Краткосрочная динамика эмиссии СО₂ и содержания углерода в городских почвенных конструкциях степной зоны

Почвенные конструкции – важный компонент городской зеленой инфраструктуры, роль которого в балансе углерода городских экосистем остается недостаточно изученной. Динамика запасов углерода и эмиссии СО₂ почвенных конструкций зависит как от биоклиматических условий, так и от параметров конструирования – используемых субстратов, состава и мощности слоев. Исследования динамики запасов углерода и эмиссии СО₂ проводили на конструктоземах различного строения, созданных на базе “Экспериментального стационара по изучению почвенных конструкций” в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Стационар включает 15 автономных площадок, на которых представлены 5 различных вариантов почвенных конструкций, созданных на основе субстратов, традиционно используемых для задач озеленения и благоустройства в городах степной зоны. В качестве фоновой почвы изучали чернозем миграционно-сегрегационный (Haplic Chernozem), расположенный на плакорном участке в непосредственной близости от экспериментального стационара. Мониторинговые исследования в течение года (с сентября 2020 г. по ноябрь 2021 г.) позволили сопоставить сезонную динамику содержания органического и неорганического углерода и эмиссии СО₂ для различных вариантов почвенных конструкций по сравнению с фоном. Во всех конструкциях, созданных на основе гумусово-аккумулятивных горизонтов черноземов, отмечена высокая и заметная зависимость эмиссии СО₂ от температуры воздуха (при р < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.76, конструкции 3 – r = 0.82, конструкции 4 – r = 0.76, конструкции 5 – r = 0.49) и почвы (при p < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.58, конструкции 3 – r = 0.74, конструкции 4 – r = 0.75, конструкции 5 – r = 0.68). Определены запасы биомассы газонных трав, произрастающих на конструкциях, отмечена положительная корреляция эмиссии СО₂ и прироста наземной биомассы (для конструкции 2 умеренная корреляция (r = 0.48, p < 0.05), для конструкций 3 и 4 – заметная (r = 0.5, p < 0.05; r = 0.68, p < 0.05), а для конструкции 5 – высокая (r = 0.75, p < 0.05)). Изучена динамика запаса различных форм углерода в первый год функционирования конструкций. На основании сопоставления потоков и запасов углерода показано, что в условиях умеренно-континентального климата г. Ростова-на-Дону газонные экосистемы на ранних стадиях существования конструктоземов не могут считаться участками нетто-стока углерода.

Сonstructed Technosols are an important component of urban green infrastructure whose role in the carbon balance of urban ecosystems remains poorly understood. The dynamics of carbon stocks and CO₂ emissions of soil structures depend on both bioclimatic conditions and the parameters of the construction – the substrates used, the composition and thickness of the layers. The carbon stock dynamics and CO₂ emission were studied on constructozems of different composition established at the “Experimental Station for Study of Soil Constructs” in the Botanical Garden of the Southern Federal University (Rostov-on-Don). The station consists of 15 self-contained sites, which present 5 different variants of soil constructions created using substrates traditionally used for landscaping and beautification tasks in the cities of the steppe zone. The Haplic Chernozems, located on a placor plot in the vicinity of the Experimental Station, was studied as a background area. Monitoring studies over two seasons (from September 2020 to December 2022) allowed the seasonal dynamics of organic and inorganic carbon content and CO₂ emissions to be compared for the different soil design options in comparison with the background. In all constructions created on the basis of humus-accumulative horizons of chernozems, a marked dependence of CO₂ emission on air (at p < 0.05 for construction 2 r = 0.76, construction 3 – r = 0.82, construction 4 – r = 0.76, construction 5 – r = 0.49) and soil (at p < 0.05 for construction 2 r = 0.58, construction 3 – r = 0.74, construction 4 – r = 0.75, construction 5 – r = 0.68) and soil (at p < 0.05 for construction 2 r = 0.58, construction 3 – r = 0.74, construction 4 – r = 0.75, construction 5 – r = 0.68) was noted. The biomass stocks of lawn grasses growing on the constructions were determined, and a positive correlation between the CO₂ emission and the growth of the above–ground biomass (for construction 2 a moderate correlation (r = 0.48, p < 0.05), for constructions 3 and 4 a marked correlation (r = 0.5, p < 0.05; r = 0.68, p < 0.05), and for construction 5 a high correlation (r = 0.75, p < 0.05) was noted. The dynamics of the stock of various forms of carbon in the first year of operation of the structures were studied. Based on the comparison of carbon fluxes and stocks, it is shown that lawn ecosystems in the early stages of constructozem cannot be considered as net carbon stock sites in the temperate continental climate of Rostov-on-Don.