Прогнозные оценки стока углерода в лесах южного Подмосковья при разных сценариях лесопользования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На примере Данковского участкового лесничества (юг Московской обл., подзона хвойно-широколиственных лесов) рассмотрены результаты имитационного моделирования динамики пулов и потоков углерода в лесных экосистемах при разных сценариях ведения лесного хозяйства. Проанализировано влияние на баланс углерода таких изменений существующей практики лесопользования, как заповедный режим, сокращение доли лесных земель в результате жилой застройки, зонирование территории с акцентом на повышении рекреационной роли лесов. В вычислительных экспериментах использован комплекс отечественных моделей: динамическая модель древостоя FORRUS-S, модель динамики органического вещества почв Romul_Hum, модель гидротермического режима почв SCLISS. Расчеты выполнялись для временного отрезка 100 лет на повыдельном уровне, а также были агрегированы на уровне всего лесничества. Разнообразие типов лесорастительных условий (ТЛУ), наряду с видовым разнообразием и начальной разновозрастностью насаждений, определило значительное варьирование рассчитанных показателей продукции древостоев, количества и качества поступающего в почву растительного опада. Для всех сценариев модельные оценки показали увеличение запасов углерода в древостоях в первые 40–60 лет с последующим снижением расчетных величин. В сценарии заповедания наблюдался рост запасов органического вещества в лесной подстилке и почве: для ТЛУ С2 и С3 увеличение за 100 лет составило примерно 5–10 кг м–2, для остальных ТЛУ — на уровне 2–3 кг м–2 в пересчете на углерод. В сценариях хозяйственного использования лесов показано относительное “выравнивание” территории лесничества по показателям почвенных запасов углерода в сторону более низких значений. Максимальный экосистемный сток углерода рассчитан для ТЛУ С2 и С3, минимальный — для А5 и С4. В зависимости от сценария за 100 лет суммарное нетто-поглощение углерода лесами Данковского лесничества (с общей площадью лесопокрытых земель 6836 га) оценивается в диапазоне 0.15–0.57 Тг.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Шанин

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН; Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shaninvn@gmail.com
Россия, ул. Институтская, д. 2, корп. 2, Пущино, Московская обл., 142290; ул. Профсоюзная, д. 84/32, стр. 14, Москва, 117997

И. В. Припутина

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: shaninvn@gmail.com
Россия, ул. Институтская, д. 2, корп. 2, Пущино, Московская обл., 142290

П. В. Фролов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: shaninvn@gmail.com
Россия, ул. Институтская, д. 2, корп. 2, Пущино, Московская обл., 142290

Д. Н. Тебенькова

Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

Email: shaninvn@gmail.com
ул. Профсоюзная, д. 84/32, стр. 14, Москва, 117997

С. С. Быховец

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: shaninvn@gmail.com
Россия, ул. Институтская, д. 2, корп. 2, Пущино, Московская обл., 142290

С. И. Чумаченко

Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН; Мытищинский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Email: shaninvn@gmail.com
Россия, ул. Профсоюзная, д. 84/32, стр. 14, Москва, 117997; ул. 1-я Институтская, д. 1, Мытищи, Московская обл., 141005

Список литературы

  1. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., Швец Н.В. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России [Электронный ресурс]. URL: http://meteo.ru/data/156-temperature (дата обращения: 29.05.2023).
  2. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Коршунова Н.Н., Швец Н.В. Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России [Электронный ресурс]. URL: http://meteo.ru/data/158-total-precipitation (дата обращения: 29.05.2023).
  3. Быховец С.С., Комаров А.С. Простой статистический имитатор климата почвы с месячным шагом // Почвоведение. 2002. № 4. С. 443–452.
  4. Володин Е.М. Углеродный цикл в модели климата ИВМ РАН. Тезисы доклада в ИГКЭ 26.05.2021 [Электронный ресурс]. URL: http://www.igce.ru/wp-content/uploads/2021/05/Volodin_IGKE_210526–1.pdf (дата обращения: 14.06.2023).
  5. Грабарник П.Я., Чертов О.Г., Чумаченко С.И., Шанин В.Н., Ханина Л.Г., Бобровский М.В., Быховец С.С., Фролов П.В. Интеграция имитационных моделей для комплексной оценки экосистемных услуг лесов: методические подходы // Математическая биология и биоинформатика. 2019. Т. 14. № 2. С. 488–499. https://doi.org/10.17537/2019.14.488
  6. Громов С.А., Жигачева Е.С., Покровский Д.Д. Оценка сухих выпадений соединений серы и азота из атмосферы в Приокско-Террасном биосферном заповеднике по данным наблюдений станции ЕМЕП // Экологические системы и приборы. 2018. № 2. С. 10–17.
  7. Дмитраков Л.М. Почвенный покров биосферных пикетов Пущинского биосферного стационара // Экосистемы Южного Подмосковья. М.: Наука, 1979. C. 70–77.
  8. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России / Под ред. В.С. Столбового. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2014. 760 с.
  9. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Каганов В.В. Экосистемные услуги и пространственное распределение защитных лесов Российской Федерации // Лесоведение. 2021. № 6. С. 581–592. https://doi.org/10.31857/S0024114821060115
  10. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Честных О.В. Динамика баланса углерода в лесах федеральных округов Российской Федерации // Вопросы лесной науки. 2018. Т. 1. № 1. С. 1–24. https://doi.org/10.31509/2658-607X-2018-1-1-1-24
  11. Зубкова Е.В., Стаменов М.Н., Припутина И.В., Грабовский В.И. Фитоиндикация богатства почв в лесах и содержание азота в почве и растениях в сосняках и липняках Московской области // Ботанический журнал. 2024 (принято в печать).
  12. Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н., Баматов И.М. Глобальный климат и почвенный покров — последствия для землепользования России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2021. Вып. 107. С. 5–32. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-107-5-32
  13. Классификация и диагностика почв России / Под ред. Г.В. Добровольского. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  14. Кузнецова А.И., Лукина Н.В., Тихонова Е.В., Горнов А.В., Горнова М.В., Смирнов В.Э., Гераськина А.П., Шевченко Н.Е., Тебенькова Д.Н., Чумаченко С.И. Аккумуляция углерода в песчаных и суглинистых почвах равнинных хвойно-широколиственных лесов в ходе послерубочных восстановительных сукцессий // Почвоведение. 2019. № 7. С. 803–816. https://doi.org/10.1134/S0032180X19070086
  15. Липка О.Н., Корзухин М.Д., Замолодчиков Д.Г., Добролюбов Н.Ю., Крыленко С.В., Богданович А.Ю., Семенов С.М. Роль лесов в адаптации природных систем к изменениям климата // Лесоведение. 2021. № 5. С. 531–546. https://doi.org/10.31857/S0024114821050077
  16. Лукина Н.В., Гераськина А.П., Кузнецова А.И., Смирнов В.Э., Горнов А.В., Шевченко Н.Е., Тихонова Е.В., Тебенькова Д.Н., Басов Е.В. Функциональная классификация лесов: актуальность и подходы к разработке // Лесоведение. 2021. № 6. С. 566–580. https://doi.org/10.31857/S0024114821060085
  17. Мерзленко М.Д., Мельник П.Г., Мельник Л.П. Депонирование углерода стволовой фракцией в 100-летних лесных культурах хвойных пород // Лесной вестник. 2023. Т. 27. № 2. С. 5–10. https://doi.org/10.18698/2542–1468–2023–2–5–10
  18. Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах / Под ред. В.Н. Кудеярова. М.: Наука, 2007. 380 c.
  19. Надпорожская М.А., Зубкова Е.В., Фролов П.В., Быховец С.С., Чертов О.Г. Соподчиненность почвенных условий и растительных сообществ в сосняках как следствие действия комплекса факторов // Вестник ТвГУ. Сер. Биология и экология. 2018. № 2. С. 122–138.
  20. Основы устойчивого лесоуправления / Под ред. А.В. Беляковой, Н.М. Шматкова. М.: WWF России, 2014. 266 с.
  21. Растительность европейской части СССР. Л.: Наука, 1980. 431 с.
  22. Рысин Л.П., Алексахина Т.И., Быков А.В., Колесников А.В., Лысиков А.Б., Маслов А.А., Меланхолин П.Н., Молчанов А.Г., Полякова Г.А., Цельникер Ю.Л. Серебряноборское опытное лесничество: 65 лет лесного мониторинга. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 260 с.
  23. Свистов П.Ф., Першина Н.А., Полищук А.И., Павлова М.Т., Семенец Е.С. Ежегодные данные по химическому составу и кислотности атмосферных осадков за 2011–2015 гг. (Обзор данных). СПб: Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, 2016. 116 с.
  24. Справочник по климату СССР. Вып. 8. Часть 4. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 360 с.
  25. Столбовой В.С. Влияние потепления климата на баланс углерода в лесных почвах России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. Вып. 111. С. 5–29. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-111-5-29
  26. Тебенькова Д.Н., Лукина Н.В., Катаев А.Д., Чумаченко С.И., Киселева В.В., Колычева А.А., Шанин В.Н., Гагарин Ю.Н., Кузнецова А.И. Разработка сценариев для имитационного моделирования экосистемных услуг лесов // Вопросы лесной науки. 2022. Т. 5. № 2. С. 1–87. https://doi.org/10.31509/2658-607x-202252-104
  27. Шанин В.Н., Грабарник П.Я., Быховец С.С., Чертов О.Г., Припутина И.В., Шашков М.П., Иванова Н.В., Стаменов М.Н., Фролов П.В., Зубкова Е.В., Ручинская Е.В. Параметризация модели продукционного процесса для доминирующих видов деревьев европейской части РФ в задачах моделирования динамики лесных экосистем // Математическая биология и биоинформатика. 2019. Т. 14. № 1. С. 54–76. https://doi.org/10.17537/2019.14.54
  28. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г. Углеродный бюджет лесов России // Сибирский лесной журнал. 2014. № 1. С. 69–92.
  29. Шевченко Н.Е., Кузнецова А.И., Тебенькова Д.Н., Смирнов В.Э., Гераськина А.П., Горнов А.В., Тихонова Е.В., Лукина Н.В. Сукцессионная динамика запасов почвенного углерода и растительности хвойно-широколиственных лесов северо-западного Кавказа // Лесоведение. 2019. № 3. С. 163–176. https://doi.org/10.1134/S0024114819030082
  30. Шерстюков А.Б. Описание массива суточных данных о температуре почвы на глубинах до 320 см по метеорологическим станциям Российской Федерации (версия 2) [Электронный ресурс]. URL: http://meteo.ru/data/164-soil-temperature (дата обращения: 29.05.2023).
  31. Chertov O.G., Komarov A.S., Nadporozhskaya M.A., Bykhovets S.S., Zudin S.L. ROMUL — a model of forest soil organic matter dynamics as a substantial tool for forest ecosystem modeling // Ecological Modelling. 2001. V. 138. № 1–3. Р. 289–308. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(00)00409-9
  32. Chertov O., Komarov A., Shaw C., Bykhovets S., Frolov P., Shanin V., Grabarnik P., Priputina I., Zubkova E., Shashkov M. Romul_Hum — a model of soil organic matter formation coupling with soil biota activity. II. Parameterisation of the soil food web biota activity // Ecological Modelling. 2017a. V. 345. P. 125–139. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.10.024
  33. Chertov O., Shaw C., Shashkov M., Komarov A., Bykhovets S., Shanin V., Grabarnik P., Frolov P., Kalinina O., Priputina I., Zubkova E. Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. III. Parameterisation of earthworm activity // Ecological Modelling. 2017b. V. 345. P. 140–149.
  34. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.06.013
  35. Chumachenko S.I., Korotkov V.N., Palenova M.M., Politov D.V. Simulation modeling of long-term stand dynamics at different scenarios of forest management for coniferous-broad-leaved forests // Ecological Modelling. 2003. V. 170. № 2–3. P. 345–362. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(03)00238-2
  36. Cook-Patton S.C., Leavitt S.M., Gibbs D., Harris N.L., Lister K., Anderson-Teixeira K.J., Briggs R.D., Chazdon R.L., Crowther T.W., Ellis P.W., Griscom H.P., Herrmann V., Holl K.D., Houghton R.A., Larrosa C., Lomax G., Lucas R., Madsen P., Malhi Y., Paquette A., Parker J.D., Paul K., Routh D., Roxburgh S., Saatchi S., van den Hoogen J., Walker W.S., Wheeler C.E., Wood S.A., Xu L., Griscom B.W. Mapping carbon accumulation potential from global natural forest regrowth // Nature. 2020. V. 585. P. 545–550. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2686-x
  37. Erkan N., Güner Ş.T., Aydın A.C. Thinning effects on stand growth, carbon stocks, and soil properties in Brutia pine plantations // Carbon Balance and Management. 2023. V. 18. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/s13021-023-00226-0
  38. Johnson D.W., Curtis P.S. Effects of forest management on soil C and N storage: meta analysis // Forest Ecology and Management. 2001. V. 140. № 2–3. P. 227–238. https://doi.org/10.1016/S0378–1127(00)00282–6
  39. Komarov A., Chertov O., Bykhovets S., Shaw C., Nadporozhskaya M., Frolov P., Shashkov M., Shanin V., Grabarnik P., Priputina I., Zubkova E. Romul_Hum model of soil organic matter formation coupled with soil biota activity. I. Problem formulation, model description, and testing // Ecological Modelling. 2017. V. 345. P. 113–124. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.08.007
  40. Laine-Kaulio H., Koivusalo H., Komarov A.S., Lappalainen M., Launianen S., Laurén A. Extending the ROMUL model to simulate the dynamics of dissolved and sorbed C and N compounds in decomposing boreal mor // Ecological Modelling. 2014. V. 272. P. 277–292. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2013.09.026
  41. Leppä K., Hökkä H., Laiho R., Launiainen S., Lehtonen A., Mäkipää R., Peltoniemi M., Saarinen M., Sarkkola S., Nieminen M. Selection cuttings as a tool to control water table level in boreal drained peatland forests // Frontiers in Earth Science. 2020. V. 8. Article 576510. https://doi.org/10.3389/feart.2020.576510
  42. Leverett R.T., Masino S.A., Moomaw W.R. Older Eastern White pine trees and stands accumulate carbon for many decades and maximize cumulative carbon // Frontiers in Forests and Global Change. 2021. V. 4. Article 620450. https://doi.org/10.3389/ffgc.2021.620450
  43. Lindenmayer D.B., Laurance W.F. The unique challenges of conserving large old trees // Trends in Ecology and Evolution. 2016. V. 31. № 6. P. 416–418. https://doi.org/10.1016/j.tree.2016.03.003
  44. Lindeskog M., Smith B., Lagergren F., Sycheva E., Ficko A., Pretzsch H., Rammig A. Accounting for forest management in the estimation of forest carbon balance using the dynamic vegetation model LPJ-GUESS (v4.0, r9710): implementation and evaluation of simulations for Europe // Geoscientific Model Development. 2021. V. 14. № 10. P. 6071–6112. https://doi.org/10.5194/gmd-14-6071-2021
  45. Mäkipää R., Abramoff R., Adamczyk B., Baldy V., Biryol C., Bosela M., Casals P., Curiel Yuste J., Dondini M., Filipek S., Garcia-Pausas J., Gros R., Gömöryová E., Hashimoto S., Hassegawa M., Immonen P., Laiho R., Li H., Li Q., Luyssaert S., Menival C., Mori T., Naudts K., Santonja M., Smolander A., Toriyama J., Tupek B., Ubeda X., Verkerk P.J., Lehtonen A. How does management affect soil C sequestration and greenhouse gas fluxes in boreal and temperate forests? — A review // Forest Ecology and Management. 2023. V. 529. Article 120637. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120637
  46. Peltoniemi M., Mäkipää R., Thürig E., Palosuo T., Schrumpf M., Buttrbach-Bahl K., Chertov O., Komarov A., Mikhailov A., Gärdenäs A., Perry C., Liski J., Smith P. Models in country scale carbon accounting of forest soils // Silva Fennica. 2007. V. 41. № 3. P. 575–602. https://doi.org/10.14214/sf.290
  47. Strîmbu V.F., Næsset E., Ørka H.O., Liski J., Petersson H., Gobakken T. Estimating biomass and soil carbon change at the level of forest stands using repeated forest surveys assisted by airborne laser scanner data // Carbon Balance and Management. 2023. V. 18. Article 10. https://doi.org/10.1186/s13021-023-00222-4
  48. Sukhoveeva O., Karelin D., Lebedeva T., Pochikalov A., Ryzhkov O., Suvorov G., Zolotukhin A. Greenhouse gases fluxes and carbon cycle in agroecosystems under humid continental climate conditions // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2023. V. 352. Article 108502. https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108502

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика запаса углерода древостоя Данковского лесничества (серые линии соответствуют отдельным таксационным выделам; цветные линии — медианные значения для разных ТЛУ; описание сценариев дано в табл. 3).

Скачать (841KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика запасов углерода в лесной подстилке (а) и органо-минеральных горизонтах почв (б) Данковского лесничества (серые линии соответствуют отдельным таксационным выделам; цветные линии — медианные значения для разных ТЛУ; описание сценариев дано в табл. 3).

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика гетеротрофного дыхания почв Данковского лесничества (серые линии соответствуют отдельным таксационным выделам; цветные линии — медианные значения для разных ТЛУ; описание сценариев дано в табл. 3).

Скачать (752KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Динамика экосистемных запасов С на территории Данковского лесничества (серые линии соответствуют отдельным таксационным выделам; цветные линии — медианные значения для разных ТЛУ; описание сценариев дано в табл. 3).

Скачать (727KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Основные элементы и результирующие баланса углерода для всей территории Данковского лесничества на разных временных отрезках и при разных сценариях лесопользования (HR – гетеротрофное дыхание почв, RMV — вынос Сорг с фитомассой древостоя при рубках, NPP — чистая первичная продукция древостоя, NEP — нетто-поглощение С в экосистемах как результирующая трех указанных выше потоков с учетом их знака.

Скачать (303KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах