- DOI: 10.31509/2658-607x-202474-156
- УДК 630*52+630*58
Запасы углерода в фитомассе древесных растений и крупных древесных остатках в старовозрастных сосняках черничных заповедника «Кивач»
© 2024 г. А. Н. Пеккоев, С. А. Мошников, И. В. Ромашкин, Д. В. Тесля
Институт леса КарНЦ РАН,
Россия, Республика Карелия, 185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11
*E-mail: moshniks@mail.ru
Поступила в редакцию 01.10.2024
После рецензирования: 06.11.2024
Принята к печати: 19.11.2024
В статье представлены результаты исследований на постоянных пробных площадях полигона интенсивного уровня «Кивач» (Республика Карелия, среднетаежная подзона), заложенных в 2023 г. в 180-190-летних сосняках черничного типа леса; почвы представлены песчаными подзолами. Приведены расчетные данные по фитомассе и запасам углерода (С) в древесном ярусе, подросте, подлеске и крупных древесных остатках (КДО). Выполнен сравнительный анализ полученных данных о фитомассе насаждения и запасе С, сосредоточенного в ней, с применением четырех различных методов. Фитомасса сосняков, рассчитанная на основе региональных данных, варьировала от 171 до 395 т га-1, составляя в среднем 254.2 т га-1, а запас С – от 85 до 197 т С га-1 при среднем значении 126.5 т С га-1. Полученные результаты оказались на 7–10% ниже в сравнении с данными, вычисленными с использованием других методов, что свидетельствует о необходимости дальнейших исследований. Подрост в исследованных насаждениях представлен сосной, елью, иногда в сочетании c березой. Подлесок немногочисленный и представлен рябиной обыкновенной и ольхой серой. Участие подроста и подлеска в формировании пула С фитомассы составляет в среднем 0.57% при значениях запаса С в диапазоне от 0.2 до 2.3 т C га-1. Запасы КДО в исследованных сосняках варьировали в диапазоне от 9 до 60 м3 га-1 и в среднем составляют 40 м3 га-1. Наибольшая доля КДО представлена валежем и сухостоем сосны 2-го класса разложения. Средние запасы С в КДО составили 9.2 т С га-1 с диапазоном варьирования от 1.7 до 14.3 т С га-1. Исследование проведено сотрудниками Института леса КарНЦ РАН по теме «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации; обеспечение создания системы учета данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИПГЗ) «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ».
Ключевые слова: ВИПГЗ, полигон «Кивач», сосновые леса, фитомасса, углерод, детрит, подрост, подлесок
Влияние выбросов парниковых газов (диоксида углерода (CO2), метана (CH4) и др.) на климат планеты, в том числе в результате антропогенной деятельности, является одной из ключевых проблем для современного общества (Гулев и др., 2008; Бондаренко и др., 2018; Friedlingstein et al., 2020). Как отмечают некоторые исследователи, увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере за последние несколько столетий связано с возрастающими темпами индустриализации и уменьшением площадей лесов (Байрамова, 2015; Panja, 2021; Lawrence et al., 2022). Это может способствовать увеличению частоты экстремальных климатических событий и сокращению ледяного покрова Мирового океана (Koerner, Lundgaard, 1995; Алексеев и др., 2015; Shahgedanova, 2021). В качестве одной из мер по смягчению последствий происходящих в настоящее время так называемых «быстрых» климатических изменений (“rapid” climate changes, Holmes et al., 2011) выделяют необходимость разработки высокотехнологичных методов наблюдения за климатом и прогнозирования его изменений, основанных на долговременном мониторинге глобальных биогеохимических циклов. В настоящее время для исследования в этой области одним из наиболее известных (признанных) является комплексный подход, сочетающий стационарные наземные и дистанционные методы наблюдения (Schimel еt al., 2015; Jacob et al., 2016; Sellers et al., 2018). Отмечается, что в связи с изменением климата на глобальном и локальном уровнях углеродный цикл (процессы стока и эмиссии CO2) в лесных сообществах претерпевает существенные изменения, причем наиболее значимые – в лесах бореальной зоны (Кашкаров, Поморцев, 2007; Graven et al., 2013). В связи с этим пополнение данных о строении, структурной организации и взаимовлиянии основных компонентов таежных лесов имеет важное значение для более глубокого понимания происходящих изменений и снижения ущерба от их последствий.
В Российской Федерации в 2022 г. создан Консорциум РИТМ (https://ritm-c.ru) для решения задач, связанных с мониторингом климатически активных веществ в наземных экосистемах. Институтом леса Карельского научного центра РАН в рамках работы в Консорциуме в 2023 г. организован тестовый полигон интенсивного уровня I типа «Кивач» для обеспечения долговременного мониторинга бюджета углерода (С) в малонарушенных старовозрастных лесах средней тайги. Исследования на тестовых полигонах данного типа проводятся с целью установления взаимосвязей между основными компонентами лесных экосистем в процессах накопления С посредством геопространственного моделирования пулов С с использованием данных как наземных наблюдений, так и дистанционного зондирования высокого разрешения, полученных с применением беспилотных летательных аппаратов.
Цель данного исследования – оценить фитомассу и запасы С в древостое, подросте, подлеске, а также крупных древесных остатках (КДО) в сосняках черничных тестового полигона «Кивач».
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Сосновые леса занимают около 2/3 лесного фонда Республики Карелия (Ананьев, Мошников, 2016; Государственный доклад …, 2023). Спелые и перестойные древостои сосняков черничных занимают 34% сосняков республики (Государственный доклад …, 2023). В сосновых лесах средней тайги республики доминирует черничный тип, занимающий до 33% площади (Казимиров и др., 1977; Biotic diversity …, 2003; Волков, 2008). Исследование различных компонентов сосняков черничного типа леса проведено на тестовом интенсивного уровня I типа полигоне «Кивач», расположенном в Кондопожском районе Республики Карелия (подзона средней тайги, 62.29° N, 34.01° E). На основании данных рекогносцировочного обследования лесов полигона проведен анализ породной, возрастной и типологической структуры лесных сообществ и КДО (Мошников и др., 2024). Затем на полигоне была организована сеть из 30 постоянных пробных площадей (ППП), объединенных в восемь групп, в соответствии с типом леса, возрастом древостоя, напочвенным покровом и типом почвы. Результаты, представленные в данной статье, получены на основании исследований, проведенных в июле-августе 2023 г. на восьми ППП тестового полигона, заложенных в сосняках черничных на песчаных подзолах (группа 1).
Полевые работы проводили сотрудники Института леса КарНЦ РАН. Размер ППП составляет 0.25 га (50×50 м). При закладке ППП и камеральной обработке данных использовали общепринятые в лесной таксации методы (Третьяков и др., 1965; Анучин, 1982). Оценка общей фитомассы (ОФ) и запаса С в древесном ярусе выполнена несколькими способами:
(I) в исходном варианте использованы модели зависимости ОФ от запаса стволовой древесины на основе региональных исследований А. А. Иванчикова (1971, 1974), Н. И. Казимирова, Р. М. Морозовой (1973), Н. И. Казимирова с соавторами (1977, 1978), А. А. Кучко, В. А. Матюшкина (1974) и др. (рис. 1). Запасы C рассчитаны для каждой фракции с использованием коэффициентов (0.5 – для массы абсолютно сухого вещества стволов, ветвей и корней (с корой) древесных растений и 0.45 – для хвои, листьев и т.д.) (Кобак, 1988; Исаев и др., 1993; Уткин и др., 1998). Сравнительный анализ проведен по следующим методикам:
(II) на основе работы В. А. Усольцева (Усольцев, 2002);
(III) на основе таблиц и моделей хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (под редакцией А. З. Швиденко, 2008);
(IV) на основе материалов Распоряжения Минприроды России от 30.06.2017 № 20-р (ред. от 20.01.2021) «Об утверждении методических указаний по количественному определению объема поглощения парниковых газов» и Приказа Минприроды России от 27.05.2022 № 371 «Об утверждении методик количественного определения объемов выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов» (далее «Распоряжение …, 2017», «Приказ …, 2022»);
(V) на основе работы Д. Г. Щепащенко с соавторами (Schepaschenko et al., 2018).
Учет подроста и подлеска проводили на площадках 1×1 м на двух лентах, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях (С – Ю, З – В) вдоль границы ППП (рис. 2). Общая площадь учета составила 99 м2. Для расчета запаса С подроста и подлеска применялась методика, утвержденная «Приказом …, 2022»). Следует учесть, что фитомасса подроста и подлеска является компонентом ОФ. |
Учет запасов КДО осуществляли двумя способами – линейным и ленточным. Трансекты длиной 50 м закладывали по периметру ППП в двух взаимно перпендикулярных направлениях (С – Ю, З – В), ленты шириной 2 м – по обе стороны от оси трансекты. Учет по оси трансекты (линейный метод) проводили для определения объемов (запаса) валежа и зависших деревьев (бурелома, ветровала) диаметром более 6 см. Учет на лентах (ленточный метод) проводили для определения объемов (запаса) пней диаметром более 6 см, сухостоя и сохранившей вертикальное положение части бурелома диаметром более 6 см на высоте 1.3 м (остолопов). Определение класса разложения осуществляли по методике, разработанной Е.В. Шороховой с соавторами (Шорохова, Шорохов, 1999; Shorohova, Kapitsa, 2015). У всех фракций КДО учитывали принадлежность к древесной породе и класс разложения. У валежа определяли диаметр в месте пересечения оси трансекты, у пней – диаметры основания и верхней части и высоту (от шейки корня), у сухостоя – диаметр на высоте 1.3 м и высоту.
Запас валежа, зависших деревьев и крупных ветвей рассчитывали отдельно по породам, классам разложения и положению по формуле (Warren, Olsen, 1964; Stahl et al., 2001):
Mlog = (π2/8 Σdi2 S)/ΣLj, (1)
где: Mlog – запас валежа, di – диаметр ствола в месте пересечения трансекты (м), Lj – длина трансекты (в данном случае 50 м), S – площадь учета (в данном случае 10000 м2).
Объем пней по породам и классам разложения (Vst) рассчитывали, как:
, (2)
где: h – высота пня (м); R и r – максимальный и минимальный радиусы (м).
Объем сухостойных (Vsn) деревьев по породам рассчитывали по формуле:
Vsn = SHF, (3)
где: S – площадь поперечного сечения сухостойного дерева на высоте 1.3 м (м2), HF – видовая высота (Кофман, 1986; Тетюхин и др., 2004).
Запасы С (т С га-1) в КДО рассчитывали с использованием значений базисной плотности согласно системе классов разложения (Капица, Шорохова, 2012; Shorohova, Kapitsa, 2015), конверсионных коэффициентов (Замолодчиков и др., 1998) и моделей разложения древесины и коры с учетом фрагментации (Шорохова, Шорохов, 1999; Shorohova et al., 2016).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Древостой. Таксационные показатели древостоев приведены в табл. 1. Обращают на себя внимание значительные различия в производительности древостоев, что выражается в отдельных случаях двукратной разницей в запасах стволовой древесины и в значительных колебаниях в классах бонитета – от I до IV.
Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев сосняков черничных полигона «Кивач»
№ ППП | Состав | Густота, шт. га-1 | Средние | Полнота | Запас, м3 га-1 | Класс бони-тета | ||
D1.3, см | Н, м | абсолют., м2 га-1 | отно-сит. | |||||
38 | 9.3С1900.4Е900.3Б90 | 540 | 33.5 | 29.9 | 40.2 | 1.1 | 514 | II |
44 | 9.2С1900.8С140 | 452 | 33.1 | 24.6 | 29.3 | 0.8 | 314 | III |
113 | 10С180ед.Е60,Е40 | 576 | 28.7 | 24.4 | 31.0 | 0.9 | 343 | III |
154 | 6С1903.2С2400.8С70 | 876 | 31.2 | 21.7 | 27.7 | 0.8 | 276 | III-IV |
155 | 8.6С1800.6С2800.4С1400.4Е60 | 744 | 42.0 | 31.4 | 40.3 | 1.1 | 513 | I |
219 | 10С185 | 324 | 37.8 | 28.1 | 29.3 | 0.8 | 360 | II |
279 | 8.1С1850.8Е600.6Е1600.3Е1200.2Б90 | 756 | 44.3 | 32.9 | 50.7 | 1.3 | 670 | I |
300 | 10C190ед.Е70 | 444 | 35.7 | 27.2 | 31.4 | 0.8 | 374 | II |
Общая фитомасса древостоя сосняков, вычисленная по региональным моделям, в среднем составляет 254 т га-1 при среднем запасе стволовой древесины 419 м3 га-1 (табл. 2). Минимальные значения наблюдаются на ППП154, максимальные – на ППП279, характеризующейся выдающимися для Карелии показателями (см. табл. 2).
Результаты, полученные с использованием методик II (Усольцев, 2002, 2010) и III (Швиденко и др., 2008), демонстрируют бóльшие значения ОФ (в среднем выше на 7.6 и 10.8%, соответственно), в сравнении с рассчитанными на основе региональных данных. Запасы С ОФ, определенные по региональным данным, в среднем составляют 126.5 т С га-1 и также заметно варьируют – от 85 до 197 т С га-1. Широкая амплитуда показателя обусловлена отличиями в фитомассе древесины – основном депо С в лесных фитоценозах. Запасы С, сосредоточенного в ОФ, рассчитанные с применением методик IV и V, также заметно превышают региональные оценки (в среднем выше на 7.4 и 10.2%, соответственно). При этом следует учитывать, что методика IV подразумевает отдельные расчеты фитомассы древостоя и подроста, подлеска, т.е. в конечных результатах расчетов ОФ можно ожидать еще бóльшие отличия. Также обращает на себя внимание выраженная «чувствительность» методики IV к колебаниям величины ОФ. При отклонениях в большинстве случаев на 4-6%, наибольшие их значения можно наблюдать как при минимальных (на ППП154 +14.5%), так и максимальных (на ППП279 +9.7%) величинах ОФ.
Таблица 2. Общая фитомасса (ОФ) и запасы С (МС) в сосняках черничных полигона «Кивач», рассчитанные с применением различных методик
Показатель | № ППП | M±m | |||||||
38 | 44 | 113 | 154 | 155 | 219 | 279 | 300 | ||
ОФ, т га-1 | |||||||||
Методика I | 309.5 | 192.8 | 209.7 | 170.6 | 308.9 | 219.6 | 394.8 | 227.8 | 254.2±26.9 |
Методика II | 333.4 | 206.8 | 225.2 | 182.8 | 332.8 | 235.9 | 425.8 | 244.8 | 273.4±29.1 |
Различия (к методике I), % | +7.7 | +7.3 | +7.4 | +7.2 | +7.7 | +7.4 | +7.9 | +7.5 | +7.6 |
Методика III | 344.5 | 212.0 | 231.2 | 186.8 | 343.9 | 242.4 | 441.3 | 251.7 | 281.7±30.5 |
Различия (к методике I), % | +11.3 | +10.0 | +10.3 | +9.5 | +11.3 | +10.4 | +11.8 | +10.5 | +10.8 |
МС, т га-1 | |||||||||
Методика I | 154.1 | 95.8 | 104.3 | 84.7 | 153.8 | 109.2 | 196.7 | 113.3 | 126.5±13.4 |
Методика IV | 164.2 | 99.7 | 109.4 | 97.0 | 165.8 | 114.5 | 215.8 | 120.0 | 135.8±14.8 |
Различия (к методике I), % | +6.6 | +4.1 | +4.9 | +14.5 | +7.7 | +4.9 | +9.7 | +5.9 | +7.4 |
Методика V | 173.0 | 105.3 | 115.2 | 92.3 | 172.2 | 120.4 | 210.5 | 125.9 | 139.4±14.5 |
Различия (к методике I), % | +12.2 | +10.0 | +10.5 | +9.0 | +12.0 | +10.2 | +7.0 | +11.1 | +10.2 |
Таким образом, модель, основанная на региональных данных (методика I), демонстрирует заметное (до 10%) отклонение в меньшую сторону величины ОФ и, соответственно, запасов сосредоточенного в ней C в сравнении с литературными сведениями и расчетами, выполненными по нормативным документам МПРиЭ РФ. Еще более выраженными (до +13%) оказались различия в значениях ОФ схожих по возрасту и запасу северотаежных сосняков зеленомошных Республики Коми (Осипов и др., 2022). Близкие значения (190-240 т га-1 в надземной части) в спелых сосняках брусничных и ягодниковых Среднего Урала получены И. Л. Трофимовой (2015).
Подрост и подлесок. В ярусе подроста на четырех из восьми ППП доминирует сосна (от 6 до 10 единиц состава по числу растений) и на четырех – ель (5-10 единиц), иногда в сочетании с березой (до 3 единиц). Общая густота подроста варьирует от 0.2 до 4.9 тыс. шт. га-1. Подлесок, как правило, отсутствует или представлен рябиной обыкновенной (густотой от 0.1 до 1.2 тыс. шт. га-1) и ольхой серой (0.1 тыс. шт. га-1).
В надземной части подроста сосредоточено от 0.28 до 3.36 т, в подземной – от 0.11 до 1.31 т фитомассы на 1 га, что в совокупности позволяет аккумулировать в среднем 0.7 т С га-1 при колебаниях от 0.2 до 2.3 т С га-1 (табл. 3). Подлесок в силу относительной немногочисленности вносит незначительный вклад (от 0 до 16%) в запас С указанного компонента фитоценоза, накапливая лишь до 0.08 т С га-1. Схожие результаты получены в сосняках 70-120-летнего возраста зеленомошной группы Среднего Урала, где общая фитомасса подроста и подлеска колеблется от 0.1 до 1.0 т га-1 (Трофимова и др., 2012). В 80-90-летних сосняках черничных белорусского Полесья фитомасса подроста и подлеска также не превышает 1.5 т га-1 (Романов и др., 1976). В то же время заметно бóльшие значения фитомассы подроста и подлеска (8.8-9.3 т га-1) зафиксированы в сосняках кустарничково-зеленомошных Ленинградской области (Грязькин и др., 2021). Возможно, существенные различия в результатах исследований могут объясняться различным возрастом древостоев. Так, по данным Т. А. Пристовой (2020), в таежных лиственных молодняках только надземная фитомасса подлеска может достигать почти 9 т га-1. Д. А. Данилов с соавторами (2023) и А. А. Яковлев (2024) предложили модели для расчета фитомассы подроста и подлеска на постагрогенных землях Ленинградской области, однако возможность их применения в условиях сомкнутого древостоя требует дополнительного исследования.
Таблица 3. Фитомасса (ФП) и запас С (СП) в подросте и подлеске в сосняках черничных полигона «Кивач»
№ ПП | Компонент насаждения | Состав | Густота, тыс. шт. га-1 | Надземная часть | Подземная часть | Итого | |||
ФП,
т га-1 |
СП,
т С га-1 |
ФП,
т га-1 |
СП,
т С га-1 |
ФП,
т га-1 |
СП,
т С га-1 |
||||
38 | Подрост | 8Е2Б | 0.5 | 0.280 | 0.140 | 0.109 | 0.055 | 0.389 | 0.195 |
Подлесок | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Всего | 0.280 | 0.140 | 0.109 | 0.055 | 0.389 | 0.195 | |||
44 | Подрост | 10С+Е | 4.9 | 3.358 | 1.679 | 1.309 | 0.655 | 4.667 | 2.334 |
Подлесок | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Всего | 3.358 | 1.679 | 1.309 | 0.655 | 4.667 | 2.334 | |||
113 | Подрост | 5Е3Б2С | 0.6 | 0.407 | 0.204 | 0.159 | 0.080 | 0.566 | 0.283 |
Подлесок | 10Рб | 0.1 | 0.030 | 0.015 | 0.012 | 0.006 | 0.042 | 0.021 | |
Всего | 0.437 | 0.219 | 0.171 | 0.086 | 0.608 | 0.304 | |||
154 | Подрост | 10С+Е | 3.2 | 1.376 | 0.688 | 0.537 | 0.269 | 1.913 | 0.957 |
Подлесок | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Всего | 1.376 | 0.688 | 0.537 | 0.269 | 1.913 | 0.957 | |||
155 | Подрост | 10Е | 0.2 | 0.312 | 0.156 | 0.122 | 0.061 | 0.434 | 0.217 |
Подлесок | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Всего | 0.312 | 0.156 | 0.122 | 0.061 | 0.434 | 0.217 | |||
219 | Подрост | 6С4Е | 0.7 | 0.515 | 0.256 | 0.201 | 0.101 | 0.715 | 0.358 |
Подлесок | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Всего | 0.515 | 0.256 | 0.201 | 0.101 | 0.715 | 0.358 | |||
279 | Подрост | 10Е | 0.5 | 0.667 | 0.334 | 0.260 | 0.130 | 0.927 | 0.464 |
Подлесок | 10Рб | 1.2 | 0.108 | 0.054 | 0.042 | 0.021 | 0.149 | 0.075 | |
Всего | 0.775 | 0.388 | 0.302 | 0.151 | 1.076 | 0.539 | |||
300 | Подрост | 6С4Е | 1.1 | 1.173 | 0.587 | 0.457 | 0.229 | 1.630 | 0.815 |
Подлесок | 10Олс | 0.1 | 0.008 | 0.004 | 0.003 | 0.002 | 0.011 | 0.006 | |
Всего | 1.181 | 0.591 | 0.460 | 0.231 | 1.641 | 0.821 | |||
В среднем по подросту (M±m) | 1.011± | 0.506± | 0.394± | 0.198± | 1.405± | 0.703± | |||
0.364 | 0.182 | 0.142 | 0.071 | 0.506 | 0.253 | ||||
В среднем по подлеску (M±m) | 0.018± | 0.009± | 0.007± | 0.004± | 0.025± | 0.013± | |||
0.013 | 0.007 | 0.005 | 0.003 | 0.018 | 0,009 |
Крупные древесные остатки. Запасы КДО значительно варьируют в зависимости от ППП. Среднее значение запасов составляет 40 (SE ±6) м3 га-1. Наименьшие запасы КДО отмечены на ППП219 (9 м3 га-1), наибольшие – ППП279 (51 м3 га-1), ППП113 (56 м3 га-1), ППП155 (60 м3 га-1) (рис. 3). Сравнительно малые запасы КДО на некоторых ППП (например, ППП219 и ППП154), вероятно, обусловлены действием лесных пожаров высокой интенсивности, о чем свидетельствует наличие пожарных подсушин на живых и сухостойных деревьях. Породный состав КДО преимущественно представлен сосной. В качестве исключения можно выделить ППП279, где доли КДО сосны и ели составляют по 11%, в то время как доля березы значительно выше и превышает 75%. Кроме того, здесь 2% запаса представлено подлесочной породой – рябиной обыкновенной, что не наблюдается на других ППП рассматриваемой группы.
Распределение запасов КДО по трем основным фракциям (пни, валеж, сухостой) в зависимости от ППП характеризуется следующими закономерностями (рис. 3А). Валеж вносит существенный вклад в общие запасы КДО, составляя от 39 до 90%. Доля сухостоя варьирует также значительно – от 0 до 60%. Доля пней в общих запасах КДО значительно меньше в сравнении с другими фракциями и варьирует в диапазоне от 0 до 12%.
По соотношению запасов валеж : сухостой исследуемые ППП значительно различаются, и условно можно выделить три группы: 1) с преобладанием валежа (ППП279 – 89% : 0%, ППП154 – 90% : 9%, ППП219 – 74% : 17%), 2) запасы фракций сопоставимы (ППП38 – 52% : 48%, ППП300 – 47% : 53%), 3) с преобладанием сухостоя (ПП113 – 39% : 60%, ППП44 – 43% : 57%, ППП155 – 44% : 55%). Стоит отметить искусственность выделенных групп, поскольку в группу 1 входят ППП, значительно различающиеся как по абсолютным значениям запасов КДО, так и по характеристикам древостоев, в то время как различия между группами 2 и 3 не столь велики, а значения запасов и соотношения разных фракций КДО в целом соответствуют ранее полученным для среднетаежных сосняков Карелии данным (Мошников и др., 2019).
Анализ распределения КДО по классам разложения демонстрирует преобладание 2-го класса разложения, доля которого составляет в среднем 60% от общих запасов. Доля других классов значительно меньше: на КДО 3-го класса разложения приходится в среднем 28%, 4-го класса – 6%, 5-го класса – 5%, 1-го класса – всего 1% (рис. 3Б).
Средние запасы С в КДО в исследованных сообществах составляют 9.2 (SE ±1.6) т С га-1, хотя диапазон варьирования этого показателя весьма широк – от 1.7 (ППП219) до 14.3 т С га-1 (ППП155) (рис. 4).
Распределение запасов С по фракциям КДО выглядит следующим образом: в пнях средние запасы С составляют 0.2 (SE ±0.15) т С га-1 с диапазоном варьирования от 0 до 1.2 т С га-1, в валеже – 4.9 (SE ±1.2) т С га-1 с диапазоном варьирования от 1.2 до 12.5 т С га-1, в сухостое – 4.1 (SE ±1.2) т С га-1 с диапазоном варьирования от 0 до 8.2 т С га-1.
Сопоставление полученных нами данных с литературными показывает, что общие запасы С в КДО в исследованных лесных сообществах полигона «Кивач» в целом соответствуют диапазону значений, рассчитанных для таежных лесов Европейской части России. Так, запасы С в КДО могут варьировать в очень широких пределах – от 0 до 107 т С га-1 при среднем значении около 15.2 т С га-1 (Капица, Шорохова, 2012). По данным Д. Г. Замолодчикова с соавторами (2018), запасы С в КДО в лесах Северо-Западного Федерального округа составляют в среднем 10.4 т С га-1, а в хвойных лесах округа – около 14.6 т С га-1 (Замолодчиков, 2009). В 100-летнем сосняке черничном II класса бонитета в КДО в среднем сосредоточено 9.4 т С га-1. (Курбанов, 2003). В среднетаежных сосновых лесах запасы С в КДО составляют в среднем 11.0 т С га-1, также демонстрируя значительный диапазон варьирования (Капица и др., 2012).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Общая фитомасса древостоя среднетаежных сосняков черничных на песчаных подзолах (на примере полигона «Кивач»), вычисленная по моделям, основанным на региональных данных, в среднем составляет 254.2 т га-1 и варьирует в диапазоне от 171 до 395 т га-1, что связано с широким диапазоном производительности древостоев группы. Запас сосредоточенного в ней С по тем же причинам варьирует в интервале 85–197 т С га-1 и в среднем достигает 126.5 т С га-1. Сравнительный анализ результатов, проведенный с использованием четырех методик (в т.ч. официально разработанной МПРиЭ РФ и зарегистрированной в Минюсте), свидетельствует о значительных различиях (+7…+10%) в оценке общей фитомассы древостоя и запаса углерода в ней в сравнении с региональной моделью.
Учитывая, что сосновые леса занимают почти 2/3 лесного фонда Республики Карелия, возникает закономерный вопрос, что более корректно при оценке запаса С: применение методик, основанных на усредненных данных (для всей России – от Калининградской области до Дальнего Востока и составленных на столь же обширном материале) или основанных на результатах региональных исследований, более полно отражающих местные (локальные) условия, но выполненных на материалах меньшего объема.
Подрост и подлесок вносят весьма незначительный вклад в общий запас С сосняков черничных на песчаных подзолах. В этих условиях они суммарно накапливают в среднем 0.72 т C га-1 (при колебаниях от 0.2 до 2.3 т C га-1), что составляет 0.57% (0.1-2.4%) от общего запаса С пула ОФ обследованных насаждений.
Запасы КДО в исследованных сосняках полигона «Кивач» широко варьируют – от 9 до 60 м3 га-1. Распределение запасов КДО в зависимости от древесной породы, фракции и класса разложения также является неравномерным. Совокупность этих факторов определяет широкую вариабельность запасов С в КДО – от 1.7 до 14.3 т С га-1 при среднем значении 9.2 т С га-1.
Суммарный запас С фитомассы и КДО сосняков черничных на песчаных подзолах варьирует от 105 до 210 т га-1 и в среднем составляет 136 т га-1: доля древостоя достигает в среднем 92.7% (при колебаниях от 89.9 до 98.1%), далее следуют КДО – 6.8% (1.5–10.6%). Участие подроста и подлеска в формировании суммарного запаса С в этих условиях незначительно – в среднем 0.5% при колебаниях от 0.1 до 1.1%. Полученные результаты могут быть использованы для оценки и моделирования углеродного баланса спелых и перестойных сосняков средней тайги. В дальнейших исследованиях коллектив авторов планирует проведение анализа данных о фитомассе и запасах углерода в сосняках зеленомошной группы типов леса в зависимости от возраста сообществ (от молодняков до приспевающих) и категории лесов по целевому назначению (защитные, эксплуатационные), что позволит уточнить региональные модели углеродных циклов среднетаежных сосняков на разных стадиях развития сообществ при различных сценариях лесопользования.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам ИЛ КарНЦ РАН, принимавшим участие в сборе и обработке полевого материала: Александру Михайловичу Крышеню, Гульнаре Вялитовне Ахметовой, Надежде Васильевне Гениковой, Владимиру Александровичу Карпину, Елене Викторовне Мошкиной, Сергею Геннадьевичу Новикову, Антону Николаевичу Солодовникову, Вере Владимировне Тимофеевой, Андрею Владимировичу Туюнену, а также руководству и работникам Государственного природного заповедника «Кивач» за содействие в выполнении исследований.
ФИНАНСИРОВАНИЕ
Исследование выполнено в рамках государственного задания Института леса КарНЦ РАН (рег. №121061500082-2), а также по теме «Разработка системы наземного и дистанционного мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации; обеспечение создания системы учета данных о потоках климатически активных веществ и бюджете углерода в лесах и других наземных экологических системах» (рег. № 123030300031-6) в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИПГЗ) «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев Г. В., Радионов В. Ф., Александров Е. И., Иванов Н. Е., Харланенкова Н. Е. Изменения климата Арктики при глобальном потеплении // Проблемы Арктики и Антарктики. 2015. № 1. С. 32–41.
Ананьев В. А., Мошников С. А. Структура и динамика лесного фонда Республики Карелия // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2016. № 4. С. 19–29.
Анучин Н. П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность, 1982. 552 с.
Байрамова Л. А. К вопросу об изменениях климата в глобальном масштабе // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2015. № 1-2. С. 94–97.
Бондаренко Л. В., Маслова О. В., Белкина А. В., Сухарева К. В. Глобальное изменение климата и его последствия // Вестник Российского экономического университета им. Г. В. Плеханова. 2018. № 2. С. 84–93.
Волков А. Д. Типы леса Карелии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. 180 с.
Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2022 году: информационное электронное издание // МПРиЭ Республики Карелия; ред.: А. Н. Громцев, В. В. Каргинова-Губинова, О. Л. Кузнецов, Е. Г. Полина. Петрозаводск. КарНЦ РАН, 2023. 265 c.
Грязькин А. В., Беляева Н. В., Кази И. А., Лубинь Г., Чэн Т. Запасы углерода в сосняках и ельниках Ленинградской области // The Scientific Heritage. 2021. № 64. Vol. 2. P. 3–6.
Гулёв С. К., Катцов В. М., Соломина О. Н. Глобальное потепление продолжается // Вестник РАН. 2008. Т. 78. № 1. С. 20–27.
Данилов Д. А., Яковлев А. А., Суворов С. А., Крылов И. А., Корчагов С. А., Хамитов Р. С. Формирование надземной фитомассы лиственных древесных пород на постагрогенных землях // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2023. № 1. С. 65–76.
Замолодчиков Д. Г. Оценка пула углерода крупных древесных остатков в лесах России с учетом влияния пожаров и рубок // Лесоведение. 2009. № 4. С. 3–15.
Замолодчиков Д. Г., Грабовский В. И., Честных О. В. Динамика баланса углерода в лесах федеральных округов Российской Федерации // Вопросы лесной науки. 2018. № 1. С. 1–24.
Замолодчиков Д. Г., Уткин А. И., Коровин Г. Н. Определение запасов углерода по зависимым от возраста насаждений конверсионно-объемным коэффициентам // Лесоведение. 1998. № 3. С. 84–93.
Иванчиков А. А. Биологическая и хозяйственная продуктивность сосняков Карелии // Лесные растительные ресурсы южной Карелии. Петрозаводск, 1971. С. 78–84.
Иванчиков А. А. Фитомасса сосняков и ее изменение с возрастом древостоев // Лесные растительные ресурсы Карелии. Петрозаводск, 1974. С. 37–50.
Исаев А. С., Коровин Г. Н., Уткин А. И., Пряжников А. А., Замолодчиков Д. Г. Оценка запасов углерода и годичного депонирования углерода в фитомассе лесных экосистем России // Лесоведение. 1993. № 5. С. 5–10.
Казимиров Н. И., Волков А. Д., Зябченко С. С., Иванчиков А. А., Морозова Р. М. Обмен веществ и энергии в сосновых лесах Европейского Севера. Л.: Наука, 1977. 303 с.
Казимиров Н. И., Морозова Р. М. Биологический круговорот веществ в ельниках Карелии. Л.: Наука, 1973. 176 с.
Казимиров Н. И., Морозова Р. М., Куликова В. К. Органическая масса и потоки веществ в березняках средней тайги. Л.: Наука, 1978. 216 с.
Капица Е. А., Шорохова Е. В. Пулы и потоки углерода крупных древесных остатков в лесах Европейской части таежной зоны // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2012. № 201. С. 41–49.
Капица Е. А., Шорохова Е. В., Кузнецов А. А. Пул углерода крупных древесных остатков в коренных лесах северо-запада Русской равнины // Лесоведение. 2012. № 5. С. 36–43.
Кашкаров Е. П., Поморцев О. А. Глобальное потепление климата: ритмическая основа прогноза и её практическое значение в охране лесов Северного полушария // Хвойные бореальной зоны. 2007. Т. 24. № 2-3. С. 207–216.
Кобак К. И. Биотические компоненты углеродного цикла. Л: Гидрометеоиздат, 1988. 248 с.
Кофман Г. Б. Рост и форма деревьев. Новосибирск: Наука, 1986. 211 с.
Курбанов Э. А. Бюджет углерода сосновых насаждений центрального лесотаксационного района России. Дисс. … докт. с.-х. наук (спец. 06.03.02). Йошкар-Ола, 2003. 336 c.
Кучко А. А., Матюшкин В. А. Запасы и состав органического вещества в различных типах березняков южной Карелии // Лесные растительные ресурсы Карелии. Петрозаводск, 1974. С. 24–36.
Мошников С. А., Ананьев В. А., Матюшкин В. А. Оценка запасов крупных древесных остатков в среднетаежных сосновых лесах Карелии // Лесоведение. 2019. № 4. С. 266–273.
Мошников С. А., Ромашкин И. В., Пеккоев А. Н. Особенности структуры лесного покрова на примере полигона интенсивного уровня «Кивач» (Республика Карелия) // Вопросы лесной науки. 2024. Т. 7. № 2. Статья № 144.
О консорциуме «РИТМ углерода». URL: https://ritm-c.ru/about (дата обращения: 10.09.2024).
Осипов А. Ф., Кутявин И. Н., Манов А. В., Кузнецов М. А., Бобкова К. С. Запасы и структура фитомассы древостоев северотаежных сосняков Республики Коми // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал 2022. № 4. С. 25–38. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-4-25-38
Приказ Минприроды России от 27.05.2022 N 371 «Об утверждении методик количественного определения объемов выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов». URL: https://docs.cntd.ru/document/350962750 (дата обращения: 10.08.2024).
Пристова Т. А. Фитомасса подлеска в производных лиственных насаждениях средней тайги // Лесотехнический журнал. 2020. № 1. С. 60–68. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2020.1/6
Распоряжение Минприроды РФ от 30.06.2017 N 20-р (ред. от 20.01.2021) «Об утверждении методических указаний по количественному определению объема поглощения парниковых газов». URL: https://clck.ru/3FUU9z (дата обращения: 10.08.2024).
Романов В. С., Петров Е. Г., Русаленко А. И. Наземная фитомасса сосняков БССР по типам леса // Лесоведение и лесное хозяйство: республиканский межведомственный сборник. Минск: Вышэйшая школа, 1976. № 11. С. 3–15.
Тетюхин C. B., Минаев В. Н., Богомолова Л. П. Лесная таксация и лесоустройство: Нормативно-справочные материалы по Северо-Западу Российской Федерации // Санкт-Петербург: СПбГЛТА, 2004. 360 с.
Третьяков Н. В., Горский П. В., Самойлович Г. Г. Справочник таксатора. М.: Лесная промышленность, 1965. 460 с.
Трофимова И. Л. Надземная фитомасса и ее годичная продукция в спелых сосняках Среднего Урала. Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. Екатеринбург, 2015. 24 с.
Трофимова И. Л., Кощеева У. П., Нагимов З. Я. Надземная фитомасса сосновых насаждений в различных типах леса в условиях Среднего Урала // Аграрный вестник Урала. 2012. № 8. С. 55–58.
Усольцев В. А. Фитомасса и первичная продукция лесов Евразии. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 570 с.
Усольцев В. А. Фитомасса лесов Северной Евразии. Нормативы и элементы географии. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 763 с.
Уткин А. И, Замолодчиков Д. Г., Гульбе Т. А., Гульбе Я. И., Ермолова Л. С. Определение запасов углерода по таксационным показателям древостоев: метод поучастковой аллометрии // Лесоведение. 1998. № 2. С. 38–54.
Швиденко А. З., Щепащенко Д. Г., Нильсон С., Булуй Ю. И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии: (нормативно-справочные материалы) // Федеральное агентство лесного хоз-ва, Междунар. ин-т прикладного системного анализа; 2-е изд., доп. Москва, 2008. 886 с.
Шорохова Е. В., Шорохов А. А. Характеристика классов разложения древесного детрита ели, березы и осины в ельниках средней подзоны тайги // Тр. СПбНИИЛХ. 1999. № 1. C. 17–24.
Яковлев А. А. Влияние почвенных условий на формирование растительных сообществ на постагрогенных и лесных землях (на примере Ленинградской области). Дисс. … канд. с.-х. наук. Санкт-Петербург, 2024. 354 с.
Biotic diversity of Karelia: conditions of formation, communities and species / A. N. Gromtsev, S. P. Kitaev, V. I. Krutov, O. L. Kuznetsov, T. Lindholm, E. B. Yakovlev (Eds.), Petrozavodsk: Karelian research Centre of RAS, 2003, 244 p.
Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M. W., Andrew R. M., Hauck J., et al. Global Carbon Budget 2020 // Earth System Science Data. 2020. Vol. 12. P. 3269–3340.
Graven H. D., Keeling R. F., Piper S. C., Patra P. K., Stephens B. B., et al. Enhanced seasonal exchange of CO2 by northern ecosystems since 1960 // Science. 2013. Vol. 341. P. 1085–1089.
Holmes J., Lowe J., Wolff E., Srokosz M. Rapid climate change: lessons from the recent geological past // Global and Planetary Change. 2011. Vol. 79. No. 3-4. P. 157–162.
Jacob D. J., Turner A. J., Maasakkers J. D., Sheng J., Sun K. et al. Satellite observations of atmospheric methane and their value for quantifying methane emissions // Atmospheric Chemistry and Physics. 2016. Vol. 16. P. 14371–14396.
Koerner R. M., Lundgaard L. Glaciers and global warming // Geographie Physique et Quaternaire. 1995. Vol. 49. P. 429–434.
Lawrence D., Coe M., Walker W., Verchot L., Vandecar K. The unseen effects of deforestation: biophysical effects on climate // Frontiers in Forests and Global Change. 2022. Vol. 5. Article 756115.
Panja P. Deforestation, сarbon dioxide increase in the atmosphere and global warming: A modelling study // International Journal of Modelling and Simulation. 2021. Vol. 41. No. 3. P. 209–219.
Schimel D., Pavlick R., Fisher J.B., Asner G.P., Saatchi S., Townsend P. et al. Observing terrestrial ecosystems and the carbon cycle from space // Global Change Biology. 2015. Vol. 21. No. 5. P. 1762–1776.
Sellers P. J., Schimel D. S., Moore III B., Liu J., Eldering A. Observing carbon cycle–climate feedbacks from space // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. Vol. 115. No. 31. P. 7860–7868.
Shahgedanova M. Climate change and melting glaciers. Chapter 3 // The Impacts of Climate Change. Elsevier, 2021. P. 53–84.
Shorohova E., Kapitsa E. Stand and landscape scale variability in the amount and diversity of coarse woody debris in primeval European boreal forests // Forest Ecology and Management. 2015. Vol. 356. P. 273–284.
Shorohova E., Kapitsa E., Kazartsev I., Romashkin I., Polevoi A., Kushnevskaya H. Tree species traits are the predominant control on the decomposition rate of tree log bark in a mesic old-growth boreal forest // Forest Ecology and Management. 2016. Vol. 377. P. 36–45.
Stahl G., Ringvall A., Fridman J. Assessment of coarse woody debris – a methodological overview // Ecological Bulletins. 2001. Vol. 49. P. 57–71.
Warren W. G., Olsen P. E. A line transect technique for assessing logging waste // Forest Science. 1964. Vol. 10. P. 267–276.
Рецензент: к.б.н., доцент Капица Е. А.