ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2004, № 4, с. 30-42
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630*114.35:630*188.5.1+631.417.1:631.811.1(470)
ОБЩИЕ ЗАПАСЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПОЧВАХ ЛЕСНОГО ФОНДА РОССИИ*
© 2004 г. О. В. Честных1, Д. Г. Замолодчиков1, А. И. Уткин 21
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997 Москва, ГСП-7, Профсоюзная ул., 84/32 E-mail: dzamolod@cepl.rssi.ru 2Институт лесоведения РАН 143030 Успенское, Одинцовский р-н, Московская обл. E-mail: root@ilan.msk.ru Поступила в редакцию 15.04.2004 г.
По географическим регионам России для трех слоев почвенной толщи оценены запасы биологического углерода (Csoil) и общего азота (Nsoil). Основой для расчетов служили распределение на 01.01.1998 г. площадей земель лесного фонда по категориям (покрытые лесной растительностью, не покрытые лесом и нелесные) и специально созданная по литературным источникам база данных по почвенным разрезам в лесной и тундровой зонах. Суммарно для России запасы Csoil в слоях 0-30 см, 0-50 и 0-100 см оценены в 127.0 х 109 т С, 174.8 х 109 и 240.6 х 109 т С. Запасы Nsoil соответственно 9.0 х 109 т N, 12.5.0 х 109 и 20.0 х 109 т N.
Земли лесного фонда России, лесообразующие породы, запасы почвенного биологического углерода (Csoil), запасы общего азота (Nsoil).
Начиная с международной биологической программы (1964-1974 гг.) в проблеме углеродного цикла приоритетным направлением признавались связанные с фитомассой пулы (Сркрота55) и потоки углерода. Это касалось и лесных биомов, которые среди сухопутных природных систем имеют наибольший вклад в биосферно-атмосферные связи по обмену С-С02. Уменьшению в атмосфере концентрации С02 прямо благоприятствуют, во-первых, масштабы фотосинтетической деятельности лесного покрова. Во-вторых, продолжительность пребывания продуктов фотосинтеза в телах живых растений и растительных остатках, вплоть до многовековой консервации углерода в гумусе, торфе и сапропеле. Поэтому биологический углерод почв (Сои) вовлечен в углеродный цикл гораздо шире по сравнению с традиционным пониманием взаимоотношений растительности и почвы по вектору "опад-под-стилка-гумус".
В последние 10-15 лет опубликовано несколько оценок пулов Сои Российской Федерации в целом [7, 23], лесного фонда [8, 11, 14] и др., только болот и заболоченных земель [1-4]. Оценки СоП для одних и тех же категорий земель варьируют
* Исследование поддерживается РФФИ (03-04-48097) и темой 10 "Методы оценки пулов и потоков углерода и парниковых газов в наземных экосистемах, обоснование механизмов их регулирования" Минпромнауки РФ.
обычно существенно из-за различий принципов расчетов и варьирования объемов выборок в базах данных. В большинстве случаев пулы С5оП определялись по почвенным картам различного масштаба и соответственно с неодинаковыми легендами, отражающими степень детализации в принимаемых классификациях почв [7, 8, 23]. Исходная для субъектов федерации информация, касающаяся распределения земель по категориям и угодьям, корректировалась материалами земельного и лесного учетов.
В целенаправленных расчетах пулов Сои на землях лесного фонда предпочтение отдавалось учетам площадей земель разных категорий, определяемых лесоустройством и при других способах лесоинвен-таризаций. Считается, что земли лесного фонда страны (99.5%) и леса, не входящие в лесной фонд (0.5%), по материалам учетов лесного фонда определяются более точно, чем при сканировании контуров почвенных типов с мелкомасштабных карт. Тем более что в России на 62% площади лесов осуществляется наземное лесоустройство с использованием аэрофотоснимков [10]. Слабая изученность почвенного покрова в России, особенно в ее азиатской части, не позволяет при изучении углеродного цикла пока что базироваться на эталонные запасы Сои отдельных типов почв с учетом их географического разнообразия. Другими словами, использовать методику, широко применяемую в странах Западной Европы [18, 20, 24].
Лесоустроительные материалы при определении пулов С0 используются двояко: а) на основе предварительно созданной схемы лесораститель-ного районирования территории, описания растительности категорий земель и определения по литературным данным средних значений Со для всех категорий земель каждого из выделенных районов [11]; б) использование лесоинвентариза-ционных материалов отдельных лесохозяйствен-ных предприятий, с последующим агрегированием их либо по экорегионам, либо сразу же для субъектов федерации, с дальнейшим объединением по ландшафтным полосам (подзонам) в пределах ле-сорастительных областей (регионов). Подзоны и лесорастительные области в этом случае становятся базовыми для расчетов по площади среднестатистических запасов Со по категориям земель лесного фонда. Запасы Со для большинства более дробных природно-территориальных комплексов пока что оценить невозможно из-за ограниченности исходной информации.
В предыдущей статье на обсуждаемую тему [14] нами был апробирован второй вариант использования лесоинвентаризационных материалов для определения пулов Со земель лесного фонда.
Цель настоящей работы: оценить на основе расширенной базы данных запасы С5ои в лесах России для трех слоев почвенной толщи, агрегировав результаты на 12 блоков из сочетаний регионов и подзон; выполнить аналогичные расчеты для пула
МЕТОДИКА
Базовой для расчетов служила информация государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) по состоянию на 1 января 1998 г. [6]. В отличие от ГУЛФ 1993 г., использованном в работе [14], в нем произошли некоторые изменения. Так, согласно новой инструкции [5] из площадей северных редколесий с полнотой 0.1-0.2 была образована категория "естественных редин" с исключением их из фонда лесовосстановления. На севере Сибири уточнялись материалы прежних инвентаризаций, полученные методом таксации с самолетов. Причем в одних районах часть площадей была изъята из категории лесных земель, в других, напротив, включена в лесной фонд.
Порядок объединений площадей земель лесного фонда от лесохозяйственных предприятий до экорегионов (59 единиц и причем только в азиатской части страны) и субъектов федерации (в европейской части минуя экорегионы) был тем же, что и при расчетах Срку1ота. [12]. Но сейчас использовали исключительно площади, опуская запасы древесины и возрастные группы насаждений. Конверсию площадей земель разных катего-
рий, в том числе и покрытых лесом по преобладающим древесным породам, проводили по предикторам (среднеарифметическим запасам СоП, т га-1), полученным по 4 лесорастительным регионам, а внутри их - по 3 подзонам (всего 12 блоков). На конечном этапе расчетов оценки С5оЦ из-за ограниченности объема статьи касаются лишь России в целом и ее регионов.
Вычисление коэффициентов Со для расчетов (по площади) осуществлялось на выборках большего объема, особенно для насаждений, чем в работе [14]. В расчетах Со и опирались на созданную компьютерную базу данных [13], лишь отчасти пополняя ее. Увеличение выборки обязано разработке методики реконструкции закономерностей вертикального изменения плотности почв в пределах толщи [15]. Благодаря этому удалось вовлечь в процедуру расчетов Со те разрезы, для которых имелась информация о гумусе, но не было сведений о плотности почв. Во всех случаях оценки Со включают запасы органического углерода минеральной толщи вместе с подстилкой.
Исходных сведений о запасах общего азота в авторских описаниях почвенных разрезов во много раз меньше, чем запасов гумуса. Поэтому и выборки для расчетов сравнительно малочисленны. То же касается и почв гарей, вырубок, которые редко становятся объектами почвенных исследований. На вырубках последних 50-70 лет практика механизированных заготовок леса предопределила сильную трансформацию верхних (0-30 см, а нередко и 0-50 см) горизонтов профиля.
МАТЕРИАЛЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Предикторы для расчета пулов С.ои и на разных категориях земель лесного фонда. Для категории покрытых лесом земель данные для разных лесообразующих пород, как и в отношении СрНу1отаж [12], дифференцированные по лесорастительным областям и ландшафтным полосам, сведены в табл. 1 и 2. В экологической литературе [12, 16, 17, 23] для аналогичных предикторов можно встретить понятие "плотность углерода". С нашей точки зрения, от такого определения следует отказаться, так как оно не соответствует понятию "плотности" ("объемной массы") в системе физических величин [9].
Выборки, используемые в табл. 1 и 2 для анализа географической изменчивости Сои, для ряда категорий земель являются не очень репрезентативными. Даже в случаях наибольших по объему выборок (25-50 почвенных разрезов) относительная ошибка при определении среднеарифметических значений Со (отношение стандартной ошибки к среднему, %) колеблется в пределах 617%, чаще бывает еще выше. Но и в этих случаях
Таблица 1. Средние (+&Б) запасы органического углерода и общего азота по слоям почвы под насаждениями хвойных пород, т га-1
Углерод Азот
Порода Полоса Регион по слоям, см п по слоям, см п
0-30 0-50 0-100 0-30 0-50 0-100
Сосна 1 1 86 ± 14 119 ± 25 161 ± 38 28 4.3 ± 1.0 6.1 ± 1.4 8.9 ± 2.0 18
1 2-4 135 ± 63 147 ± 65 158 ± 67 7 6.7 ± 2.6 8.0 ± 2.8 10.2 ± 3.8 4
2 1 47 ± 16 56 ± 23 73 ± 31 5 4.3 ± 1.0 6.1 ± 1.4 8.9 ± 2.0 18
2 2 111 ± 27 121 ± 29 138 ± 32 13 3.2 ± 0.3 4.5 ± 0.5 9.6 ± 1.2 3
2 3 80 ± 25 95 ± 27 122 ± 32 9 3.2 ± 0.3 4.5 ± 0.5 9.6 ± 1.2 3
2 4 53 ± 9 64 ± 9 89 ± 9 4 3.2 ± 0.3 4.5 ± 0.5 9.6 ± 1.2 3
3 1 72 ± 10 80 ± 11 93 ± 11 23 3.6 ± 0.5 4.5 ± 0.7 6.0 ± 1.0 14
3 2 96 ± 14 106 ± 14 124 ± 15 27 8.2 ± 1.4 9.4 ± 1.6 24.3 ± 7.7 9
3 3-4 79 ± 8 91 ± 9 110 ± 10 26 5.9 ± 1.2 7.2 ± 1.5 8.7 ± 1.7 12
Ель 1 1 122 ± 13 151 ± 16 192 ± 20 28 5.6 ± 0.9 7.9 ± 1.1 13.8 ± 3.3 16
1 2 85 ± 35 97 ± 36 114 ± 39 6 3.9 ± 1.7 5.0 ± 2.1 7.1 ± 2.9 3
1 3-4 100 ± 34 149 ± 33 206 ± 35 4 6.1 ± 1.1 10.3 ± 1.2 17.2 ± 2.6 4
2 1 64 ± 8 75 ± 9 91 ± 10 14 3.7 ± 1.2 4.4 ± 1.0 6.8 ± 0.6 3
2 2 110 ± 22 120 ± 22 136 ± 23 7 11.8 ± 1.1 12.9 ± 0.7 14.4 ± 0.0 2
2 3-4 141 ± 24 186 ± 29 261 ± 40 10 14.1 ± 2.7 19.1 ± 3.0 29.0 ± 4.0 5
3 1 79 ± 9 98 ± 15 139 ± 34 30 12.6 ± 6.7 13.5 ± 6.8 15.3 ± 7.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.