ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 5, с. 36-43
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*181.9
ПУЛ УГЛЕРОДА КРУПНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОСТАТКОВ В КОРЕННЫХ ЛЕСАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РУССКОЙ РАВНИНЫ*
© 2012 г. Е. А. Капица, Е. В. Шорохова, А. А. Кузнецов
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет 194021 Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 E-mail: kapitsa@list.ru Поступила в редакцию 19.06.2011 г.
Оценивали роль крупных древесных остатков (КДО) в круговороте углерода коренных таежных лесов. Рассчитывали значения запасов углерода, а также баланс углерода КДО: соотношения входящего (отпад древостоя) и исходящего (ксилолиз) потоков в биогеоценозах различных типов леса и сукцессионного статуса в Архангельской и Ленинградской областях и Республике Коми. Значения запасов углерода КДО, потока углерода в связи с отпадом древостоя, потока углерода, связанного с ксилолизом, и баланса потоков углерода отпад древостоя - ксилолиз варьировали от 0.4 до 54.4, 0.088 до 2.494, 0.001 до 0.824 и -0.634 до +2.483 т С га-1 год-1, соответственно. Запас углерода КДО и поток углерода в связи с ксилолизом линейно зависели от запаса КДО. Пул углерода КДО зависел, в первую очередь, от фазы возрастной динамики древостоя.
Отпад древостоя, ксилолиз, возрастная динамика древостоя.
Несмотря на значительный объем экспериментального материала о круговороте углерода в лесах России и разработанные на его основе модели, роль российских лесов в глобальном круговороте углерода остается недостаточно изученной. Основные проблемы, порождающие неопределенность в оценках и требующие дальнейшего исследования, связаны с процессами, происходящими при разложении мертвого органического вещества (в основном, в почве и крупных древесных остатках (КДО)), а также в результате естественных нарушений (пожаров, ветровалов и др.) [8, 16, 20]. В литературе приведены некоторые оценки запасов углерода КДО в коренных и вторичных таежных лесах [10, 11, 15, 23]. Однако для оценки роли КДО в углеродном цикле необходим расчет не только запасов, но и баланса потоков углерода, связанных с КДО, в зависимости от естественных и антропогенных нарушений.
Целью данного исследования являлась характеристика параметров круговорота углерода, связанного с КДО, в биогеоценозах (БГЦ) коренных
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проекты 09-04-00209-а, 09-04-10100-к), правительства Санкт-Петербурга (гранты для аспирантов вузов Санкт-Петербурга 2009 г.), а также проекта ЕС FP7, Marie-Curie International Incoming Fellowhips (236030).
средне- и северотаежных лесов. Задачи исследования включали: 1) расчет значений запасов и потоков углерода, связанных с КДО, а также баланса углерода КДО: соотношения входящего (отпад древостоя) и исходящего (ксилолиз) потоков в БГЦ коренных лесов различных типов леса и сукцессионного статуса; 2) количественную оценку влияния различных факторов на пул углерода КДО и определяющие его потоки.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экспериментальные данные собраны в период с 1998 по 2009 г. в среднетаежных ельниках природного парка "Вепсский лес" Ленинградской области, национального парка "Кенозерский" Архангельской области, а также в северотаежных ельниках национального парка "Югыд Ва" Республики Коми (таблица).
Для оценки пула углерода КДО использовали данные инвентаризации КДО на трансектах. Для валежа и зависших деревьев учитывали породу, класс разложения [15] и диаметр в месте пересечения ходовой линии. Объем КДО по породам и классам разложения рассчитывали по формуле [21]:
V = (п2/8 X 5 )/£ ьр где V - объем КДО данного класса разложения,
й и о о и
î=i и к s и
м о
Таблица Обобщенная характеристика пробных площадей
Природный парк "Вепсский лес " (Ленинградская область) Национальный парк "Кенозерский" (Архангельская область) Национальный парк "Югыд Ва " (республика Коми)
Подзона тайги Средняя Средняя Северная
Преобадающая в древостое Ель (Picea abies) Сосна (Pinus sylvestris) Ель (Picea abies) Сосна (Pinus syl- Ель (Picea obovata
порода vestris) Ledeb.)
Сопутствующие в древостое Осина (Populus trémula), Осина (Populus tremula), Сосна (Pinus syl- Ель (Picea abies) Пихта (Abies sibirica
породы береза (Betula sp.) береза (Betula sp.), ель (Picea abies) vestris), береза {Betula sp.), осина (Populus tremula) Ledeb.), кедр (Pinus sibirica Du Tour), береза (Betula sp.)
Число пробных площадей 44 20 15 3 33
Возраст древостоя, лет 40-200 80-200 120-360 160-250 180-200
Класс бонитета 1,3,4,5 4,5 1,3,4,5 1,5 3,4,5
Средняя высота, м 12-30 16-21 18-25 13-27 12-20
Средний диаметр, см 14-32 22-37 18-34 17-38 20-34
Вариант возрастной струк- Ар, Ор, Уо Ор Ор, Ар, Ур Ор, Ар Ap
туры древостоя
Фаза динамики древостоя 1А, 10, 1У, 2А, 20, 2У, ЗА, 30, ЗУ, ветровальные окна 10, 20, 30 10, 20, 30, 1А, 2А, ЗА, 2У 10, 1У ЗА
Обобщенная фаза динамики 1,2,3 1,2,3 1,2,3 3 3
Группа возраста Перестойные, свежие ветровальные окна Перестойные Перестойные Перестойные Перестойные, свежие ветровальные окна
Тип леса чр., хв.-сф., тр.-бол., ч.-сф., баг. лиш.-зел., баг. чр., хв.-сф., тр,-бол., ч.-сф. баг., чр. сф.-ч., хв.-пап., дол.
Запас древостоя, м3гаГ1 81-447 107-250 135-432 149-297 150-266
Запас КДО, м3 м3гаГ 32-328 2-92 44-191 28-73 11-138
Я
3
M
4
о
to >
«
я я
(г1
Я
to ч M
ю
M
о я
(г1
Я
О
о g
§ ю
Примечание. Варианты возрастной структуры древостоя: Ар - абсолютно-разновозрастные, Ор - относительно-разновозрастные, Уо - условно-одновозрастные. Фаза динамики: цифрой обозначены обобщенные фазы динамики, буквой - варианты возрастной структуры древостоя. Обобщенная фаза динамики древостоя: 1 - фаза нарастания запаса, 2 - фаза дигрессии, 3 - фаза стабилизации запаса [3, 12]. Типы леса: тр.-бол. - травяно-болотный, хв.-сф. - хвощево-сфагновый, хв.-пап. - хвоще-во-папоротниковый, сф.-ч. - сфагново-черничный, чр.-черничный, дол. - долгомошниковый, баг. - багульниковый, лиш.-зел. - лишайниково-зеленомошный.
LíJ
di - диаметр /-го объекта в месте пересечения ходовой линии, Ьу - длинау'-ой ходовой линии, 5 -площадь, в данном случае равная 1 га. Для сухостоя и пней диаметром более 4 см регистрировали породу, класс разложения, диаметры основания и вершины или на высоте 1.3 м и высоту. Объем пней рассчитывали по формуле усеченного конуса, объем сухостойных деревьев - умножением площади сечения на высоте груди на видовую высоту. Для определения массы углерода КДО объем по породам умножали на базисную плотность согласно разработанной системе классов разложения. Массу углерода других фракций (корней, ветвей, коры) вычисляли с помощью конверсионных коэффициентов [4], среднего времени для каждого класса разложения и моделей разложения древесины и коры с учетом фрагментации [5, 6, 13, 14].
Поток углерода, связанный с отпадом древостоя, рассчитывали по данным учетов на постоянных пробных площадях за разные периоды либо с помощью дендрохронологических методов датировкой каждого объекта КДО, образованного в результате отпада за последние 5 лет. Отпад, выраженный в м3 га, умножали на базисную плотность древесины по породам. Для вычисления отпада по фитомассе корней и ветвей отпад по запасу по породам умножали на соответствующие конверсионные коэффициенты. Отпад коры по фитомассе получали умножением отпада коры по объему по породам (составляющего определенный процент от прироста по запасу стволовой древесины) на базисную плотность коры. Общий отпад древостоя по фитомассе вычисляли как сумму отпада стволовой древесины, ветвей, корней и коры. При этом фитомассу в Мг га-1 переводили в Мг С га-1 с коэффициентом 0.5.
Для оценки потока углерода, связанного с ксилолизом, использовали данные о распределении КДО по породам, классам разложения и категориям (сухостой, валеж, зависшие деревья, пни), конверсионные коэффициенты и модели ксилолиза крупных древесных остатков по фракциям [5, 14]. Принимали процент прикрепленных ветвей для 1-го класса разложения равным 100%, для 2-го и 3-го - 50%, для 4-го и 5-го - 0%. Для прикрепленных ветвей использовали модель [6, 13], для остальной части ветвей, разлагающихся в подстилке - экспоненциальную модель с константами, рассчитанными А.Х. Грузковой [2] по данным В.А. Мухина [7]. Поток углерода рассчитывали как разность процента потери массы определенной фракции конкретного класса разложения данной породы, умноженного на запас
углерода, за 1 год, прошедший со среднего времени для данного класса разложения.
Все распределения проверяли на нормальность, и в случае несоответствия приводили к нормальным путем извлечения корня или логарифмирования. Далее данные обрабатывали с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA, программный пакет $1а1181;1са 6.0) и теста на гомогенность Дункана с целью установления влияния на запас углерода КДО, потоки углерода в связи с отпадом древостоя и ксилолизом, а также на баланс углерода следующих факторов: подзоны тайги, преобладающей в древостое породы, возраста преобладающего поколения, класса бонитета, типа леса, фазы возрастной динамики и возрастной структуры древостоя.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Значения запаса углерода КДО варьировали от 0.4 до 54.4 т С га-1. Наибольшие значения запасов углерода КДО характерны для фазы возрастной динамики, характеризующей дигрессию условно-одновозрастных еловых древостоев (резерват "Вепсский лес" природного парка "Вепсский лес"). Наименьшие значения отмечены для древостоев, находящихся в фазах нарастания и стабилизации запаса, в абсолютно-разновозрастном сосняке лишайниково-зеленомошном (резерват "Ащозерский" природного парка "Вепсский лес") и относительно-разновозрастном ельнике долгомошно-сфагновом (национальный парк "Югыд Ва"), характеризующихся низкими запасом и приростом древостоя. Наиболее значимым фактором, влияющим на запас углерода КДО, являлось сукцессионное состояние древостоя, выраженное как обобщенная фаза динамики древостоя (рис. 1). При этом запас углерода в КДО для БГЦ фаз нарастания и стабилизации запаса достоверно не различался = 3.227, р = 0.076), а значимыми факторами были подзона тайги и преобладающая в древостое порода. Влияния
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.