ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2009, № 4, с. 3-15
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^^^ СТАТЬИ
УДК 630*162.5+547.45(470)
ОЦЕНКА ПУЛА УГЛЕРОДА КРУПНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОСТАТКОВ В ЛЕСАХ РОССИИ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОЖАРОВ И РУБОК*
© 2009 г. Д. Г. Замолодчиков
Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117810 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32 E-mail: dzamolod@cepl.rssi.ru Поступила в редакцию 12.09.2008 г.
Предложена модификация модели накопления крупных древесных остатков (КДО) в лесных насаждениях, связанная с учетом перехода остатков погибших насаждений к восстановившимся лесам и влияния климатических факторов. Согласно уточненным оценкам, полученным применением модели к информации государственного учета лесного фонда по состоянию на 2003 г., для покрытой лесом площади России (733 х 106 га) пул углерода КДО составляет 9504 х 106 т С (13.0 т С га-1), 6630 х 106 т С (69.7%) приходится на новообразованный лесными насаждениями запас КДО, 1509 х х 106 т С (15.8%) на послепожарные, 1365 х 106 т С (14.3%) на послерубочные наследуемые остатки. В Европейско-Уральской части России доля послерубочных остатков повышается до 28%, в Азиатской части увеличивается вклад послепожарного КДО (21%). Суммарные эмиссии от разложения КДО на покрытой лесом площади равны 296 х 106 т С год-1 (0.40 т С га-1 год-1), послепожарные эмиссии (включая разложение КДО на гарях) составляют 68 х 106 т С год-1. На Азиатскую часть приходится 90% послепожарных эмиссий. Разработан набор пересчетных коэффициентов, позволяющих рассчитывать пул углерода КДО по объемным запасам насаждений. Уточнена оценка бюджета углерода по пулу КДО управляемых лесов России (542 х 106 га), в среднем за 1990-2005 гг. составившая 18.7 х 106 т С год-1.
Крупные древесные остатки, разложение, углеродный бюджет, динамика лесного фонда, управляемые леса, лесообразующие породы, рубки, пожары, математическое моделирование, Киотский протокол.
Проблема глобального потепления климата, вызванного ростом атмосферного содержания парниковых газов, привела к значительной активизации исследований углеродной функции лесного покрова. В связи с требованиями международных климатических соглашений по построению кадастров парниковых газов особую актуальность приобрели оценки углеродного бюджета лесов крупнорегионального и национального уровней. В последние годы опубликован ряд работ, характеризующих углеродный бюджет лесов Российской Федерации [2, 4, 13-15, 24-26]. Интенсивная проработка научной проблемы обычно приводит к согласованной точке зрения. Так было, например, с оценками пула углерода фитомассы российских лесов, первоначально варьировавшими от 23 х 109 до 74 х 109 т С, а затем сошедшимися в интервале 30 х 109-35 х 109 т С [см. обзор в 25]. Оценки поглощения углерода в лесах России по данным разных авторов варьируют в значительных пределах
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (08-04-01619).
(100 х 106-500 х 106 т С год-1) и пока не демонстрируют тенденции к сходимости.
Одна из причин столь высокой неопределенности оценок бюджета углерода российских лесов связана с характеристикой потоков углерода, охватывающих пул крупных древесных остатков (КДО). В состав этого пула входит сухостой, ва-леж, отмершие ветви и корни. Формирование пула КДО связано с жизнедеятельностью древосто-ев, которым свойственна напряженная конкуренция между деревьями одного и того же либо разных видов, приводящая к постоянному отмиранию особей (естественному отпаду). Гибель деревьев также вызывают внешние факторы природного (пожары, вспышки вредителей, ветер, навалы снега, засухи) и антропогенного (рубки, промышленные загрязнения) характера. Отмершая древесина поступает в детритные цепи питания, создавая энергетическую основу для существования разнообразных деструкторов и редуцентов. Эмиссии углекислого газа от биогенного разложения КДО весьма значительны и обязательно должны учитываться при оценке бюджета углерода лесов балансовым методом.
Ранее нами [11] была предложена модель, позволяющая рассчитывать запасы КДО в лесном насаждении по сумме остаточных масс когорт отпада. Под когортой понимается совокупность древесных остатков, отпавших в насаждении за определенный год. Остаточную массу когорт отпада определяли как функцию от времени разложения и среднего диаметра остатков. Запас КДО в начальный момент развития лесного насаждения принимали равным нулю, иначе говоря, модель оценивала запасы мертвой древесины, накапливающиеся в лесном насаждении по мере его развития. Однако в молодых насаждениях лесного фонда России присутствуют не только новообразованные КДО, но и мертвая древесина, разлагающаяся в течение длительных сроков после гибели предыдущего насаждения. Поэтому запасы КДО часто оказываются максимальны в молодых и старовозрастных насаждениях, минимальны - в средневозрастных [17, 19, 27]. Еще одно серьезное ограничение модели [11] связано с отсутствием учета климатических факторов. Температура и условия увлажнения контролируют скорость разложения КДО [7], воздействуя на накопление запасов мертвой древесины в лесном насаждении. Цель настоящей работы состояла в модельной оценке пула КДО лесов России с учетом влияния климатических факторов и наследования восстановившимися лесами остатков ранее погибших насаждений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Согласно модели [11], запас КДО в лесном насаждении равен сумме остаточных масс когорт отпада:
А
CWD(A) = £ ЯМС,(А), (1)
г = 1
где CWD(A) - запас КДО в насаждении возраста А, ЯМС (А) - остаточная к возрасту А масса когорты отпада, имевшего место в возрасте г.
Остаточная масса когорты отпада к возрасту А рассчитывается по уравнению:
ЯМС(А) = ТМ, х Р(г), (2)
где ТМг - масса отпада, имевшего место в возрасте г, Р(г) - доля остаточной массы к концу периода разложения равного А - г.
В работе [7] детально рассматриваются формы зависимостей Р от времени и ряда других факторов. В модели [11] в качестве базовой была выбрана зависимость Р от времени разложения и диаметра разлагающихся остатков. Настоящая работа основывается на других зависимостях из работы [7], обеспечивающих учет климатического фактора и представленных для групп лесооб-разующих пород:
(хвойные) Р(г) = ехрН(0.027Я/(Я3 + 1) +
+ 0.038D-0■28)] (3)
Я2 = 0.7, п = 240;
(лиственные) Р(г) = ехрН(0.031Н/(Н3 + 1) +
+ 0.080D-0■30)] (4)
Я2 = 0.6, п = 139;
где Р(0 - доля остаточной древесной массы, Н -коэффициент увлажнения, D - диаметр древесных остатков, см, £ - период разложения, годы.
Коэффициент увлажнения Н [21] является отношением годового количества осадков РЯЕС, мм к потенциальному годовому испарению ЕР, мм:
Н = РЯЕС/ЕР. (5)
Потенциальное годовое испарение в свою очередь рассчитывается по уравнению:
ЕР = 0.0018(25 + Т)2(100 - ЯН), (6)
где Т- температура воздуха, °С, ЯН - относительная влажность воздуха, %. Значения ЕР рассчитываются помесячно, далее суммируются для оценки годового испарения.
Процедуры реализации модели накопления КДО детально охарактеризованы в работе [11], здесь мы ограничимся кратким изложением подхода, акцентировав внимание на его модификациях. Расчеты осуществляли для лесного фонда России в разрезе субъектов РФ. При этом были использованы следующие источники исходных данных: 1) информация государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) по территориям, находившимся в введении МПР РФ по состоянию на 1 января 2003 г.; 2) таблицы хода роста лесных насаждений [3, 6]; 3) созданная в ЦЭПЛ РАН база данных по климату России.
Информация о возрастной структуре насаждений в материалах ГУЛФ дается в формате групп возраста преобладающих древесных пород: мо-лодняков 1-го класса возраста, молодняков 2-го класса возраста, средневозрастных, приспевающих, спелых, перестойных. Для каждого субъекта РФ на основе таблиц хода роста [3, 6] и сведений о преобладающих классах бонитета [1] были рассчитаны доли годичного отпада от наличного запаса древесины по возрастным группам преобладающих древесных пород. Запасы древесины лесных насаждений по данным ГУЛФ сначала пересчитали в углерод фитомассы с использованием системы конверсионных коэффициентов [5], затем по указанным долям оценили величины годичного отпада фитомассы ТМ в разрезе групп возраста преобладающих пород каждого субъекта РФ. Для пересчета из фитомассы в углерод использовали коэффициент 0.5.
Текущая модификация модели включает учет климатических факторов (температуры воздуха,
относительной влажности воздуха, суммы осадков), используемых при расчете коэффициента увлажнения Н. Величины Н были определены для каждого субъекта РФ на основе информации базы данных по климату России. Кроме того, была модифицирована процедура оценки среднего диаметра отпадающих деревьев. В модели [11] для этой цели были использованы регрессионные уравнения, построенные по материалам таблиц хода роста и устанавливающие связь среднего диаметра и объемного запаса лесных насаждений. Уравнения были применены к рассчитанным по данным ГУЛФ средним запасам, при этом допускалось, что все насаждения имеют полноту, равную 1. Очевидно, что такой подход приводил к недооценке среднего диаметра в насаждениях с полнотой, меньшей 1. В настоящей работе были использованы сведения ГУЛФ, характеризующие распределение насаждений групп преобладающих пород по полнотам в разрезе групп возраста. При допущении, что возрастные распределения полноты одинаковы для всех пород данной группы (хвойные, твердолиственные, мягколиствен-ные), были оценены полноты каждой возрастной группы преобладающих пород. Затем средние запасы пересчитали на полноту, равную 1, после чего осуществили оценку среднего диаметра по уравнениям [11, с. 47].
Процедура расчетной имитации образования и разложения КДО разработана с учетом представления информации ГУЛФ по группам возраста лесных насаждений. При допущении, что доля годичного отпада фитомассы ТМ постоянна для всего времени пребывания насаждения в данной возрастной группе, оценивали значения ТМ для каждого года существования насаждения. Затем по уравнению (2) оценивали остаточную массу когорт отпада к началу, середине и концу данной возрастной группы. Границей перехода когорты отпада в пул о
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.