Geochemical features of peat deposits of oligotrophic dog and carbon pools

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The relationship of carbon distribution in the peat deposit of an oligotrophic bog in combination with the physico-chemical parameters and mineral composition of peat was considered. Analysis of the peat deposit showed high water holding capacity at 0–0.5 m and 4.0–5.0 m depths. Carbon content in organic matter of mesotrophic and fen peat types with a decomposition degree of more than 30% was 59.5% (3.0–3.5 m) and 57.8% (5.0–5.5 m) respectively. The amount of humic acids was 18.1% in the mesotrophic part of the deposit (1.5–2.0 m) and decreased 2–4 times with increasing peat depth. High sorption exchange capacity of humic acids was revealed at the depth from 1.5 to 3.5 m. Scanning electron microscope micrographs were obtained, and the distribution of micro- and macroelements in peat was analyzed. The formation of organomineral layer at depths of 1.0–3.5 and 5.0–6.5 m was shown. The relationship between the amount of functional groups of humic acids and the distribution of Al, Si and Fe in peat by the depth of the peat deposit was obtained.

About the authors

E. V. Linkevich

Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

Е. N. Guljaeva

Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

О. L. Kuznetsov

Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

L. А. Ephimova

Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

V. М. Prokopyuk

Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: maltseva2@gmail.com

Department of Multidisciplinary Scientific Research

Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

References

  1. Аветов Н.А., Кузнецов О.Л., Шишконакова Е.А. Опыт использования классификации и диагностики почв России в систематике торфяных почв биогеоценозов олиготрофных болот северотаежной подзоны Западной Сибири // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, Почвоведение. 2019. № 4. С. 37–47.
  2. Баркан В.Ш., Лянгузова И.В. Эколого-геохимическая оценка содержания поллютантов в бугристых болотах Кольского полуострова // Почвоведение. 2018. № 12. С. 1464–1477. https://doi.org/10.1134/S0032180X1812002X
  3. Бахнов В.К. Биогеохимические аспекты болотообразовательного процесса. – 1986. 192 с.
  4. Василевич Р.С., Безносиков В.А. Влияние изменения климата в Голоцене на профильное распределение гумусовых веществ бугристых торфяников лесотундры // Почвоведение. 2017. № 11. С. 1312–1324. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090106
  5. Волкова Е.М., Бойкова О.И., Хлытин Н.В. Изменение химического состава растений-торфообразователей в процессе разложения на карстово-суффозионных болотах Среднерусской возвышенности // Хим. раст. сырья. 2020. № 1. С. 283–292. https://doi.org/10.14258/jcprm.2020015222
  6. Вомперский С.Э., Иванов А.И., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Глухова Т.В., Дубинин А.И., Глухов А.И., Маркелова Л.Г. Заболоченные органогенные почвы и болота России и запас углерода в их торфах // Почвоведение. 1994. № 12. С. 17–25.
  7. Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Тимофеева М.В., Сефилян А.Р. Оценка вклада корневого и микробного дыхания в общий поток СО2 из торфяных почв и подзолов севера Западной Сибири методом интеграции компонентов // Почвоведение. 2019. № 2. С. 234–245. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020059
  8. Демидов И.Н., Лукашов А.Д., Ильин В.А. Рельеф заповедника «Кивач» и история геологического развития Северо-Западного Прионежья в четвертичном периоде // Труды КарНЦ РАН. 2006. Вып. 10. С. 22–34.
  9. Елина Г.А., Кузнецов О.Л., Максимов А.И. Структурно-функциональная организация и динамика болотных экосистем Карелии. Л.: Наука, 1984. 128 с.
  10. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П. Гуминовые вещества болотных экосистем таежной зоны Западной Сибири // Почвы и окружающая среда. 2021. Т. 4. № 4. С. 50–63. https://doi.org/10.31251/pos.v4i4.159
  11. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А., Переседов В.Ф. Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Та, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи // Почвоведение. 2003. № 5. С. 557–567.
  12. Кац Н.Я. Классификация видов торфа и торфяных залежей. М., 1951. 68 с.
  13. Короткина М.Я. Ботанический анализ торфа // Методы исследования торфяных болот / Под ред. М.И. Нейштадт. М. 1939. С. 5–59.
  14. Кузнецов О.Л. Основные направления и результаты исследований карельской научной школы болотоведения // Тр. КарНЦ РАН. 2023. Вып. 3. С. 47–75.
  15. Кутенков С.А. Компьютерная программа для построения страти графических диаграмм состава торфа «Korpi» // Тр. Карельского НЦ РАН. 2013. № 6. С. 171–176.
  16. Линкевич Е.В., Гуляева Е.Н., Прокопюк В.М., Ефимова Л.А. Результаты суточных измерений потоков углекислого газа на олиготрофном болоте Южной Карелии // Тр. Кар. науч. ц-ра РАН. 2023. № 8. С. 13–19. https://doi.org/10.17076/eco1840
  17. Лиштван И.И., Король И.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1975. 320 с.
  18. Мальцев А.Е., Леонова Г.А., Бобров В.А., Кривоногов С.К. Геохимические особенности голоценового разреза сапропеля озера Минзелинское (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2014. Т. 325. № 1. С. 83–93.
  19. Мальцева Е.В., Филатов Д.А., Юдина Н.В., Чайковская О.Н. Роль модифицированных гуминовых кислот торфа в детоксикации тебуконазола // Хим. тв. топл. 2011. № 1. С. 65–70.
  20. Мальцева Е.В., Юдина Н.В., Ломовский О.И. Электровосстановление кислорода в присутствии гуминовых кислот // Журн. физ. хим. 2011. Т. 85. № 7. С. 1363–1367.
  21. Методы исследования болотных экосистем таежной зоны. Л.: Наука, 1991. 128 с.
  22. Переломов Л.В., Чилачава К.Б., Швыкин А.Ю., Атрощенко Ю.М. Влияние органических веществ гумуса на поглощение тяжелых металлов глинистыми минералами // Агрохимия. 2017. № 2. С. 89–96.
  23. Савичева О.Г., Инишева Л.И. Биохимическая активность торфов разного ботанического состава // Хим. раст. сырья. 2003. № 3. С. 41–50.
  24. Сысуев В.В. Процессы формирования и параметры ландшафтно-геохимического барьера низинного болота // Геохимия. 2021. Т. 66. № 7. С. 646–658. https://doi.org/10.31857/S0016752521060108
  25. Филимонова Л.В., Еловичева Я.К. Основные этапы развития лесов и болот в голоцене на территории заповедника «Кивач» // Болотные экосистемы европейского Севера. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1988. С. 94–109.
  26. Bourbonniere R.A. Review of Water Chemistry Research in Natural and Disturbed Peatlands // Canad. Water Res. J. 2009. 34(4). P. 393–414. https://doi.org/10.4296/cwrj3404393
  27. Fiałkiewicz-Kozieł B., Bao K., Smieja-Król B. Geographical drivers of geochemical and mineralogical evolution of Motianling peatland (Northeast China) exposed to different sources of rare earth elements and Pb, Nd, and Sr isotopes // Sci. Total Environment. 2022. V. 807. P. 150481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150481
  28. González A Z.I., Krachler M., Cheburkin A.K., Shotyk W. Spatial distribution of natural enrichments of arsenic, selenium, and uranium in a minerotrophic peatland, Gola di Lago, Canton Ticino, Switzerland // Environ. Sci. Technology. 2006. Т. 40. № 21. С. 6568–6574. https://doi.org/10.1021/es061080v
  29. Gorham E., Lehman C., Dyke A., Clymo D., Janssens J. Long-term carbon sequestration in North American peatlands // Quarter. Sci. Rev 2012. V. 58 P. 77–82. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2012.09.018
  30. Kiuru P., Palviainen M., Marchionne A., Gronholm T., Raivonen M., Kohl L. Pore network modeling as a new tool for determining gas diffusivity in peat // Biogeosciences. 2022. V. 19. № 21. P. 5041–5058. https://doi.org/10.5194/bg-19-5041-2022
  31. Kottek M., Grieser J., Beck C., Rudolf B., Rubel F. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated // Meteorologische Zeitschrift. 2006. V. 15. № 3. P. 259–263. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130
  32. Linn D.M., Doran J.W. Effect of water‐filled pore space on carbon dioxide and nitrous oxide production in tilled and nontilled soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1984. V. 48. № 6. P. 1267–1272. https://doi.org/10.2136/sssaj1984.03615995004800060013x
  33. McCarter C.P.R., Rezanezhad F., Quinton W.L., Gharedaghloo B., Lennartz B., Price J., Connon R., Van Cappellen P. Pore-scale controls on hydrological and geochemical processes in peat: Implications on interacting processes // Earth-scie Reviews. 2020. V. 207. P. 103227. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103227
  34. Savichev O.G., Mazurov A.K., Rudmin M.A., Shakhova N.E., Sergienko V.I., Semiletov I.P. Mechanisms of accumulation of chemical elements in a peat deposit in the eastern part of Vasyugan swamp (West Siberia) // Doklady Earth Sciences. 2019. V. 486. P. 568–570. https://doi.org/10.1134/S1028334X19050258
  35. Swift R.S. Methods of soil analysis // Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. Soil Sci. Soc. Am. Book Series: 5. Soil Sci. Soc. Am. Madison. WI, 1996. P. 1018–1020.
  36. Weber T.K.D., Iden S.C., Durner W. A pore-size classification for peat bogs derived from unsaturated hydraulic properties // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2017. V. 21. № 12. P. 6185–6200. https://doi.org/10.5194/hess-21-6185-2017

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram of the botanical composition of peat in the central part of the bog (well 3): the amount of plant remains (%) depending on the depth of the peat deposit and the stage of bog development. Stages (paleocommunities): I - lacustrine (sapropel deposits), II - eutrophic Phragmites australis - Warnstorfia sp., III - eutrophic Equisetum fluviatile - Sphagnum teres, IV - mesotrophic Pinus sylvestris - Equisetum fluviatile + Scheuchzeria palustris, V - mesotrophic Scheuchzeria palustris + Equisetum fluviatile + Eriophorum, VI - oligotrophic Eriophorum - Sphagnum angustifolium + S. divinum.

Download (256KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Change in moisture capacity (a) (1 – well 1, 2 – well 2, 3 – well 3, 4 – well 4) and the relationship between the C/N ratio and the degree of decomposition (b) (well 4) by the depth of the peat deposit.

Download (264KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of functional groups of humic acids in wells 3 and 4: (a) – R–ArOH fragments (pKa 10.4–10.7), r (E3well; E4well) = 0.79, p <0.01; (b) – R–Ar(Cn)–COOH fragments (pKa 7.6–7.9), r (E3well; E4well) = 0.46, p <0.1; (c) – R–Cn–COOH fragments (pKa 4.0–4.6), r (E3borehole; E4borehole) = 0.67, p < 0.05.

Download (314KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of chemical elements in dry matter by depth of the peat deposit of the Blizkoe bog using borehole 4 as an example.

Download (376KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Structural features of peat according to SEM data at different depths of the peat deposit (100 μm): (a) – 0–0.5 m; (b) – 1.0–3.5 m; (c) – 4.0–5.0 m; (d) – 5.0–6.5 m.

Download (631KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. External appearance of the sapropel layer and elemental distribution at a depth of 6.0–6.5 m: (a) – SEM photograph of sapropel with microcrystals (50 μm); (b) – chemical composition of sapropel based on energy-dispersive spectral analysis.

Download (288KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences