Methane emission from West Siberia tundra mires

Cover Page
  • Authors: Sabrekov AF1, Glagolev MV1,2,3, Kleptsova IE2, Maksyutov SS4
  • Affiliations:
    1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
    2. Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск
    3. Томский государственный педагогический университет
    4. Национальный институт изучения окружающей среды, г. Цукуба (Япония)
  • Issue: Vol 2, No 1 (2011)
  • Pages: 1-16
  • Section: Articles
  • URL: https://edccjournal.org/EDGCC/article/view/6541
  • DOI: https://doi.org/10.17816/edgcc211-16

Abstract


Beside carbon dioxide and water vapor, methane is one of the most important greenhouse gases. Mires are the largest natural source of methane. West Siberia tundra zone gains the especial importance in this regard as the greatly paludified region with the mire area of 29% of this territory. Nevertheless, the information about methane fluxes in tundra is still incomplete and need to be advanced. For this purpose detailed investigation of methane emission at 2 key sites in West Siberia tundra zone was organized. About 300 methane emissions varied from small negative values to several mgC-CH 4·m -2·h -1 were measured by a static chamber method. It was confirmed that frozen hillocks, bogs and shallow ponds had the lowest methane fluxes (1 st/2 nd/3 rd quartiles are -0.04 /0.01 /0.07 mgC-CH 4·m -2·h -1 for frozen hillocks, -0.01 / 0.03 / 0.28 mgC-CH 4·m -2·h -1 for bogs and 0.15 / 0.27 / 0.57 mgC-CH 4·m -2·h -1 for ponds). Larger emissions were character for fens (0.76 / 0.96 / 1.53 mgC-CH 4·m -2·h -1) and poor fens (0.41 /1.42 / 3.38 mgC-CH 4·m -2·h -1). Maximal rate of methane emission were observed in peat mats (0.99 / 2.42 / 3.24 mgC∙m ‑2∙h ‑1). Cluster analysis was used to reveal the main ecological factors influencing on the methane emission. As a result, 5 classes distinguished by water table level, trophicity and the peat layer strength were described. Water table level and peat layer strength accounted for the most variability inside the clusters while trophicity affects the most between ones. Analysis makes possible the detection of probably degrading wetlands with the unfavorable conditions for methanogenesis, too. All emission data were generalized into the spatial emission model (the model is based upon a fractional area coverage map of mire micro-landscapes, methane flux probability distributions for each micro-landscape type and methane emission period). Version Bc8 of this model estimates methane flux from West Siberia tundra mires at 110 kTC-CH 4·yr -1 that accounts for about 4% of the total methane emission from all West Siberia mires. Fens were revealed as the most significant methane source from tundra mires contributing for about 99% of the regional flux from this territory. Unfavorable thermal conditions, short period of biological activity, shallow permafrost bedding and low peat layer strength appear to be the reasons for such insignificant role of tundra mires.

A F Sabrekov

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: misternickel@mail.ru

M V Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск; Томский государственный педагогический университет

Email: m_glagolev@mail.ru

I E Kleptsova

Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск

Email: kleptsova@gmail.com

S S Maksyutov

Национальный институт изучения окружающей среды, г. Цукуба (Япония)

Email: shamil@nies.go.jp

  1. Бабешина Л.Г., Зверев А.А. 2010. Оценка условий местообитаний сфагновых мхов Западно-Сибирской равнины: фактор увлажнения // Вестник Томского Государственного Университета. № 331. С. 185-192.
  2. Валеева Э.И., Московченко Д.В. 2009. Зональные особенности растительного покрова Тазовского полуострова и его техногенная трансформация // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. № 9. С. 174-190.
  3. Глаголев М.В. 2008. Эмиссия метана: идеология и методология «стандартной модели» для Западной Сибири // Динамика окружающий среды и глобальные изменения климата: Сборник научных трудов кафедры ЮНЕСКО Югорского государственного университета. Вып. 1 / Глаголев М.В., Лапшина Е.Д. (ред). Новосибирск: НГУ. С. 176-190. Доступна также и по URL: http://www.ugrasu.ru/2008-sbornik/ (дата обращения: 22.05.11).
  4. Глаголев М.В., Головацкая Е.А., Шнырев Н.А. 2007. Эмиссия парниковых газов на территории Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. Т. 14. № 2. С. 197-210.
  5. Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Казанцев В.С., Филиппов И.В., Максютов Ш.Ш. 2010. Эмиссия метана из болотных ландшафтов тундры Западной Сибири // Вестник ТГПУ. № 3 (93). С. 78-86.
  6. Глаголев М.В., Сабреков А.Ф., Максютов Ш.Ш. 2009. «Стандартная модель» (Ab4) эмиссии СН4 из болот Западной Сибири // Известия Самарского научного центра РАН. Т. 11. №. 1 (7). С. 1463-1467. Доступна также и по URL: http://ecomodelling.ru/doc/Proceedings2009/GlagolevMV.pdf (дата обращения 19.03.2011).
  7. Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Паршина Е.К. 2010. Бюджет химических элементов в болотных экосистемах средней тайги Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. №2 (2). С. 72-81.
  8. Лапшина Е.Д. 2004. Флора болот юго-востока Западной Сибири. Томск: Изд-во Том. ун-та. 296 с.
  9. Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А., Инишева Л.И., Курнишкова Т.В., Слука З.А., Толпышева Т.Ю., Шведчикова Н.К. 2001. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула: Гриф и Ко. 584 с.
  10. Одум Ю. 1986. Экология. Том 1. М.: Мир. 328 с.
  11. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. 1956. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Сельхозгиз. 472 с.
  12. Романова Е.А. Растительность болот. 1985 // Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск: Наука. С. 138-159.
  13. Романова Е.А., Быбина Р.Т., Голицина Е.Ф., Иванова Г.М., Усова Л.И., Трушникова Л.Г. 1977. Типологическая карта болот Западно-Сибирской равнины. Масштаб 1:2 500 000. Ленинград: ГУГК.
  14. Точенов В.В. (ред.). 1985. Атлас СССР. Карты природы [Карты]: суммы температур воздуха за период со средней суточной температурой выше 10°С и продолжительность безморозного периода. 1:36000000, в 1 см 360 км. М.: ПКО «Картография».
  15. Харбух Дж., Бонэм-Картер Г. 1974. Моделирование на ЭВМ в геологии. М.: Мир.
  16. Эберт К., Эдерер Х. 1988. Компьютеры. Применение в химии. М.: Мир. 416 с.
  17. Bubier J.L., Moore T.R., Juggins S. 1995. Predicting methane emission from bryophyte distribution in Northern Canadian Peatlands // Ecology. V. 76 (3). P. 677-693.
  18. Cicerone R.J., Shetter J.D. 1981. Sources of Atmospheric Methane: Measurements in Rice Paddies and a Discussion // J. Geophys. Res. V. 86. P. 7203-7209.
  19. Dise N.B., Gorham E., Verry E.S. 1993. Environmental Factors Controlling Methane Emissions from Peatlands in Northern Minnesota // Journal of Geophysical Research. V. 98. No. D6. P. 10583-10594.
  20. Fiore, A. M., Jacob D. J., Field B. D., Streets D. G., Fernandes S. D., and Jang C. 2002. Linking ozone pollution and climate change: The case for controlling methane. Geophys. Res. Lett. 29 (19). 1919. doi: 10.1029/2002GL015601.
  21. Glagolev M.V. 1998. Modeling of Production, Oxidation and Transportation Processes of Methane // Global Environment Research Fund: Eco-Frontier Fellowship (EFF) in 1997. Tokyo: Environment Agency. Global Environment Department. Research & Information Office. P. 79-111.
  22. Hutchinson G. L., Mosier A. R. 1981. Improved soil cover method for field measurement of nitrous-oxide fluxes // Soil Sci. Soc. Am. J. V. 45. P. 311-316.
  23. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2001. Climate Change 2001: The Scientific Basis / Ed. by J.T. Houghton et al. New York : Cambridge Univ. Press.
  24. Jones R.L., Pyle J.A. 1984. Observations of CH4 and N2O by the Nimbus 7 SAMS: A comparison with in situ data and two-dimensional numerical model calculations // J. Geophys. Res. No. 89. P. 5263-5279.
  25. Mikaloff Fletcher S.E., Tans P.P., Bruhwiler L.M., Miller J.B., Heimann M. 2004. CH4 sources estimated from atmospheric observations of CH4 and 13C/12C isotopic ratios: 1. Inverse modeling of source processes // Global Biogeochemical Cycles. V. 18. GB4004. doi: 10.1029/2004GB002223.
  26. Nakayama T. 1995. Estimation of methane emission from Siberian tundra wetlands // Proceedings of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. Sapporo: iWORD. P. 31-36.
  27. Pelletier L., Moore T.R., Roulet N.T., Garneau M. and Beaulieu-Audy V. 2007. Methane fluxes from three peatlands in the La Grande Riviere watershed, James Bay lowland, Canada // J. Geophys. Res. V. 112. G01018. doi: 10.1029/2006JG000216.
  28. Peregon A., Maksyutov S., Kosykh N., Mironycheva-Tokareva N. 2008. Map-based inventory of wetland biomass and net primary production in western Siberia // J. Geophys. Res. V. 113. G011007. doi: 10.1029/2007JG000441.
  29. Treat C.C., Bubier J.L., Varner R.K., Crill P.M. 2007. Timescale dependence of environmental and plant-mediated controls on СН4 flux in a temperate fen. // Journal of Geophysical Research. V. 112. G01014. doi: 10.1029/2006JG000210. URL: http://glovis.usgs.gov. 07.04.10. (дата обращения: 08.04.10).
  30. Van Duren I.C., Pegtel D.M. 2000. Nutrient limitations in wet, drained and rewetted fen meadows: evaluation of methods and results // Plant and Soil. № 220. P. 35-47.
  31. Verhoeven J.T.A., Schmitz M.B. 1991. Control of plant growth by nitrogen and phosphorus in mesotrophic fens // Biogeochemistry. V. 12. № 2. 135-148. doi: 10.1007/BF00001811.
  32. Whalen S.C., Reeburgh W.S. 1992. Interannual variations in tundra methane emissions: a 4-year time series at fixed sites // Global Biogeochemical Cycles. V. 6. P. 139-159.

Views

Abstract - 203

PDF (Russian) - 159

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2011 Sabrekov A.F., Glagolev M.V., Kleptsova I.E., Maksyutov S.S.

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