Углерод в экосистеме Zostera marina Linnaeus, 1753 на песчаных грунтах бухты Средняя (залив Петра Великого, Японское море) по данным полевых наблюдений
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Аннотация
Прибрежные экосистемы морских трав, в частности Zostera marina Linnaeus, 1753, способны накапливать органический углерод, фиксируя углекислый газ при фотосинтезе. При этом надземная биомасса морских трав считается краткосрочным хранилищем углерода, а донные отложения рассматриваются как его долговременное депо. Бόльшая часть исследований накопления органического вещества экосистемами морских трав проведена в районах с устойчивым осадконакоплением. Именно для таких акваторий показана важная роль этих экосистем в рамках концепции «голубого углерода». Однако в морях умеренных широт распространены прибрежные акватории с неустойчивым осадконакоплением и с преобладанием песчанистых отложений, для которых масштаб накопления углерода в экосистемах морских трав не очевиден. В данной работе определены биомасса и запас углерода в травостое и корнях зостеры, а также концентрация Cорг и запас углерода в верхних слоях донных осадков (толщиной 0,25 и 1 м) для типичных местообитаний вида в полуоткрытой бухте Средняя (залив Петра Великого, Японское море), где доминируют песчанистые отложения. На корни зостеры приходилось в 3–20 раз меньше биомассы, чем на травостой, причём разница возрастала от апреля к июлю в соответствии с сезонностью вегетации. Концентрации углерода в листьях и корнях Z. marina были близки (33,3 и 31,3 % сухого веса соответственно). В биотопах с проективным покрытием 50–80 % запас углерода в тканях зостеры составлял (96,8 ± 37,4) г C·м−2, в биотопах со 100%-ным покрытием он повышался до 253 г C·м−2. Концентрация углерода в донных отложениях бухты Средняя колебалась от 0,04 до 0,46 % и была пропорциональна доле алевритовых фракций. Под плотными зарослями Z. marina концентрация Cорг и доля алевритовых частиц в осадках были выше, чем под разреженными. Анализ вертикального распределения концентрации Cорг в пределах верхнего 15–35-см слоя песчаных осадков не выявил тренда изменения вниз по колонкам. Основным фактором, контролирующим концентрацию Cорг, был гранулометрический состав осадков, что предполагает слабую выраженность восстановительного диагенеза и влияние волнового перемешивания верхнего слоя песчаных отложений. По данным измерений объёмной плотности и концентрации Cорг в отложениях был рассчитан запас углерода для слоёв 0,25 и 1 м. Доля органического углерода в тканях морской травы не превышала трети от его количества в верхнем слое (0,25 м) подстилающих песчаных отложений. При пересчёте на слой толщиной 1 м вклад донных отложений в пул Cорг превышает 90 %. Обогащение органическим углеродом песчаных отложений под зарослями зостеры, по сравнению с песками близкого гранулометрического состава за пределами зарослей, предполагает существенную роль морских трав в накоплении углерода в акваториях с отсутствием устойчивого и интенсивного осадконакопления. Наиболее важным фактором, контролирующим запас углерода в экосистемах с Z. marina, является концентрация Cорг в подстилающих донных отложениях, зависящая прежде всего от их гранулометрического состава; при этом размах вариации запасов углерода в верхнем слое составляет порядок и более. Построены карты распределения зарослей зостеры в апреле и июле 2021 г. Рассчитаны абсолютные значения запаса углерода — как накопленного в биомассе Z. marina, так и депонированного в осадках, которые покрыты лугами. С использованием программы MaxEnt 3.4.4 выявлена потенциальная область распространения сообщества с доминированием зостеры. Результаты моделирования показали, что области с прогнозной вероятностью присутствия Z. marina более 0,5 занимают около трети общей площади бухты, из них на площади с вероятностью присутствия зостеры более 0,75 приходится 11,83 га. В период исследований поля Z. marina занимали > 70 % области с прогнозной вероятностью присутствия вида более 0,5. Показано, что при оценках вклада экосистем с морскими травами в баланс углерода, который аккумулируется в прибрежной зоне, необходимы дифференциация акваторий по режимам осадконакопления и типам донных отложений, создание баз данных, включающих сведения по концентрации и запасам углерода на единицу площади, а также информация о площадях распространения экосистем водной растительности.
Авторы
Библиографические ссылки
Арзамасцев И. С., Преображенский Б. В. Атлас подводных ландшафтов Японского моря. Москва : Наука, 1990. 222 с. [Arzamastsev I. S., Preobrazhensky B. V. Atlas podvodnykh landshaftov Yaponskogo morya. Moscow : Nauka, 1990, 222 p. (in Russ.)]
Жариков В. В., Базаров К. Ю., Егидарев Е. Г. Использование данных дистанционного зондирования при картографировании подводных ландшафтов бухты Средней (залив Петра Великого, Японское море) // География и природные ресурсы. 2017. № 2. С. 190–198. [Zharikov V. V., Bazarov K. Y., Egidarev E. G. Use of remotely sensed data in mapping underwater landscapes of Srednyaya Bay (Peter the Great Gulf, Sea of Japan). Geografiya i prirodnye resursy, 2017, no. 2, pp. 190–198. (in Russ.)]
Жариков В. В., Базаров К. Ю., Егидарев Е. Г., Лебедев А. М. Использование данных LANDSAT для картографирования высшей водной растительности Дальневосточного морского заповедника // Океанология. 2018. Т. 58, № 3. С. 521–531. [Zharikov V. V., Bazarov K. Y., Egidarev E. G., Lebedev A. M. Application of LANDSAT data for mapping higher aquatic vegetation of the Far East Marine Reserve. Okeanologiya, 2018, vol. 58, no. 3, pp. 521–531. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0030157418030164
Колпаков Н. В. Продукция макрофитов в эстуариях Приморья // Известия ТИНРО. 2013. Т. 174. С. 135–148. [Kolpakov N. V. Primary production of macrophytes in estuaries of Primorye. Izvestiya TINRO, 2013, vol. 174, pp. 135–148. (in Russ.)]
Короткий А. М., Худяков Г. И. Экзогенные геоморфологические системы морских побережий. Москва : Наука, 1990, 216 с. [Korotky A. M., Khudyakov G. I. Ekzogennye geomorfologicheskie sistemy morskikh poberezhii. Moscow : Nauka, 1990, 216 p. (in Russ.)]
Лазарюк А. Ю., Радовец А. В., Христофорова Н. К. Влияние тайфуна Майсак на экологическую ситуацию в материковых прибрежьях Дальневосточного морского заповедника в сентябре 2020 г. (Приморский край, Россия). Биота и среда природных территорий. 2021. № 4. С. 85–101. [Lazaryuk A. Yu., Radovets A. V., Khristoforova N. K. Environmental impact of typhoon Maysak on the mainland coast of the Far Eastern Marine Biosphere Reserve in September 2020 (Primorsky Krai, Russia). Biota i sreda prirodnykh territorii, 2021, no. 4, pp. 85–101. (in Russ.)]. https://doi.org/10.37102/2782-1978_2021_4_4
Маркевич А. И. Распределение рыб в прибрежных биотопах бухты Западной острова Фуругельма: изменения с 1991 по 1996 г. // Экологическое состояние и биота юго-западной части залива Петра Великого и устья реки Туманной. Владивосток : Дальнаука, 2002. Т. 3. С. 137–148. [Markevich A. I. Raspredelenie ryb v pribrezhnykh biotopakh bukhty Zapadnoi ostrova Furugel’ma: izmeneniya s 1991 po 1996 g. In: Ecological Condition and Biota of Southwest Part of the Peter the Great Bay and Mouth of the Tumannaya River. Vladivostok : Dal’nauka, 2002, vol. 3, pp. 137–148. (in Russ.)]
Мануйлов В. А. Структура донных ландшафтов береговой зоны залива Петра Великого // Донные ландшафты Японского моря : сборник научных трудов. Владивосток : ДВО АН СССР, 1987. С. 22–43. [Manuilov V. A. Struktura donnykh landshaftov beregovoi zony zaliva Petra Velikogo. In: Donnye landshafty Yaponskogo morya : sbornik nauchnykh trudov. Vladivostok : DVO AN SSSR, 1987, pp. 22–43. (in Russ.)]
Паймеева Л. Г. Распределение зарослей зостеры в заливе Петра Великого // Известия ТИНРО. 1973. Т. 87. С. 145–148. [Paimeyeva L. G. Distribution of Zostera stocks in the Bay of Peter the Great. Izvestiya TINRO, 1973, vol. 87, pp. 145–148. (in Russ.)]
Паймеева Л. Г. Распространение и запасы зостеры в Приморье от мыса Поворотного до мыса Белкина // Исследования по биологии рыб и промысловой океанографии. Владивосток : ТИНРО, 1979. Вып. 10. С. 149–154. [Paimeeva L. G. Rasprostranenie i zapasy zostery v Primor’e ot mysa Povorotnogo do mysa Belkina. In: Issledovaniya po biologii ryb i promyslovoi okeanografii. Vladivostok : TINRO, 1979, iss. 10, pp. 149–154. (in Russ.)]
Романкевич Е. А. Геохимия органического вещества в океане. Москва : Наука, 1977, 256 с. [Romankevich E. A. Geokhimiya organicheskogo veshchestva v okeane. Moscow : Nauka, 1977, 256 p. (in Russ.)]
Суханов В. В. Научная графика на компьютере. Владивосток : Дальнаука, 2005. 355 с. [Sukhanov V. V. Nauchnaya grafika na komp’yutere. Vladivostok : Dal’nauka, 2005, 355 p. (in Russ.)]
Тищенко П. Я., Шкирникова Е. М., Горячев В. А., Рюмина А. А., Сагалаев С. Г., Тищенко П. П., Уланова О. А., Тибенко Е. Ю. Депонированный органический углерод мелководных бухт залива Петра Великого (Японское море) // Геохимия. 2022. Т. 67, № 10. С. 1004–1012. [Tishchenko P. Ya., Shkirnikova E. M., Goryachev V. A., Ryumina A. A., Sagalaev S. G., Tishchenko P. P., Ulanova O. A., Tibenko E. Yu. Accumulated organic carbon in the sediments of shallow bights of the Peter the Great Bay, Sea of Japan. Geokhimiya, 2022, vol. 67, no. 10, pp. 1004–1012. (in Russ.)]. https://doi.org/10.31857/S0016752522100119
Bertelli C. M., Stokes H. J., Bull J. C., Unsworth R. K. F. The use of habitat suitability modelling for seagrass: A review. Frontiers in Marine Science, 2022, vol. 9, art. no. 997831 (8 p.). https://doi.org/10.3389/fmars.2022.997831
Bouillon S., Boschker H. T. S. Bacterial carbon sources in coastal sediments: A cross-system analysis based on stable isotope data of biomarkers. Biogeosciences, 2006, vol. 3, iss. 2, pp. 175–185. https://doi.org/10.5194/bg-3-175-2006
Bramante J. F., Ali S. M., Ziegler A. D., Sin T. M. Decadal biomass and area changes in a multi-species meadow in Singapore: Application of multi-resolution satellite imagery. Botanica Marina, 2018, vol. 61, iss. 3, pp. 289–304. https://doi.org/10.1515/bot-2017-0064
Dahl M., Deyanova D., Gütschow S., Asplund M. E., Lyimo L. D., Karamfilov V., Santos R., Björk M., Gullström M. Sediment properties as important predictors of carbon storage in Zostera marina meadows: A comparison of four European areas. PLoS ONE, 2016, vol. 11, iss. 12, art. no. e0167493 (21 p.). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167493
Duarte C. M., Middelburg J. J., Caraco N. Major role of marine vegetation on the oceanic carbon cycle. Biogeosciences, 2005, vol. 2, iss. 1, pp. 1–8. https://doi.org/10.5194/bg-2-1-2005
Elith J., Phillips S. J., Hastie T., Dudík M., Chee Y. E., Yates C. J. A statistical explanation of MaxEnt for ecologists. Diversity and Distributions, 2011, vol. 17, iss. 1, pp. 43–57. https://doi.org/10.1111/j.1472-4642.2010.00725.x
Fourqurean J. W., Duarte C. M., Kennedy H., Marbà N., Holmer M., Mateo M. A., Apostolaki E. T., Kendrick G. A., Krause-Jensen D., McGlathery K. J., Serrano O. Seagrass ecosystems as a globally significant carbon stock. Nature Geoscience, 2012, vol. 5, pp. 505–509. https://doi.org/10.1038/ngeo1477
Gullström M., Lyimo L. D., Dahl M., Samuelsson G. S., Eggertsen M., Anderberg E., Rasmusson L. M., Linderholm H. W., Knudby A., Bandeira S., Nordlund L. M., Björk M. Blue carbon storage in tropical seagrass meadows relates to carbonate stock dynamics, plant–sediment processes, and landscape context: Insights from the western Indian Ocean. Ecosystems, 2018, vol. 21, iss. 3, pp. 551–566. https://doi.org/10.1007/s10021-017-0170-8
Hammer Ø., Harper D. A. T., Ryan P. D. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica, 2001, vol. 4, iss. 1, art. no. 4 (9 p.).
Kennedy H., Beggins J., Duarte C. M., Fourqurean J. W., Holmer M., Marbà N., Middelburg J. J. Seagrass sediments as a global carbon sink: Isotopic constraints. Global Biogeochemical Cycles, 2010, vol. 24, iss. 4, art. no. GB4026 (8 p.). https://doi.org/10.1029/2010GB003848
Kennedy H., Pagès J. F., Lagomasino D., Arias-Ortiz A., Colarusso P., Fourqurean J. W., Githaiga M. N., Howard J. L., Krause-Jensen D., Kuwae T., Lavery P. S., Macreadie P. I., Marbà N., Masqué P., Mazarrasa I., Miyajima T., Serrano O., Duarte C. M. Species traits and geomorphic setting as drivers of global soil carbon stocks in seagrass meadows. Global Biogeochemical Cycles, 2022, vol. 36, iss. 10, art. no. e2022GB007481 (18 p.). https://doi.org/10.1029/2022GB007481
Kuwae T., Watanabe A., Yoshihara S., Suehiro F., Sugimura Y. Implementation of blue carbon offset crediting for seagrass meadows, macroalgal beds, and macroalgae farming in Japan. Marine Policy, 2022, vol. 138, art. no. 104996 (11 p.). https://doi.org/10.1016/j.marpol.2022.104996
Lafratta A., Serrano O., Masqué P., Mateo M. A., Fernandes M., Gaylard S., Lavery P. S. Challenges to select suitable habitats and demonstrate ‘additionality’ in Blue Carbon projects: A seagrass case study. Ocean & Coastal Management, 2020, vol. 197, art. no. 105295 (8 p.). https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2020.105295
Lei T., Wang D., Yu X., Ma S., Zhao W., Cui C., Meng J., Tao S., Guan D. Global iron and steel plant CO2 emissions and carbon-neutrality pathways. Nature, 2023, vol. 622, pp. 514–520. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06486-7
Marbà N., Arias-Ortiz A., Masqué P., Kendrick G. A., Mazarrasa I., Bastyan G. R., Garcia-Orellana J., Duarte C. M. Impact of seagrass loss and subsequent revegetation on carbon sequestration and stocks. Journal of Ecology, 2015, vol. 103, iss. 2, pp. 296–302. https://doi.org/10.1111/1365-2745.12370
Mazarrasa I., Marbà N., Garcia-Orellana J., Masqué P., Arias-Ortiz A., Duarte C. M. Effect of environmental factors (wave exposure and depth) and anthropogenic pressure in the C sink capacity of Posidonia oceanica meadows. Limnology and Oceanography, 2017, vol. 62, iss. 4, pp. 1436–1450. https://doi.org/10.1002/lno.10510
McKenzie L. J., Langlois L. A., Roelfsema C. M. Improving approaches to mapping seagrass within the Great Barrier Reef: From field to spaceborne Earth observation. Remote Sensing, 2022, vol. 14, iss. 11, art. no. 2604 (28 p.). https://doi.org/10.3390/rs14112604
McLeod E., Chmura G. L., Bouillon S., Salm R., Björk M., Duarte C. M., Lovelock C. E., Schlesinger W. H., Silliman B. R. A blueprint for blue carbon: Toward an improved understanding of the role of vegetated coastal habitats in sequestering CO2. Frontiers in Ecology and the Environment, 2011, vol. 9, iss. 10, pp. 552–560. https://doi.org/10.1890/110004
Miyajima T., Hori M., Hamaguchi M., Shimabukuro H., Yoshida G. Geophysical constraints for organic carbon sequestration capacity of Zostera marina seagrass meadows and surrounding habitats. Limnology and Oceanography, 2017, vol. 62, iss. 3, pp. 954–972. https://doi.org/10.1002/lno.10478
O’Brien J. M., Wong M. C., Stanley R. R. E. Fine-scale ensemble species distribution modeling of eelgrass (Zostera marina) to inform nearshore conservation planning and habitat management. Frontiers in Marine Science, 2022, vol. 9, art. no. 988858 (19 p.). https://doi.org/10.3389/fmars.2022.988858
Pham T. D., Xia J., Ha N. T., Bui D. T., Le N. N., Tekeuchi W. A review of remote sensing approaches for monitoring blue carbon ecosystems: Mangroves, seagrasses and salt marshes during 2010–2018. Sensors, 2019, vol. 19, iss. 8, art. no. 1933 (37 p.). https://doi.org/10.3390/s19081933
Phillips S. J., Anderson R. P., Schapire R. E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecological Modelling, 2006, vol. 190, iss. 3–4, pp. 231–259. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2005.03.026
Poursanidis D., Traganos D., Teixeira L., Shapiro A., Muaves L. Cloud-native seascape mapping of Mozambique’s Quirimbas National Park with Sentinel-2. Remote Sensing in Ecology and Conservation, 2021, vol. 7, iss. 2, pp. 275–291. https://doi.org/10.1002/rse2.187
Prentice C., Poppe K. L., Lutz M., Murray E., Stephens T. A., Spooner A., Hessing-Lewis M., Sanders-Smith R., Rybczyk J. M., Apple J., Short F. T., Gaeckle J., Helms A., Mattson C., Raymond W. W., Klinger T. A synthesis of blue carbon stocks, sources, and accumulation rates in eelgrass (Zostera marina) meadows in the Northeast Pacific. Global Biogeochemical Cycles, 2020, vol. 34, iss. 2, art. no. e2019GB006345 (16 p.). https://doi.org/10.1029/2019GB006345
Randazzo G., Italiano F., Micallef A., Tomasello A., Cassetti F. P., Zammit A., D’Amico S., Saliba O., Cascio M., Cavallaro F., Crupi A., Fontana M., Gregorio F., Lanza S., Colica E., Muzirafuti A. WebGIS implementation for dynamic mapping and visualization of coastal geospatial data: A case study of BESS project. Applied Sciences, 2021, vol. 11, iss. 17, art. no. 8233 (21 p.). https://doi.org/10.3390/app11178233
Röhr M. E., Holmer M., Baum J. K., Björk M., Boyer K., Chin D., Chalifour L., Cimon S., Cusson M., Dahl M., Deyanova D., Duffy J. E., Eklöf J. S., Geyer J. K., Griffin J. N., Gullström M., Hereu C. M., Hori M., Hovel K. A., Randall Hughes A., Jorgensen P., Kiriakopolos S., Moksnes P.-O., Nakaoka M., O’Connor M. I., Peterson B., Reiss K., Reynolds P. L., Rossi F., Ruesink J., Santos R., Stachowicz J. J., Tomas F., Lee K.-S., Unsworth R. K. F., Boström C. Blue carbon storage capacity of temperate eelgrass (Zostera marina) meadows. Global Biogeochemical Cycles, 2018, vol. 32, iss. 10, pp. 1457–1475. https://doi.org/10.1029/2018GB005941
Samper-Villarreal J., Lovelock C. E., Saunders M. I., Roelfsema C., Mumby P. J. Organic carbon in seagrass sediments is influenced by seagrass canopy complexity, turbidity, wave height, and water depth. Limnology and Oceanography, 2016, vol. 61, iss. 3, pp. 938–952. https://doi.org/10.1002/lno.10262
Trémolières M. Plant response strategies to stress and disturbance: The case of aquatic plants. Journal of Biosciences, 2004, vol. 29, pp. 461–470. https://doi.org/10.1007/BF02712119
Valle M., van Katwijk M. M., de Jong D. J., Bouma T. J., Schipper A. M., Chust G., Benito B. M., Garmendia J. M., Borja Á. Comparing the performance of species distribution models of Zostera marina: Implications for conservation. Journal of Sea Research, 2013, vol. 83, pp. 56–64. https://doi.org/10.1016/j.seares.2013.03.002
van Katwijk M. M., Bos A. R., de Jonge V. N., Hanssen L. S. A. M., Hermus D. C. R., de Jong D. J. Guidelines for seagrass restoration: Importance of habitat selection and donor population, spreading of risks, and ecosystem engineering effects. Marine Pollution Bulletin, 2009, vol. 58, iss. 2, pp. 179–188. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2008.09.028
