Soil carbon stock in forest ecosystems of the Tom-Yaya interfluve (Western Siberia) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2025. № 72. DOI: 10.17223/19988591/72/2

Soil carbon stock in forest ecosystems of the Tom-Yaya interfluve (Western Siberia)

In the context of climate instability and anthropogenic pressure, terrestrial ecosystems play a crucial role in maintaining biosphere stability by accumulating significant carbon stocks and providing numerous vital ecosystem services. The lowland dark coniferous forests of Western Siberia, located in the subtaiga zone, exhibit an insular distribution pattern, typically persisting in remote or protected areas. These forests are predominantly in various stages of successional restoration, a consequence of the increasing degradation rate of coniferous forests. Therefore, when assessing the forest carbon balance, it is essential to account for the high spatiotemporal heterogeneity of forest ecosystems. Forest soils are an integral component of boreal landscapes, playing a central role in the biogeochemical carbon cycle and containing up to 40% of the planet’s total carbon stocks. However, insufficient attention has been given to analyzing this issue. Accordingly, this study aims to assess the quantitative indicators of variability in carbon content and its reserves in Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic) of the dark coniferous forests of Western Siberia, located at the southern boundary of their distribution. District Forestry (Tomsk Oblast, Tomsk District, near the village of Arkashevo; 56.44° N, 85.26° E) (See Fig. 1). The area is located on the western slope of the Tom-Yaya interfluve and is a flat, gently dissected plain. The predominant parent material is loess-like loam underlain by clays. According to climate zoning, the Tom-Yaya interfluve is part of the Tom-Chulym climatic district. The climate is humid continental cyclonic, with moderately warm summers and snowy winters. The average temperature in July is 18.1°C, while in January it is -19.2°C. Precipitation is unevenly distributed throughout the year, ranging from 550 to 630 mm. The vegetation cover of the Tom-Yaya interfluve consists of a complex of plant communities that combine southern taiga and subtaiga. In the study area, 11 soil profiles were placed in different forest (See Table 1). The soils in the area are slightly frozen, which promotes high biological activity on the surface and rapid decomposition of leaf litter. Air-dried samples were analyzed for actual acidity, loss on ignition, total carbon content (CHNS-O, VELP Scientifica, Italy), and particle size distribution. Carbon stocks were calculated for the 0-20 cm, 0-50 cm, and 0-100 cm layers based on total carbon (TC) content and bulk density. The soil cover has common morphological features and soil profile structures. The humus profile is extended in the form of a series of transitional horizons. The thickness of the humus horizons ranges from 20-45 cm, depending on the sampling location. Based on particle size distribution, the soils are classified as middle loamy soils and, less often as silty clay (See Fig. 1). The silt fraction predominates in all soil profiles (42-74%), which is typical of soils formed on loess-like deposits. The pH of the soil in the upper horizons is slightly acidic. The pH values gradually increase to pH = 6-6.8 towards the illuvial horizons and parent material. In the presence of carbonates or signs of residual carbonate content (P3, P8, P9, P11), the pH shifts to alkaline, ranging from 7.1 to 8.2. The soils are characterized by a pronounced accumulation of organic matter in the humus-accumulative horizons. In the upper 10 cm, the TC content reaches 5-9%, while in the illuvial horizons, it drops to 0.3-1%. Compared to all other soils, the upper humus horizon in the Luvic Retic Stagnic Greyzemic Phaeozems (Loamic) under the tall-forb aspen forest has the lowest TC values (2.4-4.8%) (See Fig. 3). In turn, the highest carbon stocks are observed in soils under small-forb Siberian stone pine forest (127.87 ± 30.46 t/ha in a 30-cm layer) (See Fig. 4). The soil under the tall-forb aspen forest is characterized by the smallest reserves of total carbon (87.38 t/ha in a 30-cm layer), which is primarily due to the higher rate of biological turnover and increased mineralization of organic matter annually entering the soil surface. The heterogeneity of the species and age structure of the forest ecosystem stand, as well as the overall microclimatic differences in habitat conditions, are reflected in the activity of the humus-accumulative process, which in turn affects the variation in the content and soil carbon stocks. The study revealed the heterogeneity of carbon spatial distribution and established that its content depends on the composition of the plant community, which must be considered when monitoring carbon balance processes. The article contains 5 Figures, 1 Table, 48 References. The Authors declare no conflict of interest.

Download file
Counter downloads: 10

Keywords

dark coniferous forests, forest diversity, Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic), organic carbon

Authors

NameOrganizationE-mail
Raudina Tatiana V.Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the SB RAS; National Research Tomsk State Universitytanya_raud@mail.ru
Kopysov Sergey G.Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the SB RAS; National Research Tomsk State Universitykas.sgs@mail.ru
Chernova Natalia A.Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the SB RAS; National Research Tomsk State Universitynaitina79@mail.ru
Krupin Aleksandr M.Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the SB RASkrupinam@rambler.ru
Всего: 4

References

Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М. : Наука, 1996. 256 с.
Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н. Почвы припоселковых кедровников // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2013. № 2 (22). С. 7-22.
Артемьева З.С. Органическое вешество и гранулометрическая система почвы. М. : ГЕОС, 2010. 240 с.
Дюкарев А.Г. Ландшафтно-динамические аспекты таежного почвообразования в Западной Сибири. Томск : Изд-во НТЛ, 2005. 283 с.
ГОСТ 5180-2015. Методу: лабораторного определения физических характеристик. М. : Стандартинформ, 2016. 23 с.
ГОСТ 17.4.3.01-2017. Охрана природы. Почвы. Обшце требования к отбору проб. М. : Стандартинформ, 2018. 3 с.
Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л.А. Воробьевой. М. : ГЕОС, 2006. 400 с.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.
IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources.International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th ed. Vienna, Austria : International Union of Soil Sciences (IUSS), 2022. 234 p.
Шеин Е.В. Гранулометрический состав почв: проблема: методов исследования, интерпретации результатов и классификаций // Почвоведение. 2009. № 3. С. 309-317.
Гаджиев И.М. Эволюция почв южной тайги Западной Сибири. Новосибирск : Наука, Сиб. отд., 1982. 278 с.
Коломеец Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность : атлас-монография. М. : Наука, 2005. 390 с.
Ильина И.С., Лапшина Е.И., Лавренко Н.Н. Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск : Наука. Сиб. отд., 1985. 250 с.
Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н., Лапшина Е.Д., Березин А.Е., Льготин В.А., Мульдияров Е.Я. Природно-ресурсное районирование Томской области. Томск : Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, 1997. 40 с.
Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 18.08.2014 № 367 «Об утверждении Перечня лесорастительных зон Российской Федерации и Перечня лесных районов Российской Федерации». М. : Минприроды: РФ, 2014.
Добровольский Г.В., Урусевская И.С., Алябина И.О. Карта почвенно-географического районирования России масштаба 1:15 000 000 // Доклады по экологическому почвоведению. 2008. Вып. 8, № 2. С. 1-18.
Петров А.И., Евсеева Н.С., Каширо М.А. Динамика характеристик снежного покрова в ландшафтах Томь-Яйского междуречья // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 371. С. 183-188.
Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н., Дюкарев Е.А. Температурный режим глубокооподзоленных почв Томь-Яйского междуречья // Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв : материалы науч. конф., Томск. Екатеринбург, 2011. С. 35-38.
Дюкарев А.Г., Климова Н.В., Копысов С.Г., Никифоров А.Н., Чернова Н.А. Сукцессионная динамика почв и напочвенного покрова в темнохвойных лесах на юге таёжной зоны Западной Сибири // Почвы и окружающая среда. 2023. С. 757-761. doi: 10.31251/conf1-2023.
Рыжова И.М., Подвезенная М.А., Телеснина В.М., Богатырев Л.Г., Семенюк О.В. Оценка запасов углерода и потенциала продуцирования СО2 почвами хвойно-широколиственных лесов // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1143-1154. doi: 10.31857/ S0032180X23600713.
Сорокин А.С., Телеснина В.М., Подвезенная М.А., Мешалкина Ю.Л., Манакова О.И., Самсонова В.П., Кондрашкина М.И., Дядькина С.Е., Чекин М.Р., Ильичев И.А., Кулачкова С.А., Филиппова О.И. Оценка основных пулов углерода в смешанных лесах Московской области // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2025. Т. 80, № 3. С. 30-41. doi: 10.55959/MSU0137-0944-17-2025-80-3-30-41.
Копцик Г.Н., Копцик С.В., Куприянова Ю.В., Кадулин М.С., Смирнова И.Е. Оценка запасов углерода в почвах лесных экосистем как основа мониторинга климатически активных веществ // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1686-1702.
Кузнецова А.И. Влияние растительности на запасы почвенного углерода в лесах (обзор) // Вопросы лесной науки. 2021. № 4. С. 1-54. doi: 10.15372/SJFS20240303.
Подвезенная М.А., Рыжова И.М. Зависимость вариабельности запасов углерода в почве от пространственной структуры растительного покрова лесных биогеоценозов // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2010. № 4. C. 3-9.
Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И., Коровин Г.Н. Распределение запасов органического углерода в почвах лесов России // Лесоведение. 1999. № 2. С. 13-21.
Чернова О.В., Рыжова И.М., Подвезенная М.А. Оценка запасов органического углерода лесных почв в региональном масштабе // Почвоведение. 2020. № 3. С. 340350. doi: 10.31857/S0032180X20030028.
Честных О.В., Грабовский В.И., Замолодчиков Д.Г. Оценка запасов почвенного углерода лесных районов России с использованием баз данных почвенных характеристик // Лесоведение. 2022. № 3. С. 227-238. doi: 10.31857/S0024114822030056.
Щепащенко Д.Г., Мухортова Л.В., Швиденко А.З., Ведрова Э.Ф. Запасы органического углерода в почвах России // Почвоведение. 2013. № 2. С. 123-132. doi: 10. 7868/S0032180X13020123.
Scharlemann J.P., Tanner E.V., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Manag. 2014. Vol. 5. PP. 8191. doi: 10.4155/cmt.13.77.
Pan Y., Birdsey R.A., Fang J. et al. A large and persistent carbon sink in the World’s forests // Science. 2011. Vol. 333. PP. 988-993. doi: 10.1126/science.1201609.
Bradshaw C.J.A., Warkentin I.G. Global estimates of boreal forest carbon stocks and flux // Glob. Planet. Chang. 2015. Vol. 128. PP. 24-30. doi: 10.1016/j.gloplacha.2015.02.004.
Дюкарев А.Г., Копысов С.Г., Кривец С.А., Пац Е.Н., Чернова Н.А. Опыт и первые результаты комплексных биогеоценологических исследований в темнохвойных лесах юга таежной зоны Западной Сибири // Сибирский лесной журнал. 2024. № 3. С. 11-24. doi: 10.15372/SJFS20240303.
Kerchev I.A., Bisirova E.M., Smirnov N.A., Grachev I.G., Nikiforov A.N., Kalashnikova D.A. Effects of an invasive bark beetle Polygraphus proximus Blandf. Outbreak on carbon pool dynamics in West Siberian dark coniferous forests // Forests. 2024. Vol. 15 (3). 524. doi: 10.3390/f15030542.
Demidko D.A., Kerchev I.A., Bisirova E.M., Kulakov S.S., Smirnov N.A., Chernova N.A. Factors contributing to the outbreaks of small spruce bark beetle ips amitinus (Eichhoff) (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) in Siberian stone pine forests of the West Siberian plain // Russian Journal of Biological Invasions. 2025. Vol. 16, № 2. PP. 193-213. doi: 10.1134/S2075111725700031.
Kirpotin S.N., Peregon A.M., Byzaakay A.A. et al. Impacts of environmental change on biodiversity and vegetation dynamics in Siberia // Ambio. 2021. Vol. 50, № 11. PP. 1926-1952. doi: 10.1007/s13280-021-01570-6.
Лащинский Н.Н., Писаренко О.Ю. Темнохвойные леса Западно-Сибирской равнины на южном пределе распространения // Растительность России. 2016. № 28. С. 89-107.
Friedlingstein P., O'sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M. et al. Global carbon budget 2020 // Earth System Science Data. 2020. Vol. 20, № 4. PP. 3269-3340. doi: 10.5194/ essd-12-3269-2020.
Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Общие запасы биологического углерода и азота в почвах лесного фонда России // Лесоведение. 2004. № 4. С. 30-42.
Подвезенная М.А., Рыжова И.М. Изменчивость содержания и запасов углерода в почвах лесных биогеоценозов южной тайги // Лесоведение. 2011. № 1. С. 52-60.
Аккумуляция углерода в лесных почвах и сукцессионный статус лесов / под ред. Н.В. Лукиной. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2018. 232 с.
Углерод в экосистемах лесов и болот России / под ред. В.А. Алексеева, Р.А. Бердси. Красноярск : ТОО ЭКОС, 1994. 224 с.
Filipchuk A., Moiseev B., Malysheva N., Strakhov V.Russian forests: A new approach to the assessment of carbon stocks and sequestration capacity // Environmental Development. 2018. PP. 68-75. doi: 10.1016/j.envdev.2018.03.002.
Замолодчиков Д.Г., Грабовский Д.И., Курц В.А. Управление балансом углерода лесов России: прошлое, настоящее и будущее // Устойчивое лесопользование. 2014. № 2 (39). С. 23-31.
Ваганов Е.А., Ведрова Э.Ф., Верховец С.В., Ефремов С.П., Ефремова Т.Т., Круглов В.Б., Онучин А.А., Сухинин А.И., Шибистова О.Б. Леса и болота Сибири в глобальном цикле углерода // Сибирский экологический журнал. 2005. Т. 12, № 4. С. 631-650.
Сергиенко В.Г. Влияние ожидаемого изменения климата на баланс углерода и продуктивность экосистем в лесном секторе Российской Федерации // Трудяг Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2018. № 1. С. 74-90. doi: 10.21178/2079-6080.2018.1.74.
Dyukarev A.G., Klimova N.V., Nikiforov A.N., Chernova N.A., Kopysov S.G. Resilience of forest ecosystems to climate change // Contemporary Problems of Ecology. 2022. Vol. 29, № 3. PP. 304-314. doi: 10.15372/SEJ20220305.
Лукина Н.В., Гераськина А.П., Горнов А.В., Шевченко Н.Е., Куприн А.В., Чернов Т.И., Чумаченко С.И., Шанин В.Н., Кузнецова А.И., Тебенькова Д.Н., Горнова М.В. Биоразнообразие и климаторегулирующие функции лесов: актуальные вопросы и перспективы исследований // Вопросы лесной науки. 2020. № 4. С. 1-90. doi: 10.31509/2658-607x-2020-3-4-1-90.
 Soil carbon stock in forest ecosystems of the Tom-Yaya interfluve (Western Siberia) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2025. №  72. DOI: 10.17223/19988591/72/2

Soil carbon stock in forest ecosystems of the Tom-Yaya interfluve (Western Siberia) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2025. № 72. DOI: 10.17223/19988591/72/2

Download full-text version
Counter downloads: 21