Распределение запасов и годичного
депонирования углерода В фитомассе лесов
на юго-западе уральского региона
Усольцев
В.А.*,**, Канунникова О.В.**, Норицина Ю.В.**, Накай Н.В.**, Бараковских
Е.В.**, Кузьмин Н.И.**
(*БС, г. Екатеринбург, РФ; ** УГЛТУ,
г. Екатеринбург, РФ)
Forest biomass database for the Ural region
is compiled and regression equations relating forest biomass structure to stand
age and stem volume are designed and combined with the forest inventory
database for Bashkiriya region. For the first time the total carbon pool and
its annual deposition in forest biomass are obtained and mapped in a number of
267,5 and 18,2 millon t correspondingly.
Известно, что количество углерода, поглощенного
лесами, пропорционально продуцируемой ими фитомассе. Лесное хозяйство
предоставляет наиболее экономически выгодную возможность для депонирования
углерода по Протоколу Киото [6], однако достаточно точных определений запаса
углерода и его депонирования в фитомассе лесов по регионам России на сегодня нет.
Подобная работа была выполнена авторами, и в
результате сформирована база данных о запасах фитомассы в насаждениях
лесообразующих пород Урала и прилегающих к нему регионов, которая включает в
себя 1372 определения, в том числе: сосна – 326, ель – 71, пихта –52, лиственница
– 176, кедр – 73, дуб – 100, береза- 172, осина – 81, ольха серая – 34, ольха
черная – 30, липа – 215, ясень – 36; клен - 6 определений фитомассы, т/га. Совмещенная
база данных о первичной продукции и фитомассе насаждений Уральского региона
состоит из 237 определений, в том числе: сосна (кедр)– 59, ель (пихта)– 50, лиственница
– 19, дуб – 26, береза- 31, осина – 23, ольха– 5, липа – 16, ясень – 3; клен -
5 определений годичной продукции и фитомассы, т/га.
Значения фитомассы, приведенные в базе данных,
проанализированы в связи с возрастом и запасом древостоев как основными
определяющими углеродный пул показателями, входящими в сводки ГУЛФ. Модели, описывающие
зависимость фитомассы в абсолютно сухом состоянии (Pi,
т/га) каждой фракции (стволы, ветви, хвоя, корни, нижние ярусы – соответственно
Pst, Pbr, Pf, Pr, Pu, т/га) от возраста (А,
лет) и запаса (М, м3/га) насаждения, рассчитаны для каждой
древесной породы отдельно. Общий вид модели, дополненной показателями
фитомассы:
lnPi или ln(Pi /M) = f [lnA, (lnA)2, lnM, ln(Pbr/M)), ln(Pf/M), Pf/M, Pst]. (1)
Взаимосвязь величины депонируемого в фитомассе
годичного прироста (Zi, т/га) с массой ассимиляционного аппарата известна с XIX
века [10]. Ее можно выразить зависимостью:
lnZi =
f (lnPf), (2)
где Pf -
наличная масса хвои, т/га. Зависимость (2) составляет основу нашей концепции;
она корректируется возрастом насаждения и некоторыми показателями фракционной
структуры фитомассы, рассчитывается в виде системы связанных (рекурсивных)
уравнений и имеет биологическое обоснование:
lnZi = f (lnA, lnM, lnPf, lnPr, lnPu). (3)
Результаты
расчета (1) и (3) по упомянутым массивам данных каждой породы свидетельствуют о
статистической достоверности эмпирических зависимостей. Их характеристика была
дана ранее [8].
По данным ГУЛФ для каждого из 59 лесхозов Башкирии
составлены таблицы-матрицы распределений покрытой лесом площади и запаса стволовой
древесины по лесообразующим породам и классам (группам) возраста. С учетом
возраста главной рубки, назначенного лесоустройством по каждой породе, группы
возраста переведены в классы возраста. Путем табулирования моделей (1) по
запасу стволов (М, м3/га) и возрасту (А, лет) насаждений
каждой ячейки таблиц-матриц по лесхозам вначале получены запасы фитомассы на 1
га, затем умножением их на лесопокрытую площадь, соответствующую каждой ячейке,
получены запасы фитомассы на всей площади. После сложения результатов по
классам возраста получены итоговые запасы фитомассы по каждой фракции отдельно
для каждой породы, и путем сложения последних по фракциям и породам получены
итоговые запасы фитомассы на всей площади каждого лесхоза.
В итоге нами получен запас фитомассы лесов Башкирии в
количестве 535 млн т и углерода в фитомассе соответственно 267,5 млн. т. Впервые
дано распределение по лесхозам углеродного пула, отнесенного на 1 га общей (в
границах лесхозов) площади (рис. 1) и взвешенного по классам возраста, запасам
стволовой древесины и долевому участию каждой породы. Его среднее значение (55
т/га), оказалось выше результатов, полученных здесь В. А. Алексеевым и Р. А.
Бердси [1] (46 т/га), а также А.С. Исаевым и Г.Н. Коровиным [5] (49 т/га).
Однако наши результаты дают более детальную и достоверную информацию, поскольку
получены на уровне лесхозов, а не субъектов федерации. Наш результат, а также
данные для территорий УрФО [8], Архангельской обл. [9], Литвы [4] и Бурятии [7],
втрое ниже соответствующих показателей карты-схемы Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина
[2], полученной простой экстраполяцией данных пробных площадей на природные
зоны и подзоны.
Алгоритм совмещения моделей (3) с матрицами лесоустроительных
данных по запасам и лесопокрытым площадям аналогичен алгоритму совмещения
моделей (1) с той лишь разницей, что при табулировании моделей (3) в них
подставляются данные не только возраста и запаса стволовой древесины, но и массы
хвои, корней и нижних ярусов из таблиц, содержащих результаты расчета фитомассы
по лесхозам. В итоге получен общий годичный прирост фитомассы лесов Башкирии в
количестве 36,4 млн. т, а годичное депонирование углерода в фитомассе - 18,2
млн. т. Распределение годичного депонирования углерода на территории Башкирии (рис.
2) дано впервые.
Рисунок 1- Распределение запасов углерода в фитомассе
насаждений на территории Башкирии, т/га общей площади. Диапазоны: I -
39-46, II - 46-50, III - 50-63
Отношение годичного депонирования углерода к его запасу (относительный
показатель годичного депонирования углерода) составило 6,8 %. Показатель
характеризует скорость обновления органического вещества фитомассы и является
одной из важнейших характеристик функционирования лесных экосистем [3]. Этот
показатель в лесах Башкирии почти в 5 раз превышает аналогичный показатель
(1,4) для подзоны южной тайги в Бурятии [7], а запасы стволовой древесины в
Башкирии выше всего в 1,5 раза (149 и 102
м3/га). Причина
такого несоответствия, возможно, кроется в том, что расчеты для лесов Бурятии
выполнены по иной методике. Таким образом, расхождения в региональных оценках
депонирования углерода лесами продолжают оставаться значительными, и необходимо
дальнейшее уточнение применяемых методических приемов.
Рисунок 2- Распределение
годичного депонирования углерода в фитомассе насаждений на территории Башкирии,
т/га общей площади. Диапазоны:
I – 2,5-2,7, II -
2,8-3,5, III - 3,5-4,3
Литература
1. Алексеев В. А., Бердси Р.
А. Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск: Ин-т леса СО РАН,
1994. 224 с.
2. Базилевич Н. И., Родин Л. Е. Географические
закономерности продуктивности и круговорота химических элементов в основных
типах растительности Земли // Общие теоретические проблемы биологической продуктивности.
Л.: Наука, 1969. С. 24-33.
3.Базилевич Н. И.,
Гребенщиков О. С., Тишков А. А. Географические закономерности структуры и
функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 297 с.
4. Бумблаускис Т.
Функционирование органического вещества растительности в экосистемах Литвы.
Клайпеда: Клайпедский ун-т, 1996. 212 с.
5. Исаев А. С., Коровин Г. Н. Депонирование углерода в
лесах России // Чтения памяти академика В.Н. Сукачева. Углерод в биогеоценозах.
М.: ЦЭПЛ, 1997. Вып. 15. С. 59-98.
6. Курбанов Э.А. Углерододепонирующие насаждения
Киотского протокола. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. 184 с.
7. Тулохонов А. К., Пунцукова С. Д., Скулкина Н. А.,
Кузнецов Ю. А. Вклад лесов Бурятии в баланс стока и эмиссии углерода //
География и природные ресурсы. 2006. № 2, С. 41-48.
8. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов
Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. Екатеринбург: УрО РАН,
2007. 636 с.
9. Цветков В. Ф., Сурина Е. А. Запасы углерода в лесах
Архангельской области // Лесной журнал. 2003. № 5. С. 17-25.
10. Hartig R. Wachstumsuntersuchungen an
Fichten // Forstlich-Naturwissenschaftl. Zeitschrift. 1896. Bd. 5. S. 1-15,
33-45.
Работа
поддержана РФФИ, грант № 07-07-96010.