Диссертация (1154500), страница 34
Текст из файла (страница 34)
На уровне фил небыло выявлено различий в составе микробиома между отвалами с разным срокомзарастания.В результате, была выявлена отчетливая смена видового состава микроорганизмовсо сроками зарастания. Как и предполагалось, на ранних стадиях сукцессии преобладаютпредставители экологической группы копиотрофов.
С увеличением сроков зарастания(начиная с 16 лет) в доминанты выходят олиготрофные группы бактерий, наличиекоторых, указывает на полноту углеродного цикла и стабилизацию состава сообщества,поскольку они участвуют в разложении сложных биополимеров и маркируют переходсообщества в климаксную стадию.151Рисунок. 7.3. Таксономическая структура микробиомов на уровне бактериальныхсемейств (представлены семейства, доля которых составляет более 0.5% в сообществе идоля которых статистически значимо различается между отвалами различного возраста).152ГЛАВА 8. ОЦЕНКА ЭМИСИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И СТАБИЛИЗАЦИИОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВАХ ПОСТТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕММировым сообществом давно признана роль почвы в биогеохимических процессах,Почва расcматривается как основное хранилище углерода, и в этом плане хозяйственнаядеятельностьдолжнаучитыватьпотенциальныерискидополнительнойэмиссииуглекислого газа в атмосферу.
После проведенных расчетов баланса стока углерода и егоэмиссии К. Kondratyev с соавторами (2004) обнаружили: обогащение атмосферыуглекислым газом вследствие исчезновения почвенно-растительного покрова и нарушенияземель имеет те же значения, что и индустриальная эмиссия СО2. Принимая во вниманиезначительную взаимосвязь между качеством почвы и состоянием климата, стратегическиважной задачей является осознание роли динамики почвенного органического вещества,как в процессах исторического обогащения углекислым газом атмосферы, так и впроцессах снижения уровня СО2 в атмосфере в ходе депонирования.
По приблизительнымоценкам в почве содержится около 2500 гт углерода, что более чем в 3 раза больше чемего содержание в атмосфере, и почти в 5 раз больше чем содержится углерода в биоте(Lal, 2006). Прямым следствием обогащения атмосферы углекислым газом являетсяуничтожение растительного покрова, с последующей минерализацией органическоговещества и выветриванием карбонатов.
Это может оказывать сильное влияние на темпыглобального изменения климата.Ранее Е. В. Абакумовым и Э. И. Гагариной (2006) было показано, что наибольшуюопасность в потенциальной эмиссии СО2 представляют карбонатные породы, имирассчитано, что за пару лет эмиссия с площади 5 км2 с не заросших отвалов карбонатныхпород может составить 150-200 т. В тоже время широко известна способность почвдепонироватьуглекислыйгазизатмосферы.Способностьнарушенныхземельконсервировать потерянный углерод соответствует суммарной потере, оцениваемой в 55 –78 Гт (Lal, 2006).
Существует утверждение, что карьеры Северо-Запада способныдепонировать 1-3 % углекислого газа секвестируемого лесными почвами данного региона(Абакумов и Гагарина, 2006).В связи с этим, одной из задач нашей работы являлась оценка уровнядепонированияиэмиссииуглекислогогазапочваминарушенныхэкосистем.Сопоставление уровней эмиссии и депонирования проводили исходя из тех убеждений,что основные причины поступления СО2 в атмосферу из почвы – это выветриваниекарбонатов и почвенное дыхание. Обратный процесс – депонирование углекислого газамы оценивали по содержанию органического вещества. Также интерес представляет153молекулярная природа этого вещества, поскольку наиболее ценный вклад вносят болееустойчивые компоненты, которые будут менее подвержены процессам минерализации.Уровень базального дыхания учитывали на всех карьерах, содержание СО2карбонатов измеряли только на карьерах с карбонатным субстратом (Елизаветино,Пудость, Кингисепп, Печурки и Гурово).Для всех изученных объектов величина базального дыхания крайне низка, всреднем, она составляет 0,035 мкг СO2–С/г в час, максимальные значения – 0,2 СO2–С/г вчас зафиксированы в подстилке хвойных пород на карбонатном карьере Пудость ипесчаном карьере Окуловка.
Минимальные значения – 0,008 мкг СO2–С/г в час отмеченына лишенных растительности участках карьера по добыче огнеупорных глин в УстьеБрынкино, а также в породе (горизонт С) песчаного карьера в Малуксе. Различия междумаксимальными и минимальными величинами почти в 26 раз, однако, согласнолитературным данным, средние значения базального дыхания лесных почв средней июжной тайги составляют от 0,52 мкг СO2–С/г в час в минеральных слоях до 2439 мкгСO2–С/г в час в подстилке (Стольникова и др., 2011).
Таким образом, в сравнении сестественными сообществами эмиссия почв карьеров за счет базального дыхания крайнемала.Содержание СО2 карбонатов в мелкоземе на разных карьерах варьирует довольносильно. Так, на известняковом карьере в Печурках максимальные значения достигают 1%, на карьере в Новогурово значения колеблются от 0,005 до 2 %, в Кингисеппе – от 0 до5 %. Максимальные значения отмечены на карьерах Елизаветино и Пудость, здесь, вминеральных горизонтах, участках с относительно небольшим проективным покрытием,содержание углекислоты карбонатов в мелкоземе достигает 20 %.Накопление органического углерода имеет разные темпы и объемы на разныхкарьерах.
На песчаных карьерах содержание С, как правило не превышает 1-3 %, заисключением подстилки. В случае внесения органических субстратов, как на карьере вКолтушах, показатель может достигать более 38 %. Стоит учитывать, что данное явлениеявляется следствием искусственного обогащения почвы, и со временем, вследствиеминерализации субстрата содержание углерода, может снижаться. На глиняном карьеренакопление углерода также идет довольно медленно, его содержание колеблется впределах 0 – 2,1 % (в среднем – 0,99 %). Не принимая во внимание карьер в Колтушах, гдеорганический субстрат в огромных количествах был нанесен в процессе рекультивации,наибольшими разбросами значений характеризуются карбонатные субстраты (0,3 – 25 %).Для разных карбонатных карьеров средние значения содержания органического углеродасоставляют 2 – 7 %.
Как и ожидалось, наибольшим содержанием органического вещества154характеризуются всегда верхние органогенные горизонты и участки, где отсутствуютлимитирующие факторы для развития растительности. В целом, можно отметить, чтоуровни содержания СО2 карбонатов, и органического углерода сопоставимы. Процессыэмиссии могут преобладать над процессами депонирования углекислого газа особенно вслучаях карбонатных карьеров с разреженным растительным покровом, и наличием ряданеблагоприятных физических параметров субстрата. В случае развития растительногопокрова, накопление органического углерода всегда преобладало над эмиссией.Помимо расчета содержания органического углерода важным моментом являетсяприрода молекул, поскольку важно переводить углерод в наиболее стабильные формы,предохраняя его от микробиологических процессов и минерализации. Наиболеетермодинамически устойчивыми принято считать гуминовые кислоты.
Надо отметить, чтопроцесс гумификации в целом является стратегически важным в аспекте депонированияуглекислого газа. Отношение Сгк/Сфк определяли для верхних органогенных горизонтов,в случае, если содержание органического углерода было более 1%. В целом, для всехкарьеров можно сказать, что, как правило, чем выше срок зарастания, тем больше доляфульвокислот. Однако это не обязательно является свидетельством общего направлениягумификации, поскольку более устойчивые гуминовые фракции могут накапливаться внижележащих слоях. Преобладание фульвокислот в верхних горизонтах может бытьвызвано увеличением свежего растительного опада и продуктов его трансформации. Также можно отметить, что на песчаных субстратах отношение Сгк/Сфк как правило ниже,чем на других породах (в среднем – 0,6).
Интересно, что на более ранних этапах, и вслучаях преобладания травянистой растительности доля гуминовых кислот нескольковыше (отношение Сгк/Сфк до 1,3), при формировании соснового леса отношениезначительно падает. Несмотря на то, что гуминовые кислоты являются наиболееустойчивыми и их накопление является более результативным в плане депонирования иконсервацииуглерода,выводопредпочтениирекультивациитравамиделатьопрометчиво.
На карьере по добыче огнеупорных глин доля гуминовых кислот выше нарекультивированном участке под травами (Сгк/Сфк – 1), под мелколиственным лесомзначения отношения – 0,62; напомним, что участки сильно отличаются не только типомрастительности, но и физическими параметрами субстрата. Для карьеров с карбонатнымсубстратом характерна максимальная доля гуминовых кислот (отношение Сгк/Сфк до1,3). Возможно, что это связано с наличием большого количества кальция в породе.Наибольшие доли гуминовых кислот отмечены на участках с большим количествоммелкозема, рыхлым грунтом, под древесной растительностью. При этом, стоит отметить,что доля фульвокислот велика в почвах многих участков (отношение Сгк/Сфк от 0,5), при155этом, как на переуплотненных субстратах с разреженным растительным покровом, так ина более благоприятных для развития растительности экотопах с сомкнутым древостоем.По предварительным результатам, выявлено, что наиболее перспективными в планедепонирования углекислого газа из атмосферы являются карбонатные породы сблагоприятными физическими параметрами для произрастания растительности.Подводя итоги можно заключить, что, по всей видимости, высвобождение СО2 ватмосферу максимально на этапе разработки полезных ископаемых, также эмиссияуглекислого газа в атмосферу может преобладать над депонированием в первые этапызарастания, когда еще нет сформированного растительного покрова.
В тех случаях, когдафизические условия субстрата неблагоприятны для поселения растений, эти этапы могутзатягиваться на многие годы. При оценке депонирования необходимо учитывать 2основных момента – это количество углерода, которое поступает в почву, а также егокачественныйсостав.рассматриваемомВторымучастке,моментомпосколькуявляетсятипзначительнаячастьрастительностиуглероданабудетзаконсервирована именно в составе биомассы. В связи с этим, с точки зрения процессовдепонирования СО2 из атмосферы преобладающим направлением является леснаярекультивация. Наибольшее количество углерода типично для верхних горизонтоваккумулятивных экотопов с благоприятными физическими параметрами субстрата, аименно – наличием достаточного количества мелкозема. Наибольшей потенциальнойспособностью к обогащению атмосферы углекислым газом обладают карбонатныепороды, однако, в случае благоприятных параметров субстрата данные карьеры такжеобладают большим потенциалом к депонированию СО2 из атмосферы, кроме тогоналичиебольшогоколичествакальцияспособствуетформированиюболеетермодинамически устойчивых молекул гуминовых кислот в процессе гумификации.Стоит при этом подчеркнуть, что в случае неблагоприятных физических параметровсубстрата, зарастание карьера будет крайне затруднено, и процессы эмиссии могутпреобладать над депонированием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
