Methane fluxes from south tundra ecosystems of West Siberia

Cover Page
  • Authors: Krivenok L.A.1, Glagolev M.V.1,2,3, Fastovets I.A.1, Smolentsev B.A.4, Maksyutov S.S.5
  • Affiliations:
    1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Россия)
    2. Институт лесоведения РАН, с. Успенское Московской обл. (Россия)
    3. Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск (Россия)
    4. Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск (Россия)
    5. National Institute for Environmental Studies, г. Цукуба (Япония)
  • Issue: Vol 5, No 1 (2014)
  • Pages: 26-42
  • Section: Articles
  • URL: https://edccjournal.org/EDGCC/article/view/6380
  • DOI: https://doi.org/10.17816/edgcc5126-42

Abstract


Methane is one of the trace gasses, and its impact on the global warming is estimated to be approximately 15 per cent. Even though its concentration in the atmosphere increases relatively slowly, methane absorbs infrared radiation many times more intensively than carbon dioxide does. This makes it of great significance since anthropogenic sources of methane increased in the past decades as well as natural methane emission due to temperature rising. Wetlands are believed to be the main natural source of methane. This is why West Siberia was chosen to study methane fluxes as its territory up to 27 per cent consists of wetlands. A large-scale survey was taken with the aim of measuring methane fluxes in different ecosystems, estimating the total (regional) methane flux from West Siberia and studying the correlation between methane emission and different factors influencing it. Since 1990 th almost all the territory of West Siberia was covered with measurements, but tundra still needs to be studied. The interest in studying methane fluxes from tundra is supported by the fact that here temperature increases faster than, e.g. in south taiga. These rapid changes of temperature may affect methane emission in the future in a rather strong way. In 2013 season, from July 18 to August 5, measurements of methane emissions in south tundra subzone of West Siberia were carried out, using a static сhamber technique. Sampling was conducted in Tazovskiy region, Yamal-Nenets Autonomous Okrug, 12km SSW from the town of Tazovskiy in the most common for this region mire ecosystems: khasyreys, polygonal, oligotrophic and mesotrophic bogs, palsa complexes and dry tundra. The highest methane fluxes values were determined at mesotrophic bogs (total sample median was 2.75 mgCH 4 · m -2 · h -1, lower and upper quartiles were 0.12 and 4.78 mgCH 4 · m -2 · h -1, respectively) and hollows of palsa complex (median 0.79 mgCH 4 · m -2 · h -1, lower and upper quartiles 0.37 and 1.28 mgCH 4 · m -2 · h -1, respectively. The lowest flux values were found at mineral soils of dry tundra, where the median, lower and upper quartiles were -0.05, -0.01 and 0.11 mgCH 4 · m - 2 · h -1, respectively. Also, we report that no daily dynamics of fluxes in dry tundra was found. The frequency distribution functions of fluxes, which was made for oligotrophic bogs, palsa and khasyreys, are similar to lognormal ones. For mesotrophic bogs high fluxes are more frequent than for other ecosystems, where the frequency is near zero. Also, despite the fact that for mesotrophic bogs the most frequent flux is negative, flux median was 2.75 mgCH 4 · m - 2 · h -1 which in owing to high fluxes presence with not zero frequency.

Ludmila Alekseevna Krivenok

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Россия)

Author for correspondence.
Email: m_glagolev@mail.ru

Mikhail Vladimirovich Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Россия); Институт лесоведения РАН, с. Успенское Московской обл. (Россия); Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск (Россия)

Email: m_glagolev@mail.ru

Ilya Aleksandrovich Fastovets

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Россия)

Email: m_glagolev@mail.ru

Boris Anatol'evich Smolentsev

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск (Россия)

Email: m_glagolev@mail.ru

Shamil Shavratovich Maksyutov

National Institute for Environmental Studies, г. Цукуба (Япония)

Email: m_glagolev@mail.ru

  1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. 1983. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика. 471 с.
  2. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. 1994. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высшая школа. 544 с.
  3. Вапник В.Н. 1979. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным. М.: Наука. 448 с.
  4. Вапник В.Н., Глазкова Т.Г., Кощеев В.А., Михальский А.И., Червоненкис А.Я. 1984. Алгоритмы и программы восстановления зависимостей. М.: Наука. 448 с.
  5. Вомперский С.Э., Сирин А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Майков Д.А. 2005. Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия // Известия РАН. Серия географическая. №5. С. 39-50.
  6. Гвоздецкий Н.А., Михайлов Н.И. Физическая география СССР. Азиатская часть. 1970. М.: Мысль. 543 с.
  7. Глаголев М.В. 2008. Эмиссия метана: идеология и методология «стандартной модели» для Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. № S1. С. 176-190.
  8. Глаголев М.В. 2012. Высокий уровень стояния воды может снижать эмиссию метана из почвы // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т.3. №1(5). С. 1-10.
  9. Глаголев М.В., Клепцова И.Е. 2009. Эмиссия метана в лесотундре: к созданию «стандартной модели» (Аа2) для Западной Сибири // Вестник ТГПУ. Вып. 3(81). С. 77-81.
  10. Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Казанцев В.C., Филиппов И.В., Максютов Ш.Ш. 2010. Эмиссия метана из болотных ландшафтов тундры Западной Сибири // Вестник ТГПУ. Вып. 3(93). С. 78-86.
  11. Глаголев М.В., Смагин А.В. 2006. Количественная оценка эмиссии метана болотами: от почвенного профиля - до региона (к 15-летию исследований в Томской области) // Доклады по экологическому почвоведению. Вып. 3. №3. С. 75-114. URL: http://jess.msu.ru/index.php?option=com_scibibliography&func=view&id=34&Itemid=121&catid=62 (дата обращения 08.10.2012).
  12. Глаголев М.В., Суворов Г.Г. 2007. Эмиссия метана болотными почвами средней тайги Западной Сибири (на примере Ханты-Мансийского автономного округа) // Доклады по экологическому почвоведению. Вып. 6. №2. С. 90-162. URL: http://jess.msu.ru/index.php?option=com_scibibliography&func=view&id=55&Itemid=121&catid=65 (дата обращения: 15.11.2011).
  13. Глаголев М.В., Шнырев Н.А. 2008. Летне-осенняя эмиссия СН4 естественными болотами Томской области и возможности ее пространственно-временной экстраполяции // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. №2. С. 24-36.
  14. Голубятников Л.Л., Казанцев В.С. 2013. Вклад тундровых озер Западной Сибири в метановый бюджет атмосферы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 49. № 4. С. 430-438.
  15. Калиткин Н.Н. 1978. Численные методы. М.: Наука. 512 с.
  16. Кароль И.Л., Киселев А.А. 2004. Атмосферный метан и глобальный климат // Природа. № 7. С. 47-52.
  17. Косарев Е.Л. 2008. Методы обработки экспериментальных данных. М.: ФИЗМАТЛИТ. 208 с.
  18. Костылев А.А., Миляев П.В., Дорский Ю.Д., Левченко В.К., Чикулаева Г.А. 1991. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых калькуляторах. Л.: Энергоатомиздат. ЛО. 304 с.
  19. Крянев А.В., Лукин Г.В. 2003. Математические методы обработки неопределенных данных. М. ФИЗМАТЛИТ. 216 с.
  20. Кутилин В.С., Денисов В.И., Федоров Ю.Т. 2004. Справочное пособие по курсу «Физическая география материков и океанов» (общие сведения о материках, частях света и океанах). Ростов-на-Дону: изд. РГУ. 53 с.
  21. Лагутин М.Б. 2007. Наглядная математическая статистика. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 472 с.
  22. Лапко А.В., Лапко В.А., Соколов М.И., Ченцов С.В. 2000. Непараметрические системы классификации. Новосибирск: Наука. 240 с.
  23. Мацевитый Ю.М., Лушпенко С.Ф. 1990. Идентификация теплофизических свойста твердых тел. Киев: Наук. думка. 216 с.
  24. Минько О.И. 1988. Планетарная газовая функция почвенного покрова // Почвоведение. № 7. С. 59-75.
  25. Паников Н.С., Титлянова А.А., Палеева М.В., Семенов А.М., Миронычева-Токарева Н.П., Макаров В.И., Дубинин Е.В., Ефремов С.П. 1993. Эмиссия метана из болот юга Западной Сибири // Доклады АН СССР. T. 330. №3. С. 388-390.
  26. Природные условия и естественные ресурсы СССР. Западная Сибирь. 1963 / Г.Д. Рихтер (ред.). М.: изд-во Академии наук СССР. 488 с.
  27. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Башкин В.Н., Барсуков П.А., Максютов Ш.Ш. 2011. Вклад мерзлотных бугров в эмиссию метана из болот тундры Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 2. № 2(4). EDCCrar0002.
  28. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Максютов Ш.Ш. 2011. Эмиссия метана из болот тундры: Результаты наблюдений 2010 г. // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 2. № 1(3). EDССrar0001. Статья также доступна по адресу: http://www.ugrasu.ru/uploads/files/EDCC_2_1_Sabrekov.pdf (дата обращения: 16.11.13).
  29. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. 1979. Методы решения некорректных задач. М.: Наука.
  30. Усова Л.И. 2009. Практическое пособие по ландшафтному дешифрированию аэрофотоснимков различных типов болот Западной Сибири. СПб.: Нестор-История. 80 с.
  31. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - мировой центр данных» [Электронный ресурс]: Температура воздуха и количество осадков (ежедневные данные). URL: http://meteo.ru/data/162-temperature-precipitation (дата обращения 24.11.13).
  32. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. 2004. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. 342 с.
  33. Adamsen A.P.S., King G.M. 1993. Methane Consumption in Temperate and Subarctic Forest Soils: Rates, Vertical Zonation, and Responses to Water and Nitrogen // Applied and Environmental Microbiology. V. 59. No. 2. P. 485-490.
  34. Augustin J., Merbach W., Schmidt W., Reining E. 1996. Effect of changing temperature and water table on trace gas emission from minerotrophic mires // Journal of Applied Botany-Angewandte Botanik. V. 70. P. 45-51.
  35. Cao M., Marshall S., Gregson K. 1996. Global carbon exchange and methane emissions from natural wetlands: Application of a process-based model // Journal of Geophysical Research. V. 101. P. 14399-14414.
  36. Ciais P., Sabine C., Bala G., Bopp L., Brovkin V., Canadell J., Chhabra A., DeFries R., Galloway J., Heimann M., Jones C., Quéré C. Le, Myneni R.B., Piao S. and Thornton P. 2013. Carbon and Other Biogeochemical Cycles // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY , USA. 570 pp.
  37. Kettunen A., Kaitala V., Alm J., Silvola J., Nykanen H., Martikainen P.J. 1996. Cross-correlation analysis of the dynamics of methane emissions from a boreal peatland // Global Biogeochemical Cycles. V.10. No. 3. Pp. 457-471.
  38. Khalil M.A.K., Shearer M.J. 2000. Sources of methane: an overview // Atmospheric Methane: Its Role in the Global Environment. New-York: Springer-Verlang. P. 98-111.
  39. King S.L., Quay P.D., Lansdown J.M. 1989. The 13C/12C kinetic isotope effect for soil oxidation of methane at ambient atmospheric concentrations // Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984-2012). V. 94. №. D15. P. 18273-18277.
  40. Lapshina E.D., Filippov I.V., Bleuten W. 2007. Classification of mire landscapes for estimation of carbon cycling of peatlands of Northern West Siberia // West Siberian Peatlands and Carbon Cycle: Past and Present. P. 16.
  41. Monahan J.F. 2011. Numerical Methods of Statistics. Cambridge etc.: Cambridge University Press.
  42. Nakayama T., Akiyama A. 1994. Measurement of methane flux in a tundra wetland, Mustakh island in 1993 // Proceedings of the second symposium on the joint siberian permafrost studies between Japan and Russia in 1993 / Inoue G. (ed.). Tsukuba: Isebu. P. 37-39.
  43. Repo M.E., Huttunen J.T., Naumov A.V., Chichulin A.V., Lapshina E.D., Bleuten W., Martikainen P.J. 2007. Release of CO2 and CH4 from small wetland lakes in western Siberia // Tellus. V. 59B. P. 788-796.
  44. Rodhe H. 1990. A comparison of the contribution of various gases to the greenhouse effect // Science. V. 248. №. 4960. P. 1217-1219.
  45. Stepanenko V.M., Machul’skaya E.E., Glagolev M.V., Lykossov V.N. 2011. Numerical Modeling of Methane Emissions from Lakes in the Permafrost Zone // Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics. Vol. 47. No. 2. P. 252-264.
  46. Whalen S.C., Reeburgh W.S. 1990. Consumption of atmospheric methane by tundra soils // Nature. V. 346. Pp. 160-162.
  47. Whalen S.C., Reeburgh W.S., Sandbeck K.A. 1990. Rapid methane oxidation in a landfill cover soil // Applied and environmental microbiology. V. 56. №. 11. P. 3405-3411.

Views

Abstract - 195

PDF (Russian) - 157

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2014 Krivenok L.A., Glagolev M.V., Fastovets I.A., Smolentsev B.A., Maksyutov S.S.

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