Biological activity and seasonal changes of CO ₂ and CH ₄ in peat deposits of the eutrophic bog | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2015. № 3 (31) .

Biological activity and seasonal changes of CO ₂ and CH ₄ in peat deposits of the eutrophic bog

The activity of biochemical processes specifies the formation of gas conditions in peat bog deposits. At the same time, quantitative aspects of biological process in peat deposits are scantily explored. The aim of this research was to investigate the dynamics of biological activity and gas conditions in natural (points 1 and 3) and anthropogenic (p. 2, agrosilviculture) peat deposits of the eutrophic bog during the vegetation periods of 2008-2013. At the experimental points we investigated the dynamics of enzymatic activity (catalase, polyphenol oxidases and peroxidases) and with the use of fluorescence microscopy method the dynamics of the bog water levels, temperature, gas conditions and microorganisms biomass dynamics. We conducted the research in Tomsk region. We established that microorganisms were active throughout the depth of the eutrophic bog peat deposits. We found that amylolytic microorganisms dominated in natural and anthropogenic peat deposits. The content of ammonifiers increases with the depth in the second meter of deposits. Actinomycete mycelium was observed in both aerobic and anaerobic parts of peat deposits. Floccus was observed up to 2 m depth. Catalase activity was evenly distributed throughout the depth of peat deposits. This indicates the presence of oxidizing conditions throughout the profile pp. 1-3. The highest activity of catalase in extreme and average values was observed in p. 3 of natural peat deposit, where catalase activity was 2 times as much in the layer of 0-2 m, than in peat deposits of pp. 1 and 2. The highest activity of polyphenol oxidase was observed in the natural peat deposits p. 1. Besides polyphenol oxidase activity was equally high in both the upper one-metre-thick layer, and the layer of 2-3 m. Among the experimental points peat deposit p. 2 (variant with agrosilviculture) was characterized by the highest activity of peroxidase, while enzyme activity increased in 1.4 times. We determined that in some years the activity of polyphenol oxidase and peroxidase was evenly identical throughout the profile, without reference to weather conditions, bog water level, warming of peat deposit and man impact extent. The dynamics of enzymes in the profile of peat deposit indicates the absence of obligate anaerobic conditions in profile under the flooded surface. Our research showed that, under the flooded surface layer of peat deposit, micromosaic anaerobic-aerobic environment containing gas phase, including oxygen was formed. We revealed that accumulation of CH ₄ and CO ₂in natural and anthropogenic peat deposits occurred at the depth of 1-3 m. Among the experimental points active formation of CO ₂ was observed in natural peat deposit p. 1. Peak concentration of CH ₄ in the peat deposits was observed in May and September, CO ₂ - in the upper layer of deposit (0-25 cm) in May. Biochemical processes actively occur in both aerobic and anaerobic parts of peat deposits. The dynamics of biochemical processes depends on weather conditions of the year and months of the growing season.

Download file

Counter downloads: 497

Keywords

эвтрофное болото, ферменты, микроорганизмы, динамика, газовый режим, eutrophic bog, enzymes, microorganisms, dynamics, gas regime

Authors

Name	Organization	E-mail
Porokhina Ekaterina V.	Tomsk State Pedagogical University
Inisheva Lidia I.	Tomsk State Pedagogical University
Dyrin Vladimir A.	Tomsk State Pedagogical University

Всего: 3

References

Кобак К.И. Биотические компоненты глобального углеродного цикла. СПб. : Гидрометеоиздат, 1988. 246 с.

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. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула : Гриф и К°, 2001. 584 с.

Инишева Л.И., Березина Н.А. Возникновение и развитие процесса заболачивания на Западно-Сибирской равнине // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 366. С. 172-179.

Инишева Л.И., Головченко А.В., Бубина А.Б., Голубина О.А. Характеристика биохимических процессов в эвтрофных и мезотрофных болотах Сибири // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2009. Т. 89, № 11. С. 207212.

Указания по производству снегомерных наблюдений на гидрометеорологических станциях и постах. Л. : Гидрометеоиздат, 1965. 408 с.

Инишева Л.И., Голубина О.А. Болотообразовательный процесс. Проведение полевых исследований на болотных стационарах. Томск : Изд-во ТГПУ, 2010. 67 с.

Айлрих Б., Бернс С.Ж., Штайнман Ф. Происхождение и циркуляция СН4 и СО2 в торфянике // Сокращение эмиссии метана. Новосибирск, 2000. C. 233-239.

Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М. : МГУ, 1991. 303 с.

Инишева Л.И., Ивлева С.Н., Щербакова Т.А. Руководство по определению ферментативной активности торфяных почв и торфов. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2003. 122 с.

^рягша Л.А., Михайлоуская Н.А. Вызначэнне актыунасщ пол1фенолакидазы i пераккидазы у глебе // Весцы АН БССР Серыя сельскагаспадаргных навук. 1986. № 2. С. 40-41.

Савичева О.Г., Инишева Л.И. Биохимическая активность торфов разного ботанического состава // Химия растительного сырья. 2003. № 3. С. 41-50.

Инишева Л.И., Порохина Е.В., Аристархова В.Е., Боровкова А.Ф. Выработанные торфяные месторождения, их характеристика и функционирование. Томск : Изд-во ТГПУ, 2007. 225 с.

Михайловская Н.А., Миканова О. Взаимосвязь ферментативной активности с содержанием гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве // Вести Национальной Академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. 2008. № 4. С. 49-53.

Baldrian P. Microbial enzyme-catalyzed processes in soils and their analysis // Plant Soil Environment. 2009. Vol. 55. P. 370-378.

German D.P., Weintraub M.N., Grandy A.S., Lauber C.L., Rinkes Z.L., Allison S.D. Optimization of hydrolytic and oxidative enzyme methods for ecosystem studies // Soil Biology and Biochemistry. 2011.Vol. 43. P. 1387-1397.

Шайдак Л.В., Инишева Л.И., Мейснер Т., Гака В., Стила К. Активность энзимов в окислительно-восстановительных процессах на двух глубинах Таганского болота // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2011. № 8. С. 70-77.

Жданникова Е.Н. Микробиологическая характеристика торфяно-болотных почв Томской области // Заболоченные леса и болота Сибири. М. : Изд-во АН СССР, 1963. С. 170-182.

Загуральская Л.М. Микрофлора низинных болот Томской области / Кристаллоносные микроорганизмы и перспективы их использования в лесном хозяйстве. М. : Наука, 1967. С. 93-101.

Головченко А.В., Санникова Ю.В., Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г. Сапротрофный бактериальный комплекс верховых торфяников Западной Сибири // Микробиология. 2005. № 4. С. 545-551.

Инишева Л.И., Головченко А.В. Характеристика микробоценоза в торфяных залежах ландшафтного профиля олиготрофного торфогенеза // Сибирский экологический журнал. 2007. № 3. С. 363-373.

Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Кухаренко О.С., Якушев А.В., Семенова Т.А., Инишева Л.И. Структура микробных сообществ верховых и низинных торфяников Томской области // Почвоведение. 2012. № 3. С. 317-326.

Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Звягинцев Д.Г., Инишева Л.И., Кураков А.В., Смагин А.В., Зенова Г.М. и др. Функционирование микробных комплексов в верховых торфяниках. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2013. 128 с.

Звягинцев Д.Г., Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Зенова Г.М., Смагина М.В. Структура сапротрофного комплекса микроорганизмов в торфяниках // Микробиология. 1991. № 6. С. 155-164.

Гродницкая И.Д., Сорокин Н.Д. Почвенно-микробиологический мониторинг лесоболотных экосистем Западной Сибири // Почвоведение. 2004. № 8. С. 945-951.

Смагин А.В. Газовая функция почв. М. : Изд-во МГУ им. Ломоносова, 2005. 301 с.

Bridges E.M., Batjes N.H. Soil gaseous emissions and global climate change // Geography. 1996. Vol. 2. P. 155-169.

Tolonen K., Vasander H., Damman A.W., Clymo R.S. Preliminary estimates of long-term carbon accumulation and loss in the 25 boreal peatlands // Suo. 1993. Vol. 43, № 4-5. Р. 277-280.

Vitt D.H., Beilman D.V., Halsey L.A. Spatial and temporal trends in carbon storage of peatlands of continental western Canada through the Holocene // Canadian Journ. of Earth Science. 2000. Vol. 37. Р. 283-287.

Stephen J., Chapman S.J. Estimating carbon stocks in peatlands: the Scottish Experience // Proceedings of the 13th International Peat Congress. «After Wise Use - The Future of Peatlands» (8-13 June 2008, Tullamore, Ireland): Oral Presentations. Tullamore, Ireland. 2008. Vol. 1. P. 569-571.