Определение потоков метана и углекислого газа с поверхности почвы в атмосферу камерным методом

Данная исследовательская работа посвящена изучению потоков углеродсодержащих парниковых газов (CO₂ и CH₄) на территории предполагаемого карбонового полигона в Воейково. Исследование направлено на количественную оценку эмиссии и поглощения этих газов почвой в осенний период с использованием камерного метода, а также на выявление факторов, влияющих на их динамику. Актуальность работы обусловлена важной ролью парниковых газов в глобальном углеродном цикле и их значительном влиянием на климатические изменения.  

Метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂) являются ключевыми компонентами парникового эффекта. Метан, несмотря на меньшую концентрацию в атмосфере, обладает в 21 раз более высоким потенциалом глобального потепления по сравнению с CO₂ за 100-летний период. Основными природными источниками CH₄ выступают болота и заболоченные территории, вносящие до 30% в общую глобальную эмиссию этого газа. Углекислый газ, концентрация которого в атмосфере достигла 428 ppm к 2025 году, выделяется из почвы преимущественно в результате микробного разложения органического вещества и корневого дыхания растений. Для измерения потоков газов использовался камерный метод, основанный на изоляции участка почвы герметичной камерой и последующей регистрации изменения концентрации газов с помощью высокоточного газоанализатора LI-COR (LI-7810).  

Экспериментальные исследования проводились в сентябре и октябре 2024 года на восьми площадках с различными типами почв и растительности: бывшие сельскохозяйственные угодья, склоны с молодыми деревьями и водно-болотные участки. Перед проведением замеров фиксировались ключевые параметры почвы: температура, влажность и уровень pH. Погрешность измерений для CO₂ и CH₄ находилась в пределах 5–10% и 4–7% соответственно.

Анализ результатов выявил несколько важных закономерностей. Во-первых, наблюдался значительный рост потоков парниковых газов в течение осени. Средние значения эмиссии CO₂ увеличились с 389 г/(м²·год) в сентябре до 973 г/(м²·год) в октябре и 1826 г/(м²·год) в ноябре. Для CH₄ также был зафиксирован рост потоков: от 0,25 г/(м²·год) в сентябре до 0,77 г/(м²·год) в октябре и 0,92 г/(м²·год) в ноябре. Этот тренд объясняется снижением фотосинтетической активности растений осенью, что уменьшает поглощение CO₂, а также продолжающейся микробной активностью в почве благодаря накопленному за лето теплу.  

Во-вторых, наибольшие выбросы CO₂ были зарегистрированы на бывших сельскохозяйственных угодьях (например, 2207 г/(м²·год) в октябре на площадке СР4), что связано с наличием лабильных форм углерода, легко вовлекаемых в микробный метаболизм. Водно-болотные участки (СР2, СР9) демонстрировали меньшие потоки CO₂, но при этом выступали источниками CH₄ с максимальными значениями 0,4 г/(м²·год). На остальных площадках отмечалось поглощение CH₄, обусловленное активностью метанотрофных бактерий.  

В-третьих, выявлена зависимость интенсивности газовых потоков от кислотности почвы. При повышении pH в диапазоне 7,0–8,7 наблюдался рост эмиссии как CO₂, так и CH₄, что согласуется с литературными данными. Кроме того, к поздней осени увеличивался разброс значений потоков — до 17 раз для CO₂ и 34 раз для CH₄. Это может быть связано с резкими суточными колебаниями температуры, которые модулируют активность почвенных микроорганизмов.  

Данная работа вносит вклад в понимание роли бореальных экосистем в глобальном цикле углерода и может быть использована для разработки стратегий управления карбоновыми полигонами.