Preliminary Analysis of Stocks of Organic Carbon and Nitrogen in the Upper Part of the Ice Complex in Central Yakutia
Abstract
The paper summarizes the data on stocks of organic carbon and nitrogen in permafrost in different regions of the northern hemisphere. It was found that in the regions of Alaska and Canada there are more stocks of organic carbon and nitrogen in the permafrost (about 70.0 kg TOC/m2 and 6.33 kg N/m2) in comparison with the permafrost in North-Eastern Siberia (22.0 kg TOC/m2 and 2.13 kg N/m2). We conducted reconnaissance studies of carbon and nitrogen reserves in the depths of one meter at the ice complex in Central Yakutia. It was shown that in the upper meter of the ice complex it is deposited 55.0% of the organic carbon of the total reserves in the soil, and in the second meter 40.5% TOC. In the three-meter thickness the smallest stocks TOC are registered, which is about 29.0%. The total sum of stores of organic carbon and nitrogen is distributed in the line: an active layer a protective layer permafrost.
Under the conditions of the boreal zone a high ratio of carbon to nitrogen contributes to weak mineralization and slow decomposition of organic material in the soil, which affects the enrichment (accumulation) of soil with nitrogen.
About the Authors
Andrey Gennadievich Shepelev
Melnikov Permafrost Institute SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Egor Vyacheslavovich Starostin
Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS
IREC BEST, North-Eastern Federal University
Russian Federation
Russian Federation
Aleksandr Nikolaevich Fedorov
Melnikov Permafrost Institute SB RAS
IREC BEST, North-Eastern Federal University
Russian Federation
Russian Federation
Trofim Khristoforovich Maximov
Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS
IREC BEST, North-Eastern Federal University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Grosse G. Vulnerability of high‐latitude soil organic carbon in North America to disturbance / G.Grosse, J.Harden, M.Turetsky // Journal of geophysical research. – 2011. – Vol. 116. – G00K06. – doi: 10. 1029/2010JG001507.
2. Hicks Pries C.E. Holocene carbon stocks and carbon accumulation rates altered in soils undergoing permafrost thaw / C.E Hicks Pries, E.A. Schuur, K.G. Crummer // Ecosystems. – 2012. – Vol. 15. – P. 162–173.
3. Bockheim J.G. Importance of cryoturbation in redistributing organic carbon in permafrostaffected soils // Soil Science Society of America. – 2007. – Vol. 71, № 1. – P. 1335–1342.
4. Kanevskiy M. Cryostratigraphy of late Pleistocene syngenetic permafrost (yedoma) in northern Alaska, Itkillik river exposure / Kanevskiy M., Shur Y., Fortier D. et al. // Quaternary research. – 2011. – Vol. 75. – P. 584–596.
5. Kuhry P. Upscaling soil organic carbon estimates for the Usa Basin (Northeast European Russia) using GIS-based landcover and soil classification schemes / Kuhry P., Mazhitova G.G., Forest P.A. et al. // Geografisk Tidsskrift-Danish Journal of geography. – 2002. – Vol. 102, № 1. – P. 11–25.
6. Hugelius G. High-resolution mapping of ecosystem carbon storage and potential effects of permafrost thaw in periglacial terrain, European Russian Arctic / Hugelius G. Virtanen T., Kaverin D. et al // Journal of geophysical research. – 2011. – Vol. 116. – G03024. – doi: 10. 1029/2010JG001606.
7. Matsuura Y. Carbon and nitrogen storage of mountain forest tundra soils in central and eastern Siberia / Y.Matsuura, A.P Abaimov, O.A Zyryanova et al. // Proceedings of the fifth symposium on the joint Siberian permafrost studies between Japan and Russia in 1996 / National Institute for Environmental Studies. – Tsukuba, 1997. – P. 95–99.
8. Мергелов Н.С. Процессы накопления органического вещества в минеральной толще мерзлотных почв приморских низменностей Восточной Сибири / Н.С. Мергелов, В.О. Таргульян // Почвоведение. – 2011. – № 3. – С. 275– 287.
9. Strauss J. Grain-size properties and organiccarbon stock of yedoma ice complex permafrost from the Kolyma lowland, northeastern Siberia / J.Strauss, L.Schirrmeister, S.Wetterich et al. // Global biogeochemical cycles. – 2012. – Vol. 26 – GB3003. – doi: 10. 1029/2011GB004104.
10. Честных О.В. Запасы органического углерода в почвах тундровых и лесотундровых экосистем / О.В. Честных, Д.Г. Замолодчиков, Д.В. Карелин // Экология. – 1999. – № 6. – С. 426–432.
11. Tarnocai C. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region / C.Tarnocai, J.G. Canadell ,E.A. Schuur et al. // Global biogeochemical cycles. – 2009. – Vol. 23. – GB2023. – doi: 10. 1029/2008GB003327.
12. Карелин Д.В. Запасы и продукция углерода в фитомассе тундровых и лесотундровых экосистем России / Д.В. Карелин, Д.Г. Замолодчиков, Т.Г. Гильманов // Лесоведение. – 1995. – № 5. – С. 29–36.
13. Ping C.L. Carbon stores and biogeochemical properties of soils under black spruce forest Alaska / C.L. Ping, G.J Michaleson, E.S Kane et al. // Soil Science Society of America. – 2010. – Vol. 74. – P. 969–978.
14. Запасы органического углерода в почвах России /Д.Г. Щепащенко, Л.В. Мухортова, А.З. Швиденко и др. // Почвоведение. – 2013. – № 2. – С. 123–132.
15. Десяткин Р.В. Почвообразование в термокарстовых котловинах-аласах криолитозоны. – Новосибирск: Наука, 2008. – 324 с.
16. Фракционно-групповой состав гумуса почв тундровой зоны Евразии / Л.А. Фоминых, Б.Н. Золотарева, А.Л. Холодов, Л.Т. Ширшова // Криосфера Земли. – 2009. – Т. XIII, № 2. – С. 44–54.
17. Содержание углерода в мерзлых отложениях Северо-Востока Якутии / Д.Г. Шмелев, Г.Н. Краев, А.А. Веремеева, Е.М. Ривкина // Криосфера Земли. – 2013. – T. XVII, № 3. – С. 50–59.
18. Anisimov O.A. Potential feedback of thawing permafrost to the global climate system through methane emission // Environ. Res. Lett. – 2007. – Vol. 2. – P. 7–15.
19. Соловьев П.А. Криолитозона северной части Лено-Амгинского междуречья. – М.: Изд-во АН СССР, 1959. – 143 с.
20. Мерзлотно-ландшафтная карта Якутской АССР. Масштаб 1:2 500 000 / под общ. ред. П. И. Мельникова. – М.: ГУГК, 1991. – 2 л.
21. Фёдоров А.Н. Реакция мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии на современные
22. изменения климата и антропогенные воздействия / А.Н. Фёдоров, П.Я. Константинов // География и природные ресурсы. – 2009. – № 2. – С. 56–62.
23. Строение и абсолютная геохронология аласных отложений Центральной Якутии / Е.М. Катасонов, М.С. Иванов, Г.Г. Пудов и др. – Новосибирск: Наука, 1979. – 95 с.
24. Почвенно-географическое районирование СССР: в связи с сельскохозяйственным использованием земель. – М.: 1962. – 422 с.
25. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. – М. : Агропромиздат, 1986. – 416 с.
26. Орлов Д.С. Химия почв. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. – 376 с.
27. Harden J. W. Field information links permafrost carbon to physical vulnerabilities of thawing / J.W. Harden, C.D. Koven, C.L. Ping et al. / Geophysical research letters. – 2012. – Vol. 39. – L15704. – doi: 10. 1029/2012GL051958.
28. Честных О.В. Общие запасы биологического углерода и азота в почвах лесного фонда России / О.В.Честных, Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин // Лесоведение. – 2004. – № 4. – С. 30–42.
29. Kuhry P. Characterisation of the permafrost carbon pool / P.Kuhry, G.Grosse, J.W. Harden et al. // Permafrost and periglacial processes. – 2013. – Vol. 24. – P. 146–155.
30. Schuur E.A.G. Climate change and the permafrost carbon feedback / E.A.G. Schuur, A.D. McGuire, C.Schadel et al. // Nature. – 2015. – Vol. 520. – P. 171–179.
31. Hugelius G. Estimated stocks of circumpolar permafrost carbon with quantified uncertainty ranges and identified data gaps / G.Hugelius, J.Strauss, S.Zubrzycki et al. // Biogeosciences. – 2014. – Vol. 11. – P. 6573–6593.
32. Козловская Л.С. Динамика органического вещества в процессе торфообразования / Л.С. Козловская, В.М. Медведева, Н.И. Пьявченко. – Л.: Изд-во Наука, 1978. – 176 с.
Review
For citations:
Shepelev A.G., Starostin E.V., Fedorov A.N., Maximov T.Kh. Preliminary Analysis of Stocks of Organic Carbon and Nitrogen in the Upper Part of the Ice Complex in Central Yakutia. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2016;21(2):35-42. (In Russ.)
Views:
15
Email this article 