ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 425, № 5, с. 678-682
УДК 574.4
ГЕОГРАФИЯ
УГЛЕРОДНЫЙ БЮДЖЕТ БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
© 2009 г. Э. Ф. Ведрова, академик Е. А. Ваганов
Поступило 25.09.2008 г.
Ратификация Россией Киотского протокола обязывает ее наравне с другими странами мирового сообщества разработать стратегию компенсации выбросов углерода в атмосферу, в том числе его аккумуляцией в лесном покрове [3, 4]. Глобальный баланс углерода, составленный из суммы частных балансов, оценен 1РРС и признан. Однако для России, располагающей 22% площади лесов планеты, в том числе большей частью (более 70%) бореальных лесов, наиболее эффективно поглощающих и длительно сохраняющих углерод [4], проблема не может считаться окончательно решенной: аргументированные определения секвестра атмосферного углерода лесами России пока отсутствуют [8]. Огромное разнообразие российских лесов по составу, структуре, продуктивности, размещение их на площадях, отличающихся по климату, геоморфологии, почвам, и, как следствие, неполнота учета потоков углерода, наличие погрешностей и неопределенностей [8, 10, 11, 13] обусловили продолжение исследований параметров углеродного бюджета с целью корректировки оценок. В результате этих исследований появились серьезные обобщения [3, 10, 11, 13], в которых наиболее полно и аргументированно представлены оценки чистой первичной продукции лесных экосистем и крайне недостаточно -интенсивности гетеротрофного потока (гетеротрофное дыхание, КЬ) углерода в атмосферу. Последнее увеличивает неопределенности количественной оценки статуса лесов России в биосфере (сток или источник для СО2 атмосферы), поскольку для балансовых биосферных расчетов первостепенное значение имеет величина чистой экосистемной продукции (КБР - соотношение интенсивности противонаправленных процессов: затрат углерода на создание №Р за счет фотоав-тотрофной ассимиляции СО2 атмосферы и его возврата в атмосферу при минерализации органи-
ческого вещества). Их снижению способствует, наравне с унификацией и обоснованностью применяемых методов, расширение географии исследований с целью увеличения базы натурных экспериментальных данных для корректировки балансовых расчетов на уровне регионов и для лесов России в целом.
Сибирские леса составляют около 40% лесо-покрытой площади России [5, 7, 8], что определяет их значимость в цикле биосферного углерода. Приведенные ниже результаты исследований являются дополнением и уточнением параметров углеродного бюджета (в особенности в деструк-ционном звене цикла углерода), а также статуса бореальных лесов Средней Сибири, располагающей 39% покрытой лесом площади Сибири [5, 7], относительно диоксида углерода атмосферы. Немаловажно и то, что бореальные леса Средней Сибири являются природной средой реализации масштабных проектов РФ в нефтегазовой области и энергетике (инвестиционные проекты Красноярского края).
Методика расчета пулов углерода (С) в органическом веществе фитомассы и почвы, чистой первичной продукции, описание натурных экспериментов для определения интенсивности разложения мертвого растительного материала (фито-детрита) на поверхности и в толще почвы, формирования минерализационного потока С в атмосферу и др. подробно рассматриваются в [1, 2, 5, 14, 15].
Лесопокрытая площадь территории исследования (в пределах границ Красноярского края: 56°-70°К; 80°-110°Б) объединяет лесотундру, северную, среднюю и южную подзоны тайги и составляет 104.8 млн. га (рис. 1). Распространение древесных пород по территории крайне неравномерное: на долю лиственницы приходится 56%, березы 14, сосны 9, кедра и ели по 7, пихты 4 и осины 2% покрытой лесом площади [5]. Возрастной состав лесообразователей почти на 80% представлен спелыми и перестойными насаждениями. В лесных экосистемах лесотундры и таежной зоны закреплено около 16800 млн. т С. Плотность основных компонентов - фитомассы, фитодетри-та, подвижного и стабильного гумуса составляет
Институт леса им. ВН. Сукачева
Сибирского отделения Российской Академии наук,
Красноярск
Сибирский федеральный университет, Красноярск
углеродный бюджет бореальных лесов 60° 70° 80° 90° 100° 110° 120° 130° 140°
Рис. 1. Схема лесорастительного районирования Красноярского края. I - лесотундра, II, III, IV - северная, средняя, южная тайга соответственно. Арабские цифры - лесорастительные округа и провинции [5].
соответственно 40, 26, 33 и 61 т С ■ га-1. Основным депо служит органическое вещество почвы (ОВП): масса углерода в нем в 3 раза выше, чем в фитомассе (рис. 2).
В составе ОВП 16% С приходится на фитодет-рит, остальное на подвижный (21%) и стабильный (38%) гумус. Запасы С в почве и фитомассе (ФМ) нарастают в меридиональном направлении, отношение СОВП/СФМ изменяется с 4.7 до 2.9 при переходе от лесотундры к северной тайге и до 2 в подзонах средней и южной тайги. Масса и состав фитодетри-та (рис. 3) зависят от видового и возрастного состава лесообразователей, гидротермических условий их функционирования, частоты и интенсивности лесных пожаров, интенсивности лесохозяйствен-ного пользования. Его плотность в лесотундре, северной, средней и южной тайге, рассчитанная с учетом лесопокрытой площади, составляет соот-
ветственно 31.1; 30.6; 20.2 и 30.0 т С ■ га-1. В южной тайге близкая к лесам высоких широт масса фитодетрита связана с интенсивной трансформацией лесов рубками, инвазиями насекомых и пожарами, что приводит к аккумуляции в них медленно разлагающегося органического материала: запасы сухостоя, валежа и корневого детрита в 4-7 раз превышают массу подстилок.
Интенсивность продуцирования ОВ фитомас-сы древесного яруса и напочвенного покрова нарастает в широтном направлении от 1.49 до 2.95 т С ■ га-1 ■ год-1, составляя в среднем 2.23 т С ■ га-1 ■ год-1 (233.8 млн. т С ■ год-1). При-тундровые и северотаежные леса, на 93-84% представленные лиственничниками зеленомош-ной и лишайниковой групп типов леса, характеризуются преимущественным (до 60%) участием напочвенного покрова в продуцировании ОВ фи-
C, млн т ■ га 1 18000
16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
Ш 1 Ш2 03 Н 4
Лесотундра Северная Средняя Южная
Всего
тайга
Рис. 2. Пул углерода в бореальных лесах Средней Сибири, млн. т. 1 - гумус (слой почвы 0-50 см) стабильный; 2 - гумус подвижный; 3 - фитодетрит; 4 - фитомасса.
C, т ■ га-1 |B1 s 2 ш 3 35 —|
30- ■ I ■ I 2520
15 10
5
Лесотундра Северная Средняя
тайга
Южная
Рис. 3. Изменение состава фитодетрита в широтном направлении. 1 - подстилка; 2 - корневой детрит; 3 - сухостой, валеж.
томассы [6, 12]. В лесных экосистемах средней и южной тайги основная роль (70-80% углерода №Р) принадлежит древесному ярусу.
Минерализационный поток (гетеротрофное дыхание), обеспечивающий возврат в атмосферу углерода, изъятого из нее растениями в процессе фотосинтеза, формируется при утилизации почвенными беспозвоночными и микроорганизмами подстилки, корневого детрита, свежеобразованных гумусовых веществ, собственно гумуса почвы и корневых выделений растений. Интенсивность деструкции фитодетрита в зональном аспекте обусловлена как разной длительностью периода биологической активности деструкторов, так и разной массой и соотношением компонентов в его составе. Новообразование гумусовых веществ зависит от эдификатора экосистемы и типа леса. В условиях южной тайги на гумификацию расходуется от 13 до 25% углерода, освободившегося в процессах разложения, в средней тайге от 6 до 14%, в лесотундре 5-6%, в лиственничниках северной тайги при их развитии на
плотных коренных породах около 2.5%. Часть (от 40 до 88%) свежеобразованного гумуса закрепляется в почве, остальной реутилизуется микрофлорой. На вырубках и территориях, пройденных пожарами, наряду с интенсивной минерализацией растительных остатков былого и развивающегося насаждения, наблюдается потеря гумуса почвы за счет увеличения минерализации его подвижной фракции. В зависимости от гранулометрического состава почвы она изменяется от 2.8% в год (суглинистая почва) до 4.6% (супесчаная) [1, 15]. По мере формирования устойчивых запасов фитодетрита (как правило, по достижении древостоями III класса возраста) происходит восстановление исходных запасов почвенного гумуса. В ненарушенных древостоях потери гумуса не происходят: молодые, синтезируемые в процессе разложения гумусовые вещества замещают минерализовавшийся подвижный гумус почвы, обновляя периферическую часть молекулы гумусовых кислот.
Интенсивность минерализационного потока, рассчитанная с учетом площадей и состава лесо-
углеродный бюджет бореальных лесов
681
С, т■га 1 ■ год 1 3.02.52.0- _
1.51.00.5 0
!Ш2
Лесотундра Северная Средняя Южная В целом тайга
Рис. 4. Соотношение углерода чистой первичной продукции (!) и гетеротрофного дыхания (2) в бореальных лесах Средней Сибири.
образователей, изменяется от 1.44 (лесотундра) до 2.68 (южная тайга), в среднем составляя 1.97 т С ■ га-1 ■ год-1 (205.9 млн. т С ■ год-1). Его формирование на 90% обеспечивается разложением растительного материала. Вклад гумуса почвы в формирование потока С-СО2 в лесах южной тайги не превышает 13%, в северных лесах -3-6%. В составе фитодетрита основным "поставщиком" С-СО2 в атмосферу служит лесная подстилка.
Баланс процессов продуцирования ОВ и его минерализации свидетельствует о том, что боре-альные леса Средней Сибири служат стоком для углекислоты атмосферы: чистая экосистемная продукция составляет 0.26 т С ■ га-1 ■ год-1 или 12% затрат С-СО2 на формирование МРР (рис. 4). Полученная величина МБР значительно ниже опубликованных [10] оценок (0.46 т С ■ га-1 ■ год-1) для покрытых лесом земель лесотундры и тайги России. При сопоставимости оценок МРР (2.23 и 2.16 т С ■ га-1 ■ год-1 соответственно для лесов Сибири и России в целом) оценки гетеротрофного дыхания, полученные для Сибири в длительных полевых экспериментах, выше (1.97 против 1.70 т С ■ га-1 ■ год-1).
Притундровые леса Сибири на современном этапе функционирования не накапливают углерод. Его сток в северо- и среднетаежные леса составляет 15%. Южнотаежные экосистемы характеризуются близким к равновесному соотношением продукционны
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.