной эмиссии с региона, так и ожидаемой в будущем при дальнейшем заболачивании (и вообще в условиях возможного глобального изменения климата). Целью нашей работы явилось попытаться, все же, такие оценки выработать (хотя пока лишь для северной тайги региона Западной Сибири). В связи с этим основными задачами явились: 1) анализ и обощение литературных данных по эмиссии метана в лесотундре, 2) проведение собственных измерений эмиссии, 3) объединение разнородной информации по эмиссиям в рамках концепции «стандартной модели» (об этой концепции см. работу Глаголева М.В. «Эмиссия метана: идеология и методология…» в настоящем сборнике). Объекты и методы исследования Объектами нашего исследования служили болотные экосистемы расположенные в зоне северной тайги Западной Сибири в окрестностях г. Ноябрьска. В данной подзоне мы проводили измерения на болотах пяти различных типов (14 исследовательских полигонах): · Грядово-мочажинный комплекс (ГМК) - 3 полигона. Рям, прилегающий к ГМК - 1 полигон. Таблица 1 Эмиссия СН4 в северной тайге Западной Сибири из олиготрофных мочажин Точка Координаты Дата Эмиссия CH4 (мг·м-2·час-1) Широта Долгота Среднее Погрешность Мочажина в олиготрофном плоско-бугристом болоте “Site 2, Hollow (Sphagnum)” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.0975 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0.945 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.5025 н.д. “Site 3, Hollow (Sphagnum)” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.8925 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0.6525 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.1725 н.д. Мочажина в олиготрофном ГМОК “Site 1, Hollow (Carex, Sphagnum)” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 1.2375 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 1.1625 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.855 н.д. Крупная мочажина в олиготрофном высоко-бугристом ГМОК T.No.GMOK.H.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 2.7075 0.226 T.No.GMOK.H.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 2.415 0.202 T.No.GMOK.H.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 2.9925 0.249 Мелкая мочажина в олиготрофном ГМК T.No.GOK.H 63°42,5323´ 75°14,9466´ 07.09.07 4.032 0.708 T.No.GOK.H 63°42,5323´ 75°14,9466´ 07.09.07 0.720 0.191 Мочажина в олиготрофном ГМК T.No.GMK.H.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 2.768 0.231 T.No.GMK.H.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 3.150 0.263 T.No.GMK.H.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 2.325 0.194 Обводнённая крупная мочажина в олиготрофном ГМК T.No.GMK.M.2 63°7,1214´ 74°29,1762´ 15.08.08 1.26 0.105 T.No.GMK.M.2 63°7,1214´ 74°29,1762´ 15.08.08 1.245 0.201 T.No.GMK.M.2 63°7,1214´ 74°29,1762´ 15.08.08 2.535 0.212 T.No.GMK.M.2 63°7,1214´ 74°29,1762´ 15.08.08 3.4575 0.288 Обводнённая мочажина в олиготрофном плоскобугристо-озёрном комплексе T.No.FPL.M.1 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 4.725 0.358 T.No.FPL.M.1 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 6.795 0.500 T.No.FPL.M.1 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 5.9475 0.451 T.No.FPL.M.1 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 5.685 0.418 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 4.8975 0.371 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 3.9375 0.281 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 5.07 0.384 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 2.7975 0.200 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 2.7075 0.205 T.No.FPL.M.2 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 2.8275 0.215 · Грядово-мочажинно-озёрковый комплекс (ГМОК) - 4 полигона, из которых один располагался в озере. · Плоскобугристо-озёрный комплекс - 3 полигона. Ерниково-травяно-моховые мезотрофные болота - 3 полигона. На каждый из полигонов приходилось от двух до восьми точек измерения. При изучении ГМК и ГМОК точки располагались как на возвышениях рельефа, так и в понижениях. Методы исследования совершенно аналогичны методам, описанным в статье И.Е. Клепцовой с соавт., опубликованной в настоящем сборнике. Таблица 2 Эмиссия СН4 в северной тайге Западной Сибири из озер и мезотрофных болот Точка Координаты Дата Эмиссия CH4 (мг·м-2·час-1) Широта Долгота Среднее Погрешность Обводненная мочажина в мезо-олиготрофном болоте “Site 4, Waterlogged depression” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.6075 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 1.125 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.42 н.д. Кочка в мезо-олиготрофном болоте “Site 4, Hillock (S. fuscum, shrubs)” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.825 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 1.05 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.645 н.д. Кочка в мезотрофном ерниково-травяно-моховом болоте T.No.Fen.2 63°12,899´ 76°24,039´ 19.08.08 44.895 11.88 T.No.Fen.2 63°12,899´ 76°24,039´ 19.08.08 0.975 1.469 Межкочье в мезотрофном ерниково-травяно-моховом болоте T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 3.0825 0.257 T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 6.7125 0.560 T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 4.6425 0.386 T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 2.6625 0.222 T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 6.2475 0.521 T.No.Fen.1 63°12,828´ 76°23,864´ 19.08.08 9.7425 0.716 T.No.Fen.3 63°12,855´ 76°24,007´ 19.08.08 12.8175 1.068 T.No.Fen.3 63°12,855´ 76°24,007´ 19.08.08 10.6275 0.886 Озеро в олиготрофном высоко-бугристом ГМОК T.No.GMOK.Ls.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 3.12 0.276 T.No.GMOK.Ls.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 3.4275 0.286 T.No.GMOK.Ls.1 63°5,6556´ 74°18,087´ 16.08.08 1.395 0.291 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 2.355 6.571 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.0825 0.056 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.1575 0.060 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.12 0.012 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.0675 0.035 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.915 0.290 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 2.295 0.815 T.No.GMOK.Ls.2 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 46.29 4.629 В качестве погрешностей измерения потоков рассчитывались средневзвешенные стандартные отклонения (веса брались обратно пропорциональными дисперсиям измерений концентраций, но принималось, что относительная погрешность не может быть меньше 3% от величины потока, а абсолютная погрешность - менее 0.008 мгС/м2/час). Таблица 3 Эмиссия СН4 в северной тайге Западной Сибири из гряд, рямов и мерзлых бугров Точка Координаты Дата Эмиссия CH4 (мг·м-2·час-1) Широта Долгота Среднее Погрешность Мерзлые бугры “Site 2, S. fuscum” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.33 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 -0.045 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.0075 н.д. “Site 2, C. rangiferina” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 -0.3375 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 -0.5475 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0 н.д. “Site 3, S. fuscum” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 -0.1575 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.015 н.д. “Site 3, C. rangife-rina” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0.0075 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.0075 н.д. “Site 3, S. fuscum, shrubs” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.3 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0.6225 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0.015 н.д. T.No.GMOK.Pal.3 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 -0.12 0.010 T.No.GMOK.Pal.3 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 -0.07 0.020 T.No.GMOK.Pal.3 63°5,666´ 74°18,066´ 16.08.08 0.01 0.020 Гряда в олиготрофном ГМОК “Site 1, S. fuscum” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 0.87 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0.0075 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 0 н.д. “Site 1, C. rangiferina” [Naumov, 2001] 63°30´ 75°30´ 29.07-6.08.1999 1.8225 н.д. 63°30´ 75°30´ 20.08-27.08.1999 0 н.д. 63°30´ 75°30´ 21.09-27.09.1999 -0.0075 н.д. Гряда в олиготрофном ГМК T.No.GOK.R 63°42,5323´ 75°14,9466´ 07.09.07 -0.028 0.047 T.No.GOK.R 63°42,5323´ 75°14,9466´ 07.09.07 0.070 0.091 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 -0.18 0.008 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 0.045 0.093 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 -0.03 0.017 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 -0.2025 0.008 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 -0.225 0.008 T.No.GMK.R.1 63°7,195´ 74°29,15´ 15.08.08 -0.0825 0.008 Гряда в олиготрофном плоскобугристо-озёрном комплексе T.No.FPL.Pal.3 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 -0.0225 0.008 T.No.FPL.Pal.3 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 0 0.014 T.No.FPL.Pal.3 63°47,726´ 74°32,839´ 17.08.08 11.6025 0.967 Кочка в олиготрофном ряме T.No.GMK.Ry.3 63°7,2138´ 74°29,112´ 15.08.08 0.2625 0.024 T.No.GMK.Ry.3 63°7,2138´ 74°29,112´ 15.08.08 0.99 0.869 T.No.GMK.Ry.3 63°7,2138´ 74°29,112´ 15.08.08 2.085 0.383 Результаты и обсуждение Результаты наших измерений эмиссии метана и некоторые литературные данные приведены в табл. 1, 2 и 3. Объединение всей доступной нам информации по эмиссии метана в лесотундре, т.е. объединение данных табл. 1, 2 и 3 дает распределения потоков, имеющие следующие статистические показатели (размерности всех величин - мгС·м-2·час-1) для 1. БУГРОВ: медиана = 0.008, 1-ая квартиль = -0.062, 3-я квартиль = 0.015; 2. РЯМОВ, ГРЯД ГМК и ГМОК: 0.000, -0.029, 0.414; 3. ОлиготрофныХ необводненныХ МОЧАЖИН:1.163,0.720,2.708; 4. ОлиготрофныХ обводненныХ МОЧАЖИН: 3.698, 2.730, 5.027; 5. мезотрофныХ болот: 2.873, 0.938, 7.470; 6. ОЗЕР: 1.395, 0.139, 2.738; (все перечисленные значения считаются относящимися не ко всему году, а лишь к «периоду эмиссии метана», продолжительность которого принимается равной 138 суток). Эти распределения используются нами в «стандартной модели» Aa3 эмиссии метана на территории Западной Сибири для характеристики потока вообще из всех болот северной тайги. Несмотря на то, что измереняи в рямах нами проводились, очевидно, что пока еще данных недостаточно для того, чтобы можно было приписать рямам обоснованную индивидуальную оценку эмиссии. Как это и предлагается в [Peregon et al., 2005] мы объединили рямы с грядами, но одной из насущных задач исследований ближайшего будущего должно стать определение эмиссии метана собственно из рямов. Если объединить обводненные и необводненные олиготрофные мочажины то будем иметь медиану = 2.708, 1-ую квартиль = -1.054 и 3-ю квартиль = 3.698 мгС·м-2·час-1. Однако вряд ли можно проводить такое объединение чисто механически, поскольку оно означало бы, что мы считаем соотношение площадей, занимаемые обводненными и необводненными олиготрофными мочажинами в подзоне северной тайги Западной Сибири пропорциональным соотношению количества наших измерений в них (14:17). Вероятно, это не соответствует действительности - суммарная площадь необводненных мочажин представляется значительно больше, чем обводненных. И последнее замечание сделаем об эмиссии из внутриболотных озер. По сравнению с предыдущей серией «стандартной модели» именно эмиссия из озер северной тайги изменилась наибольшим образом. Это объясняется тем, что ранее характерная эмиссия СН4 из озер этой подзоны задавалась не по экспериментальным данным, полученным непосредственно здесь - в северной тайге, а по результатам статистического моделирования и усреднения экспериментальных данных для озер соседних зон: лесотундры и средней тайги. Благодарности Мы выражаем благодарность всем участникам экспедиций, получившим данные 2007 и 2008 гг. в экспедициях под руководством одного из авторов (и особенно мы благодарны учебному мастеру факультета Почвоведения МГУ Шныреву Н.А). Особую благодарность хотелось бы выразить к.ф.-м.н. Ш.Ш. Максютову, оказавшему неоценимую помощь в организации экспедиций 2007 и 2008 гг.