Сравнение методов Расчета запаса и нетто стока углерода хвои и ветвей сосняков локального объекта*

 

Каплина Н.Ф. (ИЛ РАН, с. Успенское, РФ)

 

The estimations bias of carbon stock and annual net sink at local territorial levels from forest inventory data were calculated. The method using equations with two variables (the stand age and stock volume per ha) essentially raises the accuracy of estimations. The more accurate estimation method of the branches рroduction was proposed; as a result the total estimate for the carbon sink increases by » 20 %.

 

В настоящее время все чаще предпринимаются попытки оценки запаса углерода (в фитомассе) и его годичного нетто стока (в годичной продукции) древостоев для отдельных природных и хозяйственных объектов. С этой целью обычно используются те же методы (конверсионных отношений и уравнений), что и для оценок глобального уровня. Между тем, в последнем случае локальные ошибки выступают как случайные и большей частью взаимокомпенсируются.

Цель работы - анализ возможных причин и размеров ошибок, допускаемых при расчете запаса и годичного нетто-стока углерода на уровне локального объекта – сосновых древостоев Макарьевского лесхоза Костромской области Центрального федерального округа. В настоящей работе анализируются показатели фракций кроны - хвои и ветвей, наиболее проблемных для биопродукционных оценок.

В основе сопоставляемых методов расчета лежат: 1) материалы таксационного описания либо сводные данные по лесхозу; 2) банк данных по биологической продуктивности древостоев на пробных площадях (ПП), сформированный по научным публикациям (в нашем случае - для сосняков лесной зоны Европейской части России в количестве 401 ПП).

Сравнивали три метода расчета массы углерода в фитомассе и продукции хвои и в фитомассе ветвей. Для продукции ветвей этот показатель оценивали по предложенному нами ранее и усовершенствованному методу [3, 4].

Запасы древостоев, представленные в материалах учета лесного фонда пересчитывали в показатели углерода через конверсионные отношения (EF):

EF = k P M^-1_,                   (1),

где P – абс. сухая фитомасса либо продукция по фракциям, M – объемный запас, k - коэффициент содержания углерода в фитомассе, принятый для хвои равным 0,45, для древесной части ветвей – 0,50.

По 1-му методу получали EF по группам возраста, подставляя в уравнение (1) суммарную P соответствующей группы ПП и их суммарный M. Рассчитанные нами EF по фитомассе хвои сходны с данными других авторов [1] (табл. 1), а ветвей – существенно ниже, что может объясняться включением в [1]  фитомассы ветвей нижних ярусов.

По 2-му методу также получали  EF по группам возраста, но с учетом их среднего M, подставляемого в уравнение (1) вместе с соответствующим значением P, рассчитанным по уравнениям зависимости от возраста (A) и M древостоя  для тех же пробных площадей (МНК по P):

P = a A^b M^c          (2),

где a, b и c – параметры уравнения. Сходная форма зависимости не только с A, но и с M, помимо  фитомассы и продукции фракций кроны характерна для фитомассы коры стволов [2, 5] и годичной продукции стволов Лебков, Каплина, [6, 7]. Зависимость EF хвои от M древостоя (табл. 2) особенно выражена при его величине ниже 200 м³ га^-1, когда EF существенно увеличивается. Средний объемный запас сосняков Макарьевского лесхоза в возрасте 41-120 лет составляет 208 м³/га (на 27% ниже, чем по банку литературных данных для южной тайги); примерно на половине площадей запасы ниже 200 м³ га^-1. Очевидно, что такое различие должно сказываться на оценках различными расчетными методами.

 

Таблица 1- Конверсионные отношения содержания углерода в фитомассе хвои и ветвей сосны по группам возраста (т м^-3)

 

Таблица 2- Конверсионные отношения углерода хвои сосняков Европейской части России в связи с их возрастом и запасом

Массу углерода сосняков на уровне лесхоза по 1-му и 2-му методам получали умножением EF на сумму M по группам возраста.

По 3-му методу проводили расчет P для каждого выдела сосняков лесхоза (» 9000 шт.) по тем же уравнениям, что и по 2-му методу, с последующим суммированием. Оценки полученные по 3-му методу принимали за эталонные для ветвей; для хвои их рассчитывали также по 3-му методу, но в уравнение (2) включали бонитет (B), для ветвей значимой связи с B не обнаружили.

Запас углерода хвои (рис. 1, А) занижается 1-ым методом, вследствие большой доли площадей лесхоза с запасами ниже 200 м³ га^-1. 2-ой метод показал значительно лучшие результаты. Исключение составляет завышение оценок для молодняков I класса возраста, что объясняется использованием в уравнении (2) A = 10, т.е. середины возрастного интервала, в то время как истинный средний A = 16,7. Такое смещение связано с поздним возрастом перевода площадей в покрытые лесом. При подстановке в уравнение (2) последней величины отклонение от «эталонной» оценки снижается с +33% до +7%. Два варианта оценок по 3-му методу почти не различаются.

Результаты расчетов массы углерода ветвей различными методами (рис. 1, Б) оказались более близкими, при этом также наблюдается занижение оценок 1-ым методом. Исключение составили молодняки I класса возраста, где более низкими оказались оценки по 2-му и 3-му методам. Последнее объясняется худшей работой уравнения для низких возрастов, что вызвано слабой их представленностью и отсутствием древостоев моложе 10 лет в базе данных ПП.

Для годичного нетто стока углерода хвои получены результаты, сходные с оценками  запаса углерода хвои.

Оценка годичного стока углерода ветвей представляет наибольшую сложность. Существующие косвенные методы учета: в России – деление фитомассы ветвей на их возраст, за рубежом – суммирование опада ветвей с величиной изменения их фитомассы за учетный период, занижают истинные величины [3, 4, 8, 9, 10].

Рисунок 1- Отклонения от «эталонной» величины оценок массы углерода  хвои сосняков лесхоза, рассчитанные тремя методами

 

На рис. 2 сравнения оценок авторов статьи с имеющимися в литературе представлены по показателю отношения продукции ветвей к их фитомассе. Оценки нетто стока углерода ветвей в сосняках средней полноты в возрасте 30, 50, 70 и 100 лет следующие: по усредненным данным из 85 литературных источников для Европейской территории России, соответственно, 0,64, 0,63, 0,50 и 0,30 т га^-1; по нашему методу расчета, соответственно, в 1,4, 1,8, 2,2 и 2,4 раза выше. Увеличение оценок общего годичного нетто стока в древостои за счет коррекции оценок продукции ветвей составляет в среднем порядка 20%.

Рисунок 2- Относительная продукция ветвей по данным банка ПП и по предлагаемой эмпирической модели

 

Выводы. Оценка на локальном уровне показателей запаса и годичного стока углерода в лесах имеет свою специфику, что требует развития методов расчета, особенно в молодняках I кл. возраста.

Точность оценок показателей углерода повышается при учете как возраста древостоя и так и его запаса. При значениях запаса ниже 200 м³ га^-1 этот метод расчета позволяет избежать существенного занижения углеродных оценок.

При расчете по уравнениям необходимо учитывать, что средний возраст молодняков I группы выше середины возрастного интервала.

Истинный годичный сток углерода в древесную часть ветвей выше, чем по сложившимся представлениям, что повышает суммарную оценку нетто-стока древостоя ориентировочно на 20%.

Литература

1.    Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И., Честных О.В. Коэффициенты конверсии запасов насаждений в фитомассу для основных лесообразующих пород России // Лесная таксация и лесоустройство. Вып.1 (32). 2003. С. 119-127.

2.    Каплина Н.Ф., Лебков В.Ф. Регрессионные уравнения для оценки фитомассы древостоев при мониторинге // Состояние и мониторинг лесов на рубеже XXI века: Материалы конф. Минск, 1998. С.303-305.

3.    Каплина Н.Ф., Лебков В.Ф. Методика и результаты оценки годичной продукции ветвей в сосняках // Лесоводство Севера на рубеже столетий: Материалы междунар. конф. – СПб: Изд-во “Правда Севера”, 2000. С. 88-90.

4.    Каплина Н.Ф., Лебков В.Ф. Прирост и продукция ветвей сосны (P. sylvestris L.) по периодам онтогенеза в сложных сосняках Подмосковья // Идеи биогеоценологии в лесоведении и лесоразведении: к 125-летию со дня рождения акад. В.Н.Сукачева. М.: Наука. 2006. C. 195-212.

5.    Каплина Н.Ф., Лебков В.Ф. Подходы к моделированию массы и потоков углерода в лесном фонде по лесоустроительной информации // Материалы международной научно-технической конференции «Современные проблемы устойчивого управления лесами, инвентаризации и мониторинга лесов». СПб.: Севзаплеспроект, 2006. С. 148-153.

6.    Лебков В.Ф., Каплина Н.Ф. Углерододепонирующие функции и спелости сосняков и ельников европейского региона России // Лесное хозяйство.- № 1.- 1995.- С. 33-35.

7.    Лебков В.Ф., Каплина Н.Ф. Оценка массы и структуры годичного стока углерода в лесных экосистемах Европейской части России. // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. / РАН.- Пущино, 2004.- С. 60-64.

8.    M.B. Lavigne, R.J. Foster, G. Goodine, P.Y. Bernier, and C.H. Ung  Alternative method for estimating aboveground net primary productivity applied to balsam fir stands in eastern Canada // Canadian Journal of Forest Research.- V. 35.- № 5.- 2005.- P. 1193-1201.

9.    Bernier P., Lavigne M., Hogg E. H., Trofymow T. Estimating  branch production in relation to foliage production for major canadian forest tree species // Climate Changes and their Impact on Boreal and Temperate Forests: Abstracts of International Conference. Ecaterinburg, Russia. 2006. P. 13.

10.                  Lavigne, M.B.; Hogg, E.H.; Trofymow, J.A.; Bernier, P.Y. Estimating branch production in trembling aspen, Douglas-fir, jack pine, black spruce, and balsam fir // Canadian Journal of Forest Research.- V. 37.- № 6.- 2007.- P. 1024-1033.

 

*Работа выполнена при поддержке РФФИ (06-04-49397)