ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 3, с. 290-300
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.4:630.116.28
РОЛЬ ПОЧВ В РЕГИОНАЛЬНОМ БАЛАНСЕ УГЛЕРОДА В СОСНОВЫХ ЛЕСАХ КАРЕЛИИ*
© 2009 г. С. М. Синькевич, О. Н. Бахмет, А. А. Иванчиков
Институт леса Карельского НЦ РАН, 185610, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 e-mail: sergei.sinkevich@krc.karelia.ru Поступила в редакцию 07.09.2007 г.
Для оценки региональных особенностей круговорота углерода исследованы его запасы и потоки в сосняках автоморфных местообитаний Карелии. На стационарных пробных площадях, заложенных в средне- и северотаежных сосновых насаждениях ключевых типов леса, исследовали структуру и динамику фитомассы, а также состав органического вещества почвы. Определен вклад различных компонентов лесных экосистем в углеродный баланс территории. Запас углерода в почве в среднетаежной подзоне составляет 330-440, а в северотаежной - 440-550 кг х 102/га. При этом доля почвенного блока в общем углеродном пуле лесных биогеоценозов составляет 46-35 и 33-24% соответственно. Период существенного закрепления углерода в экосистеме (около 20 кг х 102/га/год) оказался ограничен этапом средневозрастных древостоев. В спелых и перестойных сосняках закрепляется лишь до 4 х 102 кг/га углерода в год. Основная часть почвенного углерода (65-75%) находится в иллювиальных горизонтах, хотя его содержание в них составляет менее 1% по сравнению с 30-50% в лесных подстилках. При промышленной заготовке древесины основные резервы почвенного углерода не затрагиваются, отмечается лишь истощение фонда подвижного углерода в органогенных горизонтах бедных почв или его интенсивное накопление в результате развития сплошного растительного покрова в плодородных местообитаниях.
В связи с перемещением мировых объемов заготовки древесины в северное полушарие планеты важным аспектом ведения хозяйства в боре-альных лесах становится оценка их роли в глобальном круговороте углерода. Это позволит лучше прогнозировать ожидаемые климатические изменения, которые должны, по некоторым оценкам, в наибольшей степени затронуть именно бореальную зону [30, 35].
Расчеты глобального баланса углерода в значительной степени основаны на допущениях и экспертных оценках. В то же время на международном и российском уровнях он признается важным интегральным показателем устойчивости лесоуправления [12, 19, 34]. Поэтому для экологического обоснования стратегии природопользования актуально получение новой и уточнение существующей информации об углеродном балансе отдельных регионов, которая может оказаться более полезной в силу того, что большинство хозяйственных мероприятий разрабатывается и осуществляется на региональном уровне [27].
По данным Одума [17], содержание С02 в атмосфере на протяжении всего истекшего столетия постоянно росло в результате новых антропогенных поступлений, складывающихся из сжига-
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (гранты < 93-04-21200-а, 05-04-97529-р-север-а).
ния горючих ископаемых, развития сельского хозяйства и вырубки лесов. Однако, согласно более поздним исследованиям [33], уровень С02 возрастает лишь со второй половины XX в. Не однозначны и оценки роли биосферы в глобальном балансе углерода. Так, Вудвелл с соавт. [36] считают, что биота в настоящее время является источником повышения содержания С02 в атмосфере. По мнению же Кобак [11], биогенное связывание атмосферного углерода превышает его поступление в результате дыхания живых организмов и разложения органического вещества.
Роль лесов планеты в углеродном балансе определяется в первую очередь тем, что масса углерода в них существенно превышает его запасы в атмосфере [12], а лесная почва включает в себя 73% углерода, имеющегося во всех почвах планеты [33]. В то же время многообразие методических подходов к моделированию динамики почвенного углерода порождает существенные различия в оценках его содержания на уровне климатических зон, стран и отдельных регионов [31, 25], в связи с чем вполне закономерными представляются выводы Уткина с соавт. [23] о необходимости серьезного пересмотра вклада лесов и особенно таежных почв России в углеродный цикл биосферы.
Заготовка древесины, являющаяся наиболее радикальной формой эксплуатации лесных ре-
РОЛЬ ПОЧВ В РЕГИОНАЛЬНОМ БАЛАНСЕ УГЛЕРОДА Таблица 1. Таксационная характеристика пробных площадей
Показатель
Подзона тайги
средняя
№ пробной площади 1 3 8 67 1 2 3 4
Тип леса С-чер С-чер С-бр С-бр С-бр С-бр С-чер С-чер
Возраст, лет 160 50 160 50 140 100 85 110
Класс бонитета II I III III IV III III IV
Средний диаметр, см 33.1 17.1 29.1 13.8 29.0 24.0 15.0 20.0
Средняя высота, м 31.0 19.0 25.8 12.3 22.0 20.0 16.0 19.0
Абсолютная полнота, 41.8 26.9 29.1 26.0 30.5 27.6 26.1 22.4
м2/га
Запас растущий, м3/га 566 256 327 178 300 250 209 169
Запас сухостоя, м3/га 34 2 4 5 - - - -
Густота, шт./га 562 1524 442 3267 730 800 1533 1067
северная
Примечание. С-чер - сосняк черничный, С-бр - сосняк брусничный.
сурсов, по-разному сказывается в условиях экстенсивного и интенсивного хозяйства. В настоящее время элементы обеих стратегий могут реа-лизовываться в одном регионе. При этом в первом случае сразу и наиболее сильно затрагивается почва, содержащая весьма значительную часть запаса углерода лесной экосистемы, а во втором - изменения в почве должны накапливаться постепенно вследствие радикального изменения структуры древостоя.
Таким образом, учитывая сложившуюся структуру лесопользования таежного региона, в котором преобладают сплошнолесосечные рубки, важно оценить трансформацию и миграцию запасов органического почвенного углерода после удаления древостоя.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
На постоянных пробных площадях (табл. 1), заложенных в сосновых насаждениях, преобладающих типов леса средне- и северотаежной подзон Карелии исследована структура запасов углерода органического вещества.
Существенным моментом методики было определение запасов углерода в фитомассе. Химический состав частей дерева и напочвенного покрова в настоящее время известен достаточно хорошо [6, 11, 16]. При некотором разнообразии методических подходов конверсионные коэффициенты, применяемые разными авторами для определения углерода в сухой фитомассе, довольно близки. Так, по данным Кобак [11] содержание углерода в надземной фитомассе составляет около 50%. Макаревский [13] при определении запаса углерода в лесных фитоценозах Карелии принял его равным 50% для всех частей дерева и напочвенного покрова, а для лесных подстилок -
58.1%. В работе Исаева с соавт. [5] при оценке запасов и годичного депонирования углерода лесными экосистемами России применены переводные коэффициенты 0.5 для одревесневших частей деревьев и кустарников и 0.45 - для хвои и листьев. Марланд [28] при глобальных расчетах применял множитель, равный 0.26 т углерода на 1 м3 древесной фитомассы.
В данном исследовании при расчетах использованы результаты Никитина [16] о содержании углерода в отдельных фракциях фитомассы деревьев разных пород. Для подсчета содержания углерода в фитомассе живого напочвенного покрова принят коэффициент 0.45 [6] для среднетаеж-ной подзоны и, с учетом видового состава, 0.50 -для северотаежной.
Для оценки интенсивности выделения С02 с поверхности почвы использовался камерно-статический метод [10] с последующим определением на газовом хроматографе Хром-4.
Запасы углерода в 50-сантиметровом слое почвы конкретных объектов исследований были получены путем суммирования его запасов по горизонтам. Биохимический состав лесных подстилок определяли по методу Ястрембовича и Калинина [26] в модификации Софроновой с соавт. [21].
Для оценки вероятных путей трансформации почвенного углерода в случае антропогенных нарушений применялось исследование органопро-филей - система анализа, дающая представление о генезисе почв. Она характеризуется двумя уровнями морфологических описаний - почвенного профиля в целом и микроструктуры почвенных горизонтов. Ее изучение позволяет более детально охарактеризовать процессы, протекающие в почве, и на основе информации о микроморфологии органического вещества почв оценить трансформацию растительных остатков и интенсив-
ность их гумификации, а также взаимодействие различных органических производных с минеральной частью почвы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исходными материалами для расчета запасов углерода в насаждениях, его стока из атмосферы на формирование годичного прироста и возврата с опадом на поверхность почвы являются результаты исследований биологической продуктивности и круговорота органического вещества на пробных площадях.
В живом напочвенном покрове среднетаеж-ных сосновых насаждений содержится от 10.2 до 27.5 кг х 102/га углерода, что составляет 1.6-6.3% по отношению к его массе в древесном ярусе. В зависимости от возраста, типа леса и производительности древостой потребляет от 14 до 40 кг х х 102/га углерода. Полученные в ходе настоящего исследования результаты показали, что депонирование углерода в фитомассе годичного прироста фактически ограничивается этапом средневозрастных древостоев, которые связывают до 20-25 кг х 102/га в зависимости от типа леса. В приспевающих и спелых насаждениях накопление массы углерода не превышает 5 кг х 102/га, а в фитомассе древостоев старше 120 лет депонируется лишь 0.14-0.45 кг х 102/га углерода в год. В живом напочвенном покрове закрепляется незначительное его количество - 0.25-0.55 кг х 102/га, так как в данном случае отпад составляет около 90% годичного прироста.
Запасы углерода в древесном ярусе изученных северотаежных сосняков составляют в зависимости от таксационных показателей 340-985 кг х х 102/га. В живом напочвенном покрове содержится 25-36 кг х 102/га углерода, что составляет 3-10% по отношению к массе углерода в древостое.
Сток углерода из атмосферы на формирование годичного прироста соснового древостоя в северной подзоне тайги составляет 8.4-22.8 кг х 102/га, а на поверхность почвы с отпадом и опадом фито-массы - 6.7-18.1 кг х 102/га. Депонирование углерода в фитомассе древостоя зависит от продуктивности насаждения, возраста, типа леса, класса бонитета и т.д. В древо
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.