Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow ЛЕСОВОДСТВО. ИСКУССТВЕННОЕ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ДЕПОНИРОВАНИЕ УГЛЕРОДА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ КУЛЬТУР СОСНЫ

Структура углеродного пула в культурах сосны

Роль леса как составной части биосферы непрерывно увеличивается. Причинами являются изменение климата и содержания углерода в атмосфере, загрязнение атмосферы, чрезмерная лесоэксплуатация. Особую значимость приобретают экологические функции леса. Возрастает его роль в углеродном балансе атмосферы (Сеннов, 2001).

В конце XX в. возросло внимание к оценке функциональной роли лесов, в первую очередь с биосферных позиций, если рассматривать лесной покров как непрерывно действующий живой механизм по утилизации С02 атмосферы. Актуальность исследований углеродного цикла лесов России напрямую связана с проблемой глобальных изменений климата и парникового эффекта. От концентрации углекислого газа в атмосфере зависит климат Земли. Станциями глобального мониторинга установлено увеличение количества углекислого газа в атмосфере с более или менее постоянной скоростью — около 0,1 % в год (Сеннов, 1998). Согласно докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Изменения климата, 2002), за последние 100 лет средняя температура земной поверхности повысилась на 0,6 °С, а концентрация углекислого газа на 90 ррт (т. е. 30 %).

В связи с возникшей в последние годы проблемой выброса в атмосферу большого количества парниковых газов (углекислый газ, метан и др.), лесные экосистемы стали рассматриваться в совершенно новом для них аспекте. Сохранение и разведение лесов является одним из способов связывания (депонирования) атмосферного углерода, позволяющего хотя бы отчасти сбалансировать мощные выбросы углекислого газа в атмосферу при сжигании природного топлива. Поскольку боре- альные леса отличаются наиболее медленной скоростью перемещения углерода на этапе от фотосинтеза до освобождения С02 при конечном разложении растительных остатков, то лесному покрову умеренных и северных широт отводится решающая роль в ослаблении парникового эффекта в атмосфере. Поэтому объяснимо и большое внимание к проблеме углеродного цикла лесов, т. е. к определению пулов (запасов) живого органического вещества и растительных остатков, потоков углерода в экосистемах, с главной задачей — оценки на национальных уровнях утилизации атмосферного С02 согласно Киотскому протоколу.

Углекислый газ атмосферы, в том числе и антропогенного происхождения, включается в планетарные биогеохимические и физико-химические циклы. Как суша, так и океан в годовом исчислении являются стоками атмосферного С02, компенсируя около 50 % от его антропогенных эмиссий. На суше ведущая роль принадлежит зоне севернее 30° с.ш., т. е. тундрам и лесам умеренного пояса. Однако разброс существующих в настоящее время оценок вклада этих экосистем в глобальный баланс углерода очень велик.

Достаточная обоснованность проблемы изменения климата признана на межгосударственном уровне, выразившись в заключении Рамочной конвенции ООН об изменении климата (1992) и Киотского протокола (1997) к ней. Хотя основной сферой деятельности, регулируемой Киотским протоколом, в первую очередь и являются промышленные эмиссии парниковых газов, но он также касается и изменений источников и стоков парниковых газов в лесном секторе, являющихся прямым результатом деятельности человека, например лесопользования, лесовосстановления и т. д. Каждая сторона, участвующая в Киотском процессе, должна представлять поддающиеся верификации сведения по углеродной оценке этих видов деятельности.

Протокол обязывает мировое сообщество разработать стратегию компенсации промышленных выбросов биологической фиксацией атмосферного углерода как основного биогена планеты и стимулирует первый шаг человечества в познании глобального углеродного цикла. Ратификация протокола 160 странами мира продиктована стремлением предотвратить глобальную экологическую катастрофу, и «весь смысл Киотского протокола... в стимулировании политики ресурсосбережения, в том, чтобы богатые потребители природных благ сполна платили за них, а не осуществляли их присвоение на сверхльготных началах в ущерб всем тем, кто не успел к ресурсному пиршеству» (Данилов-Данильян, 2006).

Однако вследствие чрезвычайной нехватки информации о фактических запасах фитомассы лесов во всем их многообразии, некорректных экстраполяции и несовершенства применяемых методик точность имеющихся оценок депонируемого в лесной фитомассе углерода совершенно неприемлема для целей прогнозирования глобальной экологической ситуации (Усольцев, Залесов, 2005). Как в 1960-е гг. эти оценки на планетарном уровне различались на порядок, варьируя в пределах от 4 (Muller, 1960) до 41 Гт (Deevey, 1960), так и спустя 30 лет, снизившись по общему уровню вчетверо, они, тем не менее, сохранили десятикратный перепад — от 1 (Krauchi, 1993) до 10 Гт (Global..., 1991).

Поэтому не удивительно, что роль лесных экосистем в глобальных биосферных циклах разными исследователями оценивалась с точностью до наоборот: от отрицательной (Woodwell et at, 1978) до положительной (Кобак и др., 1980).

На состоявшейся в Праге в июне 2004 г. конференции представителей европейских стран, подписавших протокол Киото, посвященной совершенствованию методов инвентаризации парниковых газов, все доказывали положительный вклад лесов своих стран в углеродный баланс при очевидной нарушенное™ их природных ландшафтов и неопределенностях методического характера, в частности, применении экспертных оценок (а не корректных количественных методов) при расчетах углеродного цикла лесных экосистем. В итоге эти оценки для одного и того же объекта инвентаризации С02, полученные по разным методикам, никак между собой не связаны, т. е. представляют случайную величину (Schoene, 2002).

После ратификации Россией протокола Киото в октябре 2004 г. для нашей страны открываются новые перспективы в оценке биосферной роли национальных лесов. Для России, располагающей 22 % площади планетарных лесов, оценка углерододепонирующей роли лесного покрова особенно актуальна (Усольцев, Залесов, 2005). Это может обеспечить высокие экологические и экономические выгоды, поскольку удельные затраты на сокращение 1 т выбросов С02 в России на два порядка ниже, чем в США и Японии (Ануфриев, 2004). С другой стороны, на Россию приходится 70 % девственных лесов северного полушария, и именно девственные леса России (а не сильва-культура, т. е. искусственные леса, которыми покрыта вся Западная Европа) представляют собой ценность, превышающую ценность российских минерально-сырьевых ресурсов (Кондратьев и др., 2002).

Роль лесов, как отмечает В. А. Усольцев (2001), в глобальном углеродном балансе сегодня является экологической загадкой, суть которой состоит в противоречии между результатами прямых измерений и косвенных (модельных) расчетов потоков углерода. Автор исходит из того, что сегодня пока невозможна корректная оценка глобального углеродного бюджета и роли в нем лесного покрова, но это не означает, что исследования в этом направлении бесперспективны. Самой актуальной и вполне осуществимой задачей является оценка фактических запасов фитомассы лесов, содержащих около 80 % углерода всего растительного покрова планеты. Поэтому столь значима задача формирования банка данных о фитомассе лесов, под которым В. А. Усольцев (1998) понимает комплекс исследований, обеспечивающих создание многоцелевой системы информации о фитомассе лесов, упорядоченной в виде структурных сводок и эмпирических моделей для решения экологических и хозяйственных задач разного уровня.

Изучение глобальных изменений требует рассмотрения глобального цикла углерода и вклада лесов в этот процесс, что, в свою очередь, приводит к изучению отдельных элементов биологической продуктивности лесов. База данных структуры фитомассы призвана аккумулировать опубликованные данные в этой области в единой структуре и доступной для анализа форме, а также должна быть ориентирована на конкретные цели исследований (Щепащенко, Швиденко, Лакида, 2005).

Базы данных о фактической биопродуктивности насаждений (Уткин и др., 1994; Усольцев, 2007 и др.) являются одним из необходимых связующих звеньев между процедурами получения данных о биопродуктивности наземных экосистем и их экстраполяции на те или иные территории в целях картирования и расчета углерододепонирующей способности. Вторым таким связующим звеном можно считать базы данных Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) и сельскохозяйственных угодий, которые дают возможность корректно экстраполировать фактические данные о биопродуктивности растительности на наземные территории (Усольцев, 2007).

В. А. Усольцев (2007) отмечает, что прогресс в точности оценок запасов углерода может быть обеспечен в первую очередь путем создания базы данных о «живой» фитомассе лесных экосистем (связанной с приходной частью углеродного цикла) и запасах углерода в детритах и почвах (связанных с расходной частью цикла), которая бы достаточно полно характеризовала лесные экосистемы каждой древесной породы в максимальных эдафических и климатических диапазонах.

Выявление запасов углерода в растительности лесных экосистем, как отмечают В. А. Алексеев и Р. А. Бердси (1994), есть не что иное, как выявление запасов их фитомассы.

В результате проведенных нами полевых исследований получены пофракционные запасы фитомассы древесного яруса культур сосны в южной подзоне тайги. Размеры аккумуляции углерода в надземной части культур сосны рассчитывали по запасам фракций фитомассы исходя из того, что в 1 кг абсолютно сухой массы сухих сучьев, ветвей, коры и древесины содержится 0,5 кг углерода, а в 1 кг абсолютно сухой массы древесной зелени — 0,45 кг (Кобак, 1988; Исаев и др., 1993; Алексеев, Бердси, 1994). Содержание сухого вещества в сухих сучьях, ветвях, древесной зелени, коре и древесине принимали в среднем 87, 49, 47, 51 и 52 % соответственно (Усольцев, Нагимов, 1988; Бабич и др., 2004). Вычисленная величина депонирования углерода фракциями фитомассы в культурах сосны приведена в табл. 13.1.

Количественные показатели депонирования углерода не одинаковы в разных типах условий местопроизрастания культур сосны, кроме того, они изменяются с возрастом (табл. 13.1). Посевы сосны в лишайниковом типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги к 60-летнему возрасту накапливают около 47 т/га углерода, в брусничном — около 97 т/га. Сосняки черничные искусственного происхождения к 40 годам аккумулируют на 24 т/га больше углерода по сравнению с сосняками брусничными и на 54 т/га по сравнению с сосняками в лишайниковом типе условий местопроизрастания того же возраста.

Таблица 13.1

Депонирование углерода фракциями фитомассы в посевах сосны по типам леса, т/га

Возраст, лет

Диаметр, см

Высота, м

Запас стволовой древесины, м3/га

Углерод по фракциям фитомассы

сухие

сучья

ветви

древесная

зелень

кора

древесина

ИТОГО

С. лишайниковый

10

1,9

8

0,06

0,28

0,85

0,25

1,57

3,01

20

2,9

3,4

13

0,24

0,61

1,54

0,70

2,91

6,00

30

4,2

4,8

24

0,57

0,97

2,17

1,28

5,41

10,40

40

5,5

6,1

42

1,04

1,35

2,77

1,97

10,05

17,18

50

6,8

7,3

74

1,66

1,73

3,35

2,76

18,67

28,17

60

8,0

8,5

135

2,44

2,14

3,91

3,62

34,69

46,80

С. брусничный

10

1,1

7

0,04

0,29

0,44

0,04

1,42

2,23

20

4,7

5,7

32

1,05

1,27

2,58

1,99

6,81

13,70

30

6,5

9,1

78

1,91

2,84

3,82

3,17

17,02

28,76

40

8,3

11,6

145

2,41

3,34

4,44

4,02

32,60

46,81

50

9,9

13,4

235

2,28

3,04

4,70

4,67

53,96

68,65

60

11,5

14,7

348

1,31

4,11

4,89

5,20

81,45

96,96

С. черничный

20

5,3

6,1

65

0,76

2,72

3,32

2,11

13,90

22,81

30

10,1

11,3

133

3,22

4,10

4,39

3,43

30,65

45,79

40

12,6

14,9

220

1,62

5,48

5,37

4,84

53,72

71,03

Подобная таблица составлена М. А. Карасевой (2002) при оценке углерододепонирующих функций искусственных фитоценозов лиственницы сибирской в Среднем Поволжье. Автор отмечает, что основные запасы углерода лесных экосистем сосредоточены в надземной фитомассе, где определяющее значение имеет масса стволовой древесины, количество которой с возрастом у лиственничных фитоценозов, произрастающих в Среднем Поволжье, увеличивается до 80 % от всей надземной фитомассы.

Структура углеродного пула, аккумулированного фракциями фитомассы, изученных нами культур сосны в разных типах условий местопроизрастания южной подзоны тайги, представлена на рис. 13.1—13.3. В посевах сосны всех возрастов и типов леса наибольшая доля депонирования углерода приходится на древесину ствола — 53...85 %. С возрастом доля углерода, депонированного этой фракцией древесного яруса культур сосны, увеличивается. Например, в 10-летнем сосняке лишайниковом (рис. 13.1) доля углерода древесины ствола составляет 53 % от общих запасов углерода, а в 60-летнем — 74 %. Подобная закономерность наблюдается и в посевах сосны других типов леса.

Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 10-летних (а) и 60-летних (б) посевах сосны лишайникового типа условий местопроизрастания

Рис. 13.1. Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 10-летних (а) и 60-летних (б) посевах сосны лишайникового типа условий местопроизрастания

В культурах сосны I—III классов возраста второй по величине депонирования углерода фракцией является древесная зелень. Доля депонирования углерода древесной зеленью уменьшается с увеличением возраста культур сосны. Например, на древесную зелень 10-летних посевов сосны в брусничном типе условий местопроизрастания (рис. 13.2) приходится 20 % от всего аккумулированного углерода, а в 60-летних посевах того же типа леса — всего 5 %.

Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 10-летних (я) и 60-летних (б) посевах сосны брусничного типа условий

Рис. 13.2. Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 10-летних (я) и 60-летних (б) посевах сосны брусничного типа условий

местопроизрастания

Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 20-летних (а) и 40-летних (б) посевах сосны черничного типа условий

Рис. 13.3. Распределение депонирования углерода фракциями фитомассы в 20-летних (а) и 40-летних (б) посевах сосны черничного типа условий

местопроизрастания

Такие фракции фитомассы исследованных культурфитоценозов, как кора и ветви, депонируют углерод во всех типах условий местопроизрастания примерно в равных частях. Наименьшая доля депонирования углерода в культурах всех возрастов и типов леса приходится на сухие сучья и составляет 1...5 %.

При изучении культур ели сибирской в условиях южной подзоны тайги Красноярского края М. А. Люминарская (2007) отмечает, что в культурах всех возрастов наибольшая доля депонирования углерода приходится на ствол (43...71 %), наименьшая на кору (7...11 %). Доля депонирования углерода хвоей уменьшается с увеличением возраста культур.

В заключение можно отметить следующее. Баланс углекислого газа на Земле складывается из биологических (поступление и поглощение С02 в результате фотосинтеза и дыхания) и химических процессов (поступление С02 при расщеплении карбонатов, лесных и степных пожаров, промышленного сжигания угля, нефти, газа, потребление С02 при выветривании силикатов). В общем поглощении углекислоты атмосферы неорганические процессы фиксации С02 играют незначительную роль (всего 0,1 %). Ведущая роль в связывании атмосферного С02 принадлежит процессу органического поглощения — фотосинтезу (99,9 %) (Кондрашова, 1981). В процессе фотосинтетической деятельности лесных фитоценозов происходит сток углерода в виде С02 из атмосферы (Саковец, Иванников, 2005). Наибольший процент поглощения углекислоты принадлежит лесам. Занимая 28 % площади суши, леса вырабатывают 66 % органического вещества на Земле. Огромная роль лесов в потреблении С02 объясняется их высоким коэффициентом эффективности фотосинтеза (0,33 %). Леса являются и главным резервуаром биологически связанного углерода (в них содержится 2/3 всего атмосферного запаса углерода).

Таким образом, леса — активные стабилизаторы круговорота углерода. В этой связи мировое научное сообщество проявляет повышенный интерес к изучению углерододепонирующей способности лесов, что необходимо для оценки их роли в глобальных экологических циклах. Прогресс в точности оценок запасов углерода может быть обеспечен в первую очередь путем создания базы данных о запасах углерода в фитомассе лесов (связанной с приходной частью углеродного цикла).

Результаты наших исследований дают представление о соотношении запасов углерода в разных фракциях надземной фитомассы культур сосны южной подзоны тайги на разных возрастных этапах. Полученные экспериментальные данные по содержанию углерода в культурах сосны целесообразно использовать для формирования банка данных о запасах углерода в фитомассе лесов, что необходимо в качестве исходной основы для успешной разработки современных экологических программ.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>