Влияние уровня грунтовых вод на выбросы парниковых газов в арктических торфяниках

---

Роль торфяников в углеродном балансе

В природных условиях торфяники служат одними из крупнейших резервуаров углерода на планете. Их почва насыщена водой и содержит мало кислорода, что замедляет разложение растительных остатков. В результате органический материал накапливается слоями на протяжении тысяч лет, формируя глубокие залежи торфа, которые длительное время удерживают углерод.

Изменения при осушении торфяников

Когда торфяники осушаются для сельскохозяйственных нужд, уровень грунтовых вод понижается, что позволяет кислороду проникать в почву и ускоряет микробную активность. В этих условиях ранее накопленный растительный материал начинает разлагаться, и углерод, хранившийся веками, высвобождается в атмосферу в виде углекислого газа (CO2).

С XVII века значительные площади торфяников в Европе и северных регионах были осушены. Влияние осушения и изменения уровня воды на выбросы парниковых газов изучено во многих регионах, однако данные по самым северным сельскохозяйственным торфяникам остаются ограниченными. Эти районы характеризуются холодным климатом, коротким вегетационным периодом и длительным световым днем летом.

Особенности выбросов парниковых газов

Повышение уровня грунтовых вод на осушенных и используемых в сельском хозяйстве торфяниках обычно снижает выбросы CO2, поскольку разложение торфа замедляется. Однако более влажные и бедные кислородом условия могут способствовать увеличению выбросов метана, так как микроорганизмы, производящие метан, активнее развиваются при почти полном отсутствии кислорода. При определённой влажности возможно также увеличение выбросов закиси азота, если разложение азота в почве останавливается на промежуточной стадии.

Поскольку разные парниковые газы реагируют по-разному на изменение уровня воды, для оценки общего эффекта необходимо учитывать совокупный газовый баланс, измеряя выбросы CO2, метана и закиси азота одновременно и в течение всего сезона.

Исследование в Арктике

В 2022–2023 годах было проведено двухлетнее полевое исследование на исследовательской станции в долине Пасвик на севере Норвегии. Автоматизированные камеры фиксировали выбросы CO2, метана и закиси азота несколько раз в день на протяжении всего вегетационного периода. Эксперимент включал пять участков с различными уровнями грунтовых вод, количеством удобрений и числом укосов за сезон.

Исследование было направлено на выяснение:

• Может ли повышение уровня грунтовых вод сделать арктический торфяник климатически нейтральным?
• Влияет ли уровень воды на выбросы CO2 из почвы сильнее, чем на поглощение CO2 растениями?
• Как удобрение и уборка урожая отражаются на общем климатическом балансе?

Основные результаты

Влияние уровня воды на выбросы CO2

При сильном осушении торфяник выделял значительное количество CO2, сопоставимое с южными торфяниками. Повышение уровня грунтовых вод до 25–50 см ниже поверхности резко снижало выбросы CO2. При этом выбросы метана и закиси азота также оставались низкими, что обеспечивало лучший общий газовый баланс. В некоторых случаях поле даже поглощало больше CO2, чем выделяло.

Влияние климата и температуры

Повышение уровня воды делает почву более влажной и снижает содержание кислорода вокруг корней растений, что уменьшает их активность и поглощение CO2. Однако общий выброс CO2 с поля снижается, поскольку для начала чистого поглощения углерода требуется меньше света, и появляется больше часов с чистым поглощением углерода, особенно в условиях длинных светлых летних ночей на севере.

Температура также оказалась важным фактором: при повышении температуры почвы выше примерно 12°C микробная активность возрастала, что приводило к увеличению выбросов CO2 и метана. Таким образом, эффект высокого уровня воды максимален в прохладном климате, а потепление может снизить этот эффект в будущем.

Влияние сельскохозяйственных практик

Добавление удобрений способствовало росту травы, но не приводило к заметным изменениям выбросов CO2 или метана. Уборка урожая оказывала более значительное влияние: при частой уборке из системы удалялось больше углерода, чем накапливалось, что могло привести к постепенной потере углерода даже при высоком уровне воды. Поэтому управление водным режимом, использование удобрений и график уборки урожая должны оцениваться комплексно, чтобы избежать ухудшения качества почвы в долгосрочной перспективе.

Одним из решений может быть выращивание видов растений, устойчивых к влажным условиям, что позволит получать биомассу без необходимости осушать почву.

Значение локальных различий

Исследование выявило значительные различия даже в пределах одного поля: одни участки поглощали CO2, а соседние выделяли его в больших количествах. Такая локальная вариативность может существенно влиять на национальный климатический учет и разработку мер, поскольку стандартные коэффициенты выбросов не всегда отражают реальную ситуацию.

Результаты подчеркивают необходимость более детальных измерений и точного управления уровнем воды, особенно в регионах с разнообразными почвами и условиями ведения сельского хозяйства.