Депонирование углерода разновозрастными культурами сосны
Автор: Чураков Борис Петрович, Манякина Елена Валентиновна
Журнал: Ульяновский медико-биологический журнал @medbio-ulsu
Рубрика: Экология
Статья в выпуске: 1, 2012 года.
Бесплатный доступ
Выявлен характер накопления общей фитомассы и депонированного углерода разновозрастными культурами сосны, созданными в рамках Международной программы «Киотские леса».
Общая фитомасса, депонированный углерод, культуры, тип леса, конверсионный коэффициент
Короткий адрес: https://sciup.org/14112781
IDR: 14112781
Текст научной статьи Депонирование углерода разновозрастными культурами сосны
Введение. Усиливающиеся техногенные и антропогенные нагрузки, уничтожение лесных насаждений в результате промышленных рубок и лесных пожаров оказывают существенно негативное влияние на газовый состав нашей атмосферы, увеличивая риск развития парникового эффекта на земле [1; 5]. Одновременно с потеплением климата происходит перемещение на север границ лесорастительных зон, изменяются условия произрастания растений и их ареал. При потеплении климата на 0,8 °С зональная граница хвойных лесов передвигается на 1° широты, или на 100 км [4].
Леса нашей планеты, являясь одним из главных стабилизирующих природных механизмов, способны компенсировать возросшие выбросы парниковых газов в атмосферу. За последние столетия концентрация углекислоты в атмосфере повысилась на 20 %, что не сопровождается увеличением запасов фитомассы растительного покрова. При этом площадь мировых лесов в результате рубок и пожаров ежегодно сокращается. Например, за период с 1990 по 2005 гг. она сократилась на 125, 3 млн га, то есть ежегодное сокращение составило в среднем 8,4 млн га [6–8].
Леса России, которые составляют 22 % мировых лесных ресурсов и 2/3 бореальных лесов мира, играют значительную роль в углеродном бюджете планеты. Ежегодное накопление углерода в фитомассе лесного фонда России на 2003 г. оценивается в 0,25 млрд т в год, что составляет от 10 до 25 % мирового объема поглощения углекислого газа всеми экосистемами [3; 5].
По оценке Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, из 500 млрд т углерода, содержащегося во всей наземной биомассе, вклад российских лесов составляет 34 млрд т, из которых более 25 млрд т приходится на хвойные леса. Дополнительные запасы углерода сосредоточены в мертвой древесине, лесной подстилке и корневых остатках. Общий запас сухостоя и валежа в лесах России оценивается в 2 млрд т углерода. Следовательно, леса России, наряду с болотами, являются крупнейшими накопителями органического углерода на планете [5; 7].
Одним из важных мероприятий по снижению парникового эффекта является создание искусственных зеленых насаждений на нелесных территориях и на лесных землях, на которых, в силу ряда обстоятельств, естественного лесовосстановления не происходит. Вновь созданные лесные культуры активно вовлекаются в процессы связывания углекислого газа и повышения биологической продуктивности лесных экосистем [2; 4]. С этой точки зрения значительный интерес представляют исследования депонирующей способности разновозрастных искусственных насаждений в различных лесорастительных условиях. Такие исследования особенно актуальны в связи с созданием в России лесных культур в рамках Киотского протокола.
Углерододепонирующие насаждения следует создавать с использованием лесных растений, обладающих усиленным поглощением парниковых газов. Из хвойных древесных пород в первую очередь следует высаживать лиственницу, которая поглощает углекислый газ в 2–2,5 раза быстрее, чем ель, и почти в 1,5 раза интенсивнее, чем сосна. Хвоя лиственницы массой 1 кг продуцирует до 3 кг органического вещества, тогда как хвоя ели – 0,5–0,6, сосны – 1,3–2,0 кг. Из лиственных древесных пород максимальным углерододепонирующим эффектом обладают береза повислая, липа мелколистная, тополя бальзамический и серый, бузина красная, клен татарский, смородина золотистая и др. [4].
В период с 1990 г. ежегодные объемы работ по лесовосстановлению уменьшились с 1,8 до 1,0 х 106 га, в том числе площадь посевов и посадок с 0,6 до 0,25 х 106 га [3]. Это связано преимущественно с уменьшением объема лесозаготовок и сокращением бюджетных ассигнований на воспроизводство лесных ресурсов. Доля лесных культур в составе покрытых лесом площадей составляет в целом для страны около 2,0 %, и еще около 0,4 % приходится на площади несомкнув-шихся лесных культур.
Создание углерододепонирующих лесонасаждений позволяет превратить деградированные, малопродуктивные земли в экономически целесообразные и экологически привлекательные ландшафты.
В 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро подписана рамочная Конвенция ООН об изменении климата. 11 декабря 1997 г. в Киото был принят Протокол о сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу Земли – важнейшее международное соглашение по этому вопросу. Россией Протокол подписан в Нью-Йорке 11 марта 1999 г. Россия стала 127-й страной, ратифицировавшей Киотский протокол. Страны-участницы Протокола должны будут уменьшить выбросы парниковых газов в среднем на 5 % от уровня 1990 г. [7–9].
Ульяновская область одной из первых в РФ выиграла грант на создание киотских лесонасаждений. В 2007 г. в бюджет области поступило 50 млн рублей на выполнение комплекса работ по проектированию и созданию «лесов Киото» на бывших землях сельскохозяйственного назначения. Реализация этого проекта происходит в рамках Соглаше- ния между Федеральным агентством лесного хозяйства и Правительством Ульяновской области.
Важным аспектом в развитии киотских лесов является то, что они создаются на брошенных сельскохозяйственных землях, которые переведены в состав земель гослесфонда. Тем самым увеличивается площадь государственного лесного фонда Ульяновской области. Первыми районами, в которых проводятся работы по созданию киотских лесонасаждений, стали Инзенский и Старомайнский районы области. В Инзенском районе углерододепонирующие насаждения посажены на площади 295 га, в Старомайнском – на площади 1105 га.
Реализация соглашения по созданию углерододепонирующих насаждений позволит увеличить ежегодное поглощение углекислого газа на территории Ульяновской области до 6,8 млн м3 в год. Кроме выполнения основных функций по депонированию углерода реализация Соглашения позволит выполнить защитные функции по предотвращению водной и ветровой эрозии почв, рационально использовать земли сельскохозяйственного назначения на площади 2000 га.
Введение в состав киотских лесонасаждений основных лесообразующих пород (сосны и березы) позволит увеличить в будущем базу для развития лесопромышленного комплекса области до 700 тыс. м3.
Цель исследования. Изучение биологической продуктивности разновозрастных лесных культур, в т.ч. созданных в рамках Киотского протокола, в различных условиях местопроизрастания.
Материалы и методы. Материалом для исследований послужили пятилетние киотские посадки сосны, созданные на заброшенных малопродуктивных сельскохозяйственных землях, и 10-летние культуры сосны II класса бонитета в Инзенском лесничестве. В соответствии с лесотипологической классификацией В.Н. Сукачева исследуемые лесные культуры располагались в местообитаниях, соотвествующих типам сосняков: лишайниковому, черничному и разнотравному.
Для исследований в каждом типе леса для каждого возраста лесных культур были заложены пробные площади размером 10х10 м в трехкратной повторности, т.е. было проанализировано 18 пробных площадей. На каждой пробной площади было определено число деревьев и отобрано по диагонали по 10 деревьев, у которых замерялись срединный диаметр и высота.
Определение объема стволика сосны в лесных культурах проводилось по упрощенному способу срединного сечения (по формуле немецкого лесовода Губера). В основе применения формулы лежит условное приравнивание объема ствола к объему цилиндра такой же длины. Для определения объема измеряют диаметр на середине ствола, затем определяют площадь поперечного сечения по формуле PxR2 и умножают на длину ствола L. Запас древесины на пробе определяется умножением объема среднего ствола на среднее число деревьев на пробе. Для перевода запаса древесины на пробе в запас на 1 га необходимо умножить запас древесины на пробе на 100.
Для определения фитомассы древостоя использовалась формула:
M=KxV, где М – фитомасса в тоннах, К – конверсионный коэффициент и V – объем стволовой древесины в кубометрах. Конверсионный коэффициент отражает связь запаса стволовой древесины в коре с фитомассой древостоя. Он рассчитан для основных лесообра-зователей по группам возраста и экорегионам России.
Пример расчета для лесных культур 10-летнего возраста в сосняке лишайнико- вом. Срединный диаметр сосенок на пробной площади – 3,8 см, радиус R=1,9 см, P=3,14, высота L=2,8 м. Расчет V=PxR2xL= =3,14х3,61х280=3173,9 см3=0,0032 м3. Среднее число стволиков на пробе – 68,7 штук, запас стволовой древесины на пробе V=0,0032х68,7=0,22 м3, соответственно, на 1 га запас равен 0,22х100=22 м3. Конверсионный коэффициент для молодняков сосны 1 класса возраста Европейской части России равен 0,80. Содержание углерода принимается равным 0,5 абсолютно сухой фитомассы дерева.
Общая фитомасса и депонированный углерод в отдельных вегетативных частях сосновых культур определялись по процентному соотношению корней, стволовой древесины и кроны в общей массе деревьев.
Результаты и обсуждение. Увеличить депонирование атмосферного углерода можно не только за счет сохранения существующих лесов, но и путем повышения их продуктивности, реконструкции и создания новых высокопроизводительных лесных насаждений. Созданные человеком искусственные леса обладают различной биологической продуктивностью, что связано с их породным составом, возрастом, условиями произрастания и т.д. Проведены исследования накопления фитомассы и содержания углерода в сосновых культурах 5- и 10-летнего возраста в разных лесорастительных условиях.
В табл. 1 приведены средние таксационные показатели сосновых культур и средние запасы стволовой древесины на пробах в разных типах леса.
Таблица 1
Тип леса |
Возраст, лет |
Высота, м |
Диаметр, см |
Площадь поперечного сечения, см2 |
Число деревьев на пробе, шт. |
Объем ствола, см3 |
Запас на пробе, м3 |
Сосняк |
5 |
0,7 |
1,0 |
0,78 |
78,1+3,5 |
55,0 |
0,004 |
лишайниковый |
10 |
2,8 |
3,8 |
11,34 |
68,7+4,1 |
3173,9 |
0,22 |
Сосняк |
5 |
0,8 |
1,2 |
1,13 |
76,9+4,2 |
90,4 |
0,007 |
черничный |
10 |
2,9 |
4,3 |
14,51 |
69,3+3,6 |
4207,0 |
0,29 |
Сосняк |
5 |
0,8 |
1,4 |
1,54 |
77,6+4,4 |
123,2 |
0,009 |
разнотравный |
10 |
3,0 |
4,3 |
14,51 |
68,6+3,5 |
4354,4 |
0,30 |
Среднее |
5 |
0,8 |
1,2 |
1,15 |
77,53 |
89,5 |
0,007 |
по типам леса |
10 |
2,9 |
4,1 |
13,45 |
68,9 |
3912,2 |
0,27 |
Средние таксационные показатели сосновых культур на пробах
Анализ полученных данных показывает, что в исследованных сосновых культурах средний запас стволовой древесины по трем типам леса в 5-летнем возрасте составляет всего 0,007 м3 на пробе, в 10-летнем возрасте – 0,27 м3. При этом различия в запасах по типам леса связаны не с числом деревьев на пробах, а с морфометрическими показателями сосенок. При этом наблюдается закономерное увеличение запаса древесины по мере улучшения лесорастительных условий от сосняка лишайникового к сосняку разно- травному для обеих возрастных групп лесных культур.
Полученные показатели запасов стволовой древесины на пробных площадях послужили основой для расчета общей фитомассы и депонированного углерода как на пробной площади, так и на 1 га лесных культур.
В табл. 2 представлены данные по расчету общей фитомассы и депонированного углерода сосновыми культурами разного возраста в различных лесорастительных условиях.
Таблица 2
Тип леса |
Возраст, лет |
Запас на пробе, м3 |
Запас на 1 га, м3 |
Фитомасса, т/га |
Углерод, т/га |
Сосняк |
5 |
0,004 |
0,4 |
0,32 |
0,16 |
лишайниковый |
10 |
0,22 |
22,0 |
17,6 |
8,8 |
Сосняк |
5 |
0,007 |
0,7 |
0,56 |
0,28 |
черничный |
10 |
0,29 |
29,0 |
23,2 |
11,6 |
Сосняк |
5 |
0,009 |
0,9 |
0,72 |
0,36 |
разнотравный |
10 |
0,30 |
30,0 |
24,0 |
12,0 |
Среднее |
5 |
0,007 |
0,7 |
0,54 |
0,27 |
по типам леса |
10 |
0,27 |
27,0 |
21,6 |
10,8 |
Депонирование углерода разновозрастными сосновыми культурами
II класса бонитета
Из табл. 2 видно, что в среднем по трем типам леса в 5-летних культурах на 1 га накапливается 0,54 т фитомассы, в которой сосредоточено 0,27 т углерода. В 10-летних культурах общая фитомасса составляет 21,6 т на 1 га. В этой фитомассе депонировано 10,8 т углерода. Общая площадь 5-летних углерододепонирующих насаждений, созданных в рамках Киотского протокола, в лесничестве составляет 295 га. Следовательно, за пятилетний период роста ими накоплено 79,7 т углерода. Среднегодовое накопление углерода составило 15,9 т.
Различные части древесного растения (корни, ствол, крона) обладают различной фитомассой и, соответственно, в них сосредоточено различное количество депонированного углерода.
В табл. 3 представлены данные по фитомассе и депонированному углероду отдельных частей разновозрастных древесных растений в трех типах леса.
Из данных табл. 3 видно, что наибольшее количество общей фитомассы по всем типам леса сосредоточено в надземной части деревьев, в среднем около 80,0 %, как для пятилетних, так и для десятилетних лесных культур.
Выводы
-
1. Биологическая продуктивность разновозрастных сосновых культур в основном зависит от морфометрических характеристик деревьев.
-
2. Тип леса также оказывает влияние на фитомассу древостоев сосны. С улучшением лесорастительных условий увеличиваются общая фитомасса и депонированный углерод в лесных культурах.
-
3. Наибольшее количество фитомассы и депонированного углерода сосредоточено в надземной части лесных культур.
-
4. В обследованных сосновых культурах в среднем ежегодное накопление фитомассы в первые пять лет составляет 0,11 т/га, в последующие пять лет – 4,32 т/га, соответственно, 0,054 и 2,16 т/га.
Таблица 3
Фитомасса и депонированный углерод отдельных вегетативных органов разновозрастных сосенок
Тип леса |
Части дерева |
Возраст культур, лет |
|||
5 |
10 |
||||
Фитомасса, т/га |
Углерод, т/га |
Фитомасса, т/га |
Углерод, т/га |
||
Сосняк лишайниковый |
Ствол |
0,21 |
0,11 |
11,44 |
5,72 |
Крона |
0,05 |
0,02 |
2,64 |
1,32 |
|
Корни |
0,06 |
0,03 |
3,52 |
1,76 |
|
Итого |
0,32 |
0,16 |
17,6 |
8,8 |
|
Сосняк черничный |
Ствол |
0,36 |
0,18 |
15,08 |
7,54 |
Крона Корни |
0,09 0,11 |
0,04 0,06 |
3,48 4,64 |
1,74 2,32 |
|
Итого |
0,56 |
0,28 |
23,2 |
11,6 |
|
Сосняк разнотравный |
Ствол |
0,47 |
0,23 |
15,6 |
7,8 |
Крона Корни |
0,11 0,14 |
0,06 0,07 |
3,6 4,8 |
1,8 2,4 |
|
Итого |
0,72 |
0,36 |
24,0 |
12,0 |
|
Среднее |
Ствол |
0,35 |
0,17 |
14,04 |
7,02 |
Крона |
0,08 |
0,04 |
3,24 |
1,62 |
|
по типам леса |
Корни |
0,11 |
0,06 |
4,32 |
2,16 |
Итого |
0,54 |
0,27 |
21,6 |
10,8 |
-
1. Углерод в лесном фонде и сельскохозяйственных угодьях России / Д.Г. Замолодчиков и др. – М. : ТНИ КМК, 2005. – 200 с.
-
2. Экологические проблемы поглощения углекислого газа посредством лесовозобновления и лесоразведения в России / А.С. Исаев и др. – М. : Центр экологической политики, 1995. – 156 с.
-
3. Вклад лесов России в углеродный баланс планеты и проблема лесопользования / А.М. Писаренко и др. // Бюл. «Использование и охрана природных ресурсов России». – 2000. – №6. – С. 54–66.
-
4. Лесные культуры / А.Р. Родин и др. – М. : Изд-во МГУЛ, 2009. – 462 с.
-
5. Леса России как резервуар органического углерода биосферы / А.И. Уткин и др. // Лесоведение. – 2001. – №5. – С. 8–23.
-
6. Филипчук, А.Н. Вклад лесов России в углеродный баланс планеты / А.Н. Филипчук, Б.Н. Моисеев // Лесохозяйственная информация. – 2003. – №1. – С. 27–34.
-
7. Щепащенко, Д.Г. Биологическая продуктивность и бюджет углерода лиственничных лесов северо-востока России / Д.Г. Щепащенко, А.З. Швиденко, В.С. Шалаев. – М. : Изд-во МГУЛ, 2008. – 296 с.
-
8. Sohngen, B. An optimal сontrol model of forest carbon sequestration / B. Sohngen, R. Mendelsohn // American Journal of Agricultural Economics. – 2003. – V. 85, №2. – P. 448–457.
-
9. Yarie, J. Carbon balance of the taiga forest within Alaska present and future / J. Yarie, S. Billings // Canadian Journal of Forest Research. – 2002. – V. 32.5. – P. 757–767.
CARBON DEPOSITION BY UNEVEN-AGE CULTURES OF PINE
B.P. Churakov, E.V. Manyakina
Ulyanovsk State University
Список литературы Депонирование углерода разновозрастными культурами сосны
- Углерод в лесном фонде и сельскохозяйственных угодьях России/Д.Г. Замолодчиков и др. -М.: ТНИ КМК, 2005. -200 с.
- Экологические проблемы поглощения углекислого газа посредством лесовозобновления и лесоразведения в России/А.С. Исаев и др. -М.: Центр экологической политики, 1995. -156 с.
- Вклад лесов России в углеродный баланс планеты и проблема лесопользования/А.М. Писаренко и др.//Бюл. «Использование и охрана природных ресурсов России». -2000. -№6. -С. 54-66.
- Лесные культуры/А.Р. Родин и др. -М.: Изд-во МГУЛ, 2009. -462 с.
- Леса России как резервуар органического углерода биосферы/А.И. Уткин и др.//Лесоведение. -2001. -№5. -С. 8-23.
- Филипчук, А.Н. Вклад лесов России в углеродный баланс планеты/А.Н. Филипчук, Б.Н. Моисеев//Лесохозяйственная информация. -2003. -№1. -С. 27-34.
- Щепащенко, Д.Г. Биологическая продуктивность и бюджет углерода лиственничных лесов северо-востока России/Д.Г. Щепащенко, А.З. Швиденко, В.С. Шалаев. -М.: Изд-во МГУЛ, 2008. -296 с.
- Sohngen, B. An optimal сontrol model of forest carbon sequestration/B. Sohngen, R. Mendel-sohn//American Journal of Agricultural Economics. -2003. -V. 85, №2. -P. 448-457.
- Yarie, J. Carbon balance of the taiga forest within Alaska present and future/J. Yarie, S. Billings//Canadian Journal of Forest Research. -2002. -V. 32.5. -P. 757-767.