ЭКОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 3-12
УДК 630*532
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ И КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРИ ОЦЕНКЕ ПРИХОДНОЙ ЧАСТИ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА ЛЕСОВ
© 2007 г. В. А. Усольцев
Ботанический сад УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 марта, 202 E-mail: Usoltsev50@mail.ru Поступила в редакцию 09.03.2006 г.
Обсуждаются неопределенности, связанные с методами оценки надземной и подземной фитомассы и первичной продукции лесных насаждений на пробных площадях, а также ее экстраполяции на покрытые лесом территории.
Ключевые слова: депонирование углерода, лесные насаждения, первичная продукция, фитомасса, методы определения.
После ратификации Протокола Киото в октябре 2004 г. для России, располагающей 22% площади планетарных лесов, открываются новые перспективы в оценке биосферной роли национальных лесов, обеспечивающей высокие экономические выгоды, поскольку удельные затраты на сокращение 1 т выбросов С02 в России на два порядка ниже, чем в США и Японии (Ануфриев, 2004).
Понятия углерод и фитомасса связаны стабильным соотношением 1 : 2, однако точность глобальных оценок углеродного пула в лесной фитомассе недостаточна для биосферного прогнозирования. Как в 1960-е годы эти оценки на планетарном уровне различались на порядок, варьируя в пределах от 4 (Müller, 1960) до 41 Гт (Deevey, 1960; цит. по: Усольцев, 2003), так и спустя 30 лет, снизившись по общему уровню вчетверо, они тем не менее сохранили десятикратный перепад - от 1 (Kräuchi, 1993) до 10 Гт (Global..., 1991). Соответственно роль лесных экосистем в глобальных биосферных циклах разными исследователями оценивается от отрицательной (Woodwell et al., 1978) до положительной (Кобак и др., 1980).
Упомянутые противоречия обусловлены чрезвычайным дефицитом информации о фактической биологической продуктивности насаждений, несовершенством, многообразием и противоречивостью применяемых методов их оценки, а также некорректными методами экстраполяции показателей пробных площадей на покрытые лесом территории.
А.И. Уткин (2003) рассматривает экологическое направление XX в. первичную биологиче-
скую продуктивность как предтечу современного научного направления - углеродный цикл биосферы и как составную часть последнего. Понятие биологическая продуктивность включает в себя две взаимосвязанные составляющие: фитомасса лесного насаждения, выраженная в тоннах абсолютно сухого вещества на 1 га, и первичная продукция ^РР) - количество фитомассы, произведенной насаждением на единице площади в единицу времени.
Настоящая статья посвящена анализу некоторых методических неопределенностей, связанных с оценкой лишь приходной части углеродного цикла (углеродный пул и его годичное депонирование) в терминах биологической продуктивности насаждений (фитомасса и NPP) и ее экстраполяцией на покрытые лесом территории. Методы определения названных двух составляющих биопродуктивности насаждений во многом различаются, поэтому и соответствующие методические неопределенности рассматриваются раздельно. Структура статьи в целом определяется их основным перечнем (см. таблицу) с последующим кратким комментарием и анализом.
неопределенности, связанные с оценкой фитомассы насаждений
Оценкой фитомассы лесного покрова занимались и продолжают заниматься специалисты разных научных областей - лесоводы, лесные таксаторы, экологи, ботаники, почвоведы, физиологи, лесные климатологи, пирологи и даже лесные энтомологи. Хотя исследователь, делающий первые оценки биопродуктивности лесных насаждений в данном экорегионе, с наибольшей вероят-
Перечень основных неопределенностей при оценке приходной части углеродного цикла (фитомассы и NPР) лесных насаждений
№ Направление или раздел исследований Неопределенности
1 Определение фитомассы насаждений на пробных площадях Спонтанный характер подбора пробных площадей
2 Отсутствие критериев точности оценок
3 Отсутствие стандартов по терминологии, а также по времени и алгоритму выборочного учета
4 Отсутствие критериев расчета унифицированных моделей фитомассы для оценок ее по данным перечетов
5 Неопределенности с оценкой подземной фитомассы, а также нижних ярусов и генеративных органов
1 Определение NPP насаждений на пробных площадях Проблема несоответствия точности оценок NPP разных фракций фитомассы
2 Оценка ретроспективная или в режиме реального времени?
3 Проблема оценки NPP тонких (сосущих) корней: а) терминологическая неопределенность и какова доля сосущих корней в массе тонкой фракции (<1, <2, <3 мм)? б) методы "емкости врастания", монолитов или миниризотронов? в) проблема "массооборота" как отношения полной продукции к средней за сезон фитомассе г) причины необъяснимого разброса в оценках массооборота - географические, экологические, методические, видовые?
1 Экстраполяция фитомассы и NPP насаждений с уровня пробной площади на региональный Концептуальные противоречия в формировании баз данных о фитомассе и NPP насаждений
2 Диспропорция между фактологической и методологической составляющими при оценке фитомассы и NPP на региональном уровне
3 Методическая несовместимость оценок NPP и NEP на региональном уровне
ностью закладывает пробные площади в наиболее распространенных типах леса, подобный спонтанный процесс подбора пробных площадей несовместим с системным подходом. Насаждения пробных площадей не только должны быть репрезентативными, т.е. типичными для данного экорегиона, но и должны закладываться по градиентам трех основных ортогональных массообразующих факторов: возраст, добротность местопроизрастания и плотность стояния деревьев (полнота).
Таким образом, от спонтанного процесса подбора пробных площадей тем или иным исследователем той или иной отрасли лесных наук необходимо перейти к скоординированному последовательному процессу на основе планирования пассивного эксперимента (Налимов, 1971). В качестве примера можно назвать схему "креста", использованную Н.И. Казимировым и P.M. Морозовой (1973).
Вследствие сложности морфоструктуры насаждений и трудоемкости определения их фракционной структуры в единицах абсолютно сухой массы в основе процесса оценки биологической продуктивности насаждения лежит выборочный
учет, и формирование выборок осуществляется на трех последовательных уровнях: 1) насаждение, репрезентативное для данной их совокупности; 2) модельные деревья, репрезентативные для всей их совокупности в древостое, и 3) навески (образцы) фитомассы, репрезентативные для основных фракций дерева. Существует проблема надежности оценок, которая состоит в необходимости определения точности выборочного учета на каждом из трех упомянутых уровней (насаждение —дерево —► навеска фитомассы) и точности измерений, а также в более проблематичной оценке точности, совокупной по всем уровням.
Необходим приемлемый понятийно-терминологический стандарт. Сегодня продолжается использование понятий поток веществ и энергии и круговорот веществ и энергии в лесном биогеоценозе в качестве равнозначных. Второе из упомянутых понятий находится в противоречии со вторым законом термодинамики, поскольку в действительности лишь вещества (азот, углерод и зольные элементы) участвуют в круговороте, а энергия приходит в биосферу извне, фиксируется в органике и затем рассеивается (Хильми, 1975). Носителем энергии является связанный в расти-
тельности углерод, а не возвращенная в атмосферу его двуокись. Атмосферный углерод возвращает себе энергетический статус лишь за счет внешней энергии, потребляемой в процессе фотосинтеза. Применение же первого термина вполне правомерно, при этом интенсивность потока веществ и энергии определяет продукционный потенциал лесного фитоценоза.
До сих пор не установлен объем понятий надземная фитомасса и подземная фитомасса, т.е. неизвестна граница раздела фитомассы дерева на надземную и подземную, которая бы определялась визуально, с максимальным приближением к точке гипокотиля. С этим связана и неопределенность принятого во всем мире понятия диаметр ствола на высоте груди; эта высота в разных странах варьирует от 1.3 до 1.5 м, однако неизвестно, от какой точки дерева отмерять это расстояние.
Известно, что сроки окончания сезонного роста ассимиляционного аппарата и отложения прироста в структурных компонентах дерева разные, а оцениваются все компоненты модельного дерева на пробной площади одновременно. Необходимо оптимизировать сроки взятия модельных деревьев таким образом, чтобы минимизировать возможные смещения, обусловленные разновременностью сезонного роста разных компонентов, либо разработать систему корректировочных коэффициентов с учетом видовых и региональных фенологических особенностей. Последнее особенно актуально в связи с выявленными климатически обусловленными сдвигами фенологических фаз и темпов роста деревьев (Kramer, 1996; Tingey et al., 2000; Уткин, 2001; Голубятников, Денисенко, 2001).
Несмотря на длительную историю изучения биологической продуктивности лесов, до сих пор нет стандарта по процедуре выборочного учета и фракционированию фитомассы. Например, определение массы тонких корней без их деления на живые и мертвые на ранних этапах исследования (Базилевич, Родин, 1968), а также отнесение в категорию тонких корней корневых окончаний с разным предельным диаметром (от 0.25 до 5.0 мм) практически исключают возможность их сравнительного анализа. Конечно, методика должна учитывать региональную специфику лесных экосистем и не может быть единой, например, в тропиках и бореальной зоне. Тем не менее должна обеспечиваться региональная и биомная сопоставимость результатов.
Вследствие высокой трудоемкости фракционирования, взвешивания и сушки фракций фитомассы дерева, а также в силу преобладания сложных многовидовых насаждений над простыми моновидовыми фитомасса насаждений на 1 га определяется с применением унифицированных
аллометрических зависимостей, специфичных для данной древесной породы в том или ином регионе (Wirth et al., 2004), однако область применения таких зависимостей устанавливается произвольно, без оценки возможных смещений в локальных условиях.
В целом оценки массы корней и надземной фитомассы древостоев несопоставимы
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.