научная статья по теме ОЦЕНКА ЗАПАСОВ И БАЛАНСА ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЭКОСИСТЕМАХ ЛЕСОПОЛОС ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ Биология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ЗАПАСОВ И БАЛАНСА ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЭКОСИСТЕМАХ ЛЕСОПОЛОС ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ»

]

УДК 631.4; 630.2

ОЦЕНКА ЗАПАСОВ И БАЛАНСА ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЭКОСИСТЕМАХ ЛЕСОПОЛОС ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ

Ю. Г. Чендев,

заведующий кафедрой природопользования и земельного кадастра национального исследовательского университета «БелГУ»,

Chendev@bsu.edu.ru,

Т. Д. Соэр,

почвовед-исследователь национальной лаборатории сельского хозяйства и окружающей среды Департамента сельского хозяйства США, Tom.Sauer@ARS.USDA.GOV,

Р. Б. Холл,

профессор департамента экологии природных ресурсов и природопользования университета штата Айова, США,

rbhall@iastate.edu,

А. Н. Петин,

декан геолого-географического факультета национального исследовательского университета «БелГУ»,

Petin@bsu.edu.ru,

Л. Л. Новых,

доцент кафедры географии и геоэкологии национального исследовательского университета «БелГУ»,

Novykh@bs6u.edu.ru,

Е. А. Заздравных,

аспирант кафедры природопользования и земельного кадастра национального исследовательского университета «БелГУ»,

genn-86@yandex.ru,

Ю. И.Чевердин,

заведующий отделом агропочвоведения Воронежского научно-исследовательского института сельского хозяйства

им. В. В. Докучаева, cheverdin@box.vsi.ru,

В. В. Тищенко,

заведующий отделом агролесомелиорации Воронежского научно-исследовательского института сельского хозяйства

им. В. В. Докучаева, niish1c@mail.ru, К. И. Филатов,

студент геолого-географического факультета национального исследовательского университета «БелГУ»,

kostenph24@mail.ru

Изучены резервы и баланс органического углерода в экосистемах полезащитных лесополос на территории Центральной лесостепи Восточной Европы, возникших в середине 1950-х гг., и представленных 5-6-рядными насаждениями из тополя и березы («Стрелецкая Степь»), клена американского («Ямская степь»), дуба и тополя («Каменная степь»). Выявлено активное депонирование углерода древесной растительностью и органическим веществом почв изученных лесополос. На трех ключевых участках исследования суммарные запасы новообразованного углерода в почвенном гумусе и лесной фитомассе составили 128—159 т/га. Среднегодовой прирост резерва углерода, аккумулируемого растительностью и почвами, оказался равным: на участке «Стрелецкая Степь» — 2,7 т/га, на участке «Ямская Степь» — 2,3 т/га, на участке «Каменная Степь» — 2,8 т/га. Из этого количества средняя ежегодная прибавка запасов углерода в органическом веществе черноземов лесополос составила: на участке «Стрелецкая Степь» — 1,4 т/га, на участке «Ямская Степь» — 1,5 т/га, на участке «Каменная Степь» — 0,8 т/га. Агролесомелиорация в лесостепи, наряду с другими преимуществами, должна быть признана важной мерой, способствующей снижению концентрации углекислого газа в атмосфере.

Reserves and balance of organic carbon in ecosystems of windbreaks planted in the mid-1950s within the Forest-Steppe of Central Eastern Europe were determined from field sampling. Windbreaks were represented by 5—6-row plantings of Populus nigra and Betula pendula («Streletskaya Steppe»), Acer negundo («Yamskaya Steppe»), and Quercus robur and Populus basamifera («Kamennaya Steppe»). Active carbon sequestration by woody vegetation and soil organic matter in the studied windbreaks were revealed. At three key areas total reserves of the newly formed carbon in soil humus and forest phytomass were calculated to be from 128 to 159 t/ha. The average annual growth of carbon reserves accumulated by the vegetation and soils were:

Эволюция и дмнйммкй геосистем

2,7, 2,3, and 2,8 t/ha in «Streletskaya Steppe», «Yam-skaya Steppe», and «Kamennaya Steppe», respectively. Based on this amount, the average annual increase in carbon stocks of the windbreaks's chernozems organic matter was estimated to be 1,4, 1,5, and 0,8 t/ha in «Streletskaya Steppe», «Yamskaya Steppe», and «Kamen-naya Steppe», respectively. Agroforestry in the forest steppe, along with other advantages, should be recognized as an important practice capable of reducing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere.

Ключевые слова: лесостепь, лесополосы, черноземы, агролесомелиорация, депонирование углерода.

Keywords: forest-Steppe, windbreaks, chernozems, agroforestry, carbon sequestration.

Введение. Вопросы, связанные с изучением функционирования экосистем полезащитных лесополос, не теряют своей актуальности, несмотря на многолетний опыт исследований по данному направлению и большое число (сотни) публикаций: статей, монографий, авторефератов диссертаций.

Давно установлена польза лесополос как экосистем, повышающих урожайность сельскохозяйственных культур за счет создания благоприятного микроклимата [1—3 и др.]. Также выявлено положительное влияние лесополос на снижение интенсивности ветровой и водной эрозии почв [4, 5 и др.]. Лесомелиорация степных участков на территории лесостепи и степи усиливает почвообразовательный потенциал среды и способствует быстрому воспроизводству почвенного покрова [6]. Существуют и другие преимущества создания лесополос, включающие формирование среды обитания для диких животных и дикорастущих растений, а также улучшение эстетического восприятия ландшафта [7, 8 и др.]. Вместе с тем дискуссионными продолжают оставаться вопросы, касающиеся объемов и интенсивности депонирования углерода биогеоценозами искусственных лесопосадок [7, 9—11 и др.]. Данный аспект исследований тесным образом связан с решением проблемы глобального потепления климата Земли, обусловленного ростом концентрации углекислого газа в атмосфере [12].

В настоящей статье обсуждаются результаты исследования почв и растительности лесополос на ключевых участках Центральной лесостепи Восточной Европы: на севере лесостепной зоны («Стрелецкая Степь»), в центральной части лесостепной зоны («Ямская Степь»), на крайнем юге лесостепи (участок «Каменная Степь»). Полученные новые сведения дополняют ранее опубликованные по теме исследования результаты [13].

Объекты и методы исследования

Главными объектами исследования являются автомор-фные лугово-степные черноземы лесостепи Среднерусской возвышенности и их гумусовое состояние в целинных экосистемах, на пашнях и под полезащитными лесополосами. Также исследовались древостои лесополос, их качественный состав, надземная и подземная фитомасса.

Ключевые участки исследования выбирались с учетом однородности рельефа (ровные водоразделы), наличия в пределах ареала одной естественной почвенной разности трех угодий (целинной луговой степи, пашни, лесополосы), близких хронологических рамок этапов хозяйственного освоения участков (одинакового возраста распашки степей и времени создания лесополос).

История хозяйственного освоения и возраст распашки почвенного покрова изучались на основе историко-карто-графического метода, путем анализа архивных материалов, с помощью опроса сотрудников научных учреждений, работающих в непосредственной близости от ключевых участков исследования. Возраст лесополос уточнялся с помощью дендрохронологического метода — путем подсчета годичных колец в кернах, извлеченных из стволов деревьев возрастным буравом.

Геоботаническое описание растительного покрова угодий производилось в соответствии с традиционной методикой комплексных физико-географических исследований биогеоценозов.

Возраст и ширина лесополос на всех изученных участках примерно идентичны: лесопосадки созданы в середине 1950-х гг.; средняя ширина лесополос составляет 25 м (5—6-ряд-ные лесонасаждения). Лесополосы возникли на месте пахотных угодий. Возраст освоения почв к моменту закладки лесополос составлял 85—95 лет. Возраст освоения пашен, примыкающих к лесополосам, равен 140—150 лет.

Исследования на трех выбранных ключевых участках показали следующий породный состав древесной растительности в лесополосах: тополь черный и береза бородавчатая («Стрелецкая степь»); клен американский («Ямская степь»); дуб черешчатый и тополь бальзамический («Каменная степь»).

Исследование почв производилось в полнопрофильных разрезах и в почвенных скважинах. Учетные площадки исследования почв имели следующую площадь: на целинных участках — 100 м 2, под лесополосами — 2

400 м 2, на пашнях, примыкающих с двух сторон к лесополосам, — по 150 м2. Для получения репрезентативных результатов в слое 0—30 см почв на каждом угодье образцы отбирались по квадратной сетке. Сформированные таким образом выборки на каждом из трех ключевых участков исследования составили: на целине — 6 проб, под лесополосой — 18 проб, на пашне — 24 пробы. В разрезах, заложенных в центральных частях каждого исследованного угодья, почвенные пробы отбирались до глубины 1 м. Лабораторные исследования почв включали определение их плотности, а также содержания и запасов углерода гумуса. Содержание углерода органического вещества (гумуса) почв определялось методом сухого сжигания на анализаторе NA 15000 Fison (ThermoQuest Corp., Austin, TX). При обработке результатов массовых определений исследуемых показателей был использован комплекс методов математической статистики.

Измерения надземных запасов древесины в изученных лесопосадках производились на учетных площадках размером 20 х20 = 400 м2 — в местах площадного отбора почвенных проб. Отбор древесных кернов для определения плотности древесины выполнялся на высоте 1,3 м от поверхности почвы с помощью возрастного бурава диаметром 5,15 мм. Плотность древесины определялась путем деления массы

абсолютно сухих древесных кернов, отобранных с помощью возрастных буравов, на объем этих кернов. Диаметр стволов деревьев в пределах учетных площадок измерялся на двух уровнях — 1,3 и 3 м относительно поверхности почвы. Общая высота деревьев оценивалась с помощью клинометра, а высота стволов деревьев до кроны измерялась с помощью телескопической рейки. Разница в замерах двух диаметров стволов деревьев на разных высотах затем конвертировалась в конус-фактор. Конус-фактор был использован для оценки диаметра деревьев от поверхности почвы до основания живых крон.

Площади поперечного сечения стволов для каждой измеренной высоты определялись по формуле:

£ = л-Я2, (1)

где Я — радиус ствола дерева.

Объем стволовой древесины от поверхности почв

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»