CC BY
13
УДК 630.548
Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. XL, № 4. С. 312-317
ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА В ДРЕВОСТОЯХ ЛИСТВЕННИЦЫ
НИЖНЕГО ПРИАНГАРЬЯ*
С. Л. Шевелев, Н. Н. Кулакова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31
E-mail: shewel341@yandex.ru
Целью настоящей работы явилось установление особенностей динамики депонирования углерода в древостоях лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) Нижнего Приангарья. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методики оценки запасов депонирования углерода в фитомассе древосто-ев и формировании нормативной базы оценки секвестрационного потенциала лесных территорий. В работе на основании материалов 10 пробных площадей с рубкой и обмером 392 модельных деревьев, а также материалов натурной таксации в объеме 858 таксационных выделов проведен анализ структуры лесного массива из лиственницы сибирской в Нижнем Приангарье. Установлены возрастная структура лесного массива, особенности распределения запасов древостоев в лесном массиве, структура полнот древостоев входящих в различные возрастные группы. Получены математические модели динамики основных таксационных показателей лиственничников. Процесс достаточно точно аппроксимируется функцией Вейбулла. Переход на запас депонированного углерода осуществлен с применением конверсионно - объемного метода. Использованы конверсионные коэффициенты связывающие фракционные отношения фитомассы к запасу древостоев (Ph/m) c возрастом последних. Затем были применены конверсионные коэффициенты для установления запасов депонированного углерода. Динамика запасов депонированного углерода с высокой степенью адекватности соответствует математической модели на основе функции Ричардса.
Ключевые слова: Нижнее Приангарье, лиственница сибирская, структура древостоя, лесной массив, динамика фитомассы, депонирование углерода.
Conifers of the boreal area. 2022, Vol. XL, No. 4, P. 312-317 FEATURES OF CARBON STORAGE IN LARCH STANDS IN THE LOWER ANGARA REGION
S. L. Shevelev, N. N. Kulakova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shewel341@yandex.ru
The purpose of this work was to establish the features of the dynamics of carbon sequestration in the stands of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) in the Lower Angara region. The results obtained can be used in developing a methodology for assessing the stocks of carbon sequestration in the phytomass of forest stands and forming a regulatory framework for assessing the sequestration potential offorest areas. Based on the materials of 10 trial plots with felling and measurement of 392 model trees, as well as natural census materials in the amount of 858 taxation sections, an analysis was made of the structure of the Siberian larch forest in the Lower Angara region. The age structure of the forest area, the features of the distribution offorest stocks in the forest area, the structure of the density of forest stands included in different age groups have been established. Mathematical models of the dynamics of the main taxation indicators of larch forests are obtained. The process is fairly accurately approximated by the Weibull function. The transition to the stock of deposited carbon was carried out using the conversion-volume method. Conversion coefficients were used that connect the fractional ratios of phytomass to the stock offorest stands (Ph/m) with the age of the latter. Conversion factors were then applied to establish stocks of sequestered carbon. The dynamics of stocks of deposited carbon with a high degree of adequacy corresponds to a mathematical model based on the Richards function.
Keywords: Lower Angara region, Siberian larch, stand structure, forest massif, phytomass dynamics, carbon sequestration.
* Исследование проводится в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по выполнению сотрудниками научной лаборатории «Защита леса» проекта «Фундаментальные основы защиты лесов от энтомо- и фитовредителей в Сибири» (№ FEFE-2020-0014).
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время важной задачей, стоящей перед учеными, становится оценка баланса углерода в биосфере для установления влияния изменений его содержания в атмосфере Земли на изменение климата.
Важность этой задачи прежде всего обусловлена необходимостью решения проблемы сокращения выбросов парниковых газов, а также разработки методики оценки стока углерода в лесах различных природных зон.
Международное соглашение (Парижское соглашение 22.04.2016 г. - соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата), заключенное с целью сокращения объемов парниковых газов в атмосфере Земли, в целях противодействия глобальному потеплению, предусматривает не только ограничения промышленных выбросов, но и компенсацию их биологической фиксацией атмосферного углерода.
Так как основную роль в процессе глобального потепления путем формирования «тепловой ловушки» в верхних слоях атмосферы играет углекислый газ, роль лесов, способных связывать его, в стабилизации ситуации очень высока.
Американским экономистом Р. Коузом сформирована концепция перевода борьбы с загрязнением атмосферы в плоскость прав собственности на нематериальные блага и создания общемирового рынка прав на загрязнение воздуха парниковым газами.
В соответствии с этой теорией Евросоюзом к 2023 году вводится так называемый «карбоновый налог», который будет взиматься с экспортеров продукции с высоким углеродным следом, т.е. нефти, газа, угля, чёрных и цветных металлов, цемента, удобрений и т.п.
Этот налог может явиться ощутимым ударом по отечественному бизнесу, так как по мнению экспертов может коснуться более чем 40 % всего экспортного потока Российской Федерации в Евросоюз.
К настоящему времени разработаны некоторые рыночные механизмы для решения природоохранных задач, наиболее перспективным из которых является организация торговли квотами, которые уже частично внедряются в США.
Однако такой рынок не может быть эффективным, когда в нём участвует ограниченное число предприятий [4]. В настоящее время не существует общепринятой методики учёта поглощения С02 наземными экосистемами. Хотя в Киотском протоколе сказано, что простое накопление углерода исключается из учёта и учёту подлежит только деятельность человека [4] (посадка лесов, прогрессивные формы ведения лесного хозяйства), а не природные процессы, идущие вне нашей воли, споры по этому вопросу продолжаются.
Существует значительный ряд публикаций отечественных ученых, посвященных депонированию углерода лесами России. Результаты наиболее значимых в этой области исследований отражены в работах В.А. Алексеева, Р.А. Бердси [6]; Д.Г. Замолодчикова, А.И. Уткина, Г.Н. Коровина [1]; В.А. Усольцева, А.И. Колтуновой [7]; В.А. Усольцева [8] А.З. Шви-денко, С. Нильсона, В.С. Столбового [9]; Д.Г. Замолодчикова, А.И. Уткина, О.В. Честных, В.А. [2]; Д.Г. Замолодчикова, В.И. Грабовского, О.В. Честных [3] и др.
Получено большое количество данных, характеризующих суммарный запас депонирования углерода на покрытых лесом землях России, однако исследования выполнены по различающимся методикам и характеризуются невысокой степенью согласованности.
Роль наших лесов в области регулирования углеродного баланса неоспорима, однако для реальной оценки их вкладов в депонирование углерода требуются разработки как методического так и опытно-экспериментального характера в различных лесорас-тительных зонах.
Целью настоящей работы явилось установление особенностей динамики депонирования углерода в древостоях лиственницы сибирской (Ьапх ^чЫпса Ledeb.) Нижнего Приангарья.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке методики оценки запасов депонирования углерода в фитомассе древостоев и формировании нормативной базы оценки секвестрационного потенциала лесных территорий.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования явились древостоев лиственницы сибирской в районе нижнего течения р. Ангара.
Территория района исследований представляет собой часть Средне-Сибирского плоскогорья. Климат резко-континентальный, почвы в основном подзолистого типа, длительно-сезонномерзлотные. Район характеризуется густой гидрологической сетью. На долю лиственничных насаждений приходится около 24 % покрытых лесом земель.
Сбор исходных данных производился с использованием метода пробных площадей, закладка которых велась в соответствии с требованиями отраслевого стандарта ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные. Методы закладки». Также были использованы материалы производственной таксации древо-стоев. Всего были использованы материалы 10 пробных площадей с рубкой и обмером 392 модельных деревьев (табл. 1) и материалы натурной таксации 858 таксационных выделов с преобладанием лиственницы сибирской в составе древостоев.
Лесной массив, явившийся объектом исследования, расположен на территории Богучанского и Чун-ского лесничеств, выделен на основе позиций изложенных в работах С.Л. Шевелёва, И.И. Красикова [10], которые понимают лесной массив как биологическую лесную систему, сформировавшуюся в определенных географических условиях, соответствующую отдельным элементам ландшафта, занимающую целостную территорию с естественными границами, которой присущи опосредованные орографическими, почвенными, погодно-климатическими и другими факторами структуры биоценозов.
Запасы депонированного углерода оценивались на основе методических рекомендаций Д.Г. Замолодчикова, А.И. Уткина, О.В. Честных [2], Д.Г. Замолодчикова, А.И. Уткина, Г.Н. Коровина [1], в соответствии с конверсионно-объемным методом оценки запасов углерода в лесных биосистемах.
При изучении динамики древостоев использованы разработки Н.В. Третьякова, получившие развитие в трудах Н.В. Семечкина [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Первичная статистическая оценка рядов средних величин таксационных показателей лиственничных насаждений, слагающих лесной массив, приведена в табл. 2.
Лесной массив представлен лиственничниками, относящимися к трём группам типов леса - разнотравный, зеленомошный и багульниковый. Причём древостой разнотравной группы имеет абсолютное преобладание на их долю приходится 77,3 % от общего количества таксационных выделов. Представленность древостоев зеленомошной группы типов леса 21,3 % и всего 1,4 % составляет доля лиственничников багульниковой группы типов леса.
Возрастная структура лесного массива - фактор, определяющий соотношения всех структурных элементов этой сложной биологической системы. В силу естественных закономерностей развития древостоев, являющихся отражением лесообразовательного процесса, а также под воздействием экзогенных факторов, влияющих на динамику лесных пространств (лесных пожаров, массовых вспышек энтомовредите-лей, ветровалов и т. п.) происходит дифференциация древостоев по возрасту.
Оказалось, что массив представлен в основном спелыми и перестойными древостоями, на их долю приходится 69,9 % от общего числа таксационных
Таблица 1
Характеристика древостоев пробных площадей
выделов, что является свидетельством его малой на-рушенности.
Анализ распределения запасов между древостоями различных диаметров показал, что практически половина запасов сосредоточенна в древостоях со средними диаметрами 24-28 см - 46,7 % (рис. 1).
Древостои лиственницы в основном модальны, среднее значение полноты всей совокупности 0,6, при этом величина медианы и моды ряда распределения полнот совпадают они также равны 0,6. Некоторая дифференциация средних величин полнот присутствует в древостоях разных возрастных групп (рис. 2).
Динамика средних таксационных показателей лиственничников была рассмотрена на типологической основе. Анализировались возрастные изменения средних таксационных показателей разнотравной группы типов леса - имеющей абсолютное преобладание в районе исследования.
Было выполнено математическое моделирование динамики таксационных показателей лиственничников.
Динамика основных таксационных показателей с высокой степенью адекватности аппроксимируется функцией Вейбулла вида
_ а
у = а _ Ь х ехр с , (1)
где у - величина таксационного показателя; х - возраст древостоя, лет.
Коэффициенты уравнений и показатели их адекватности приведены в табл. 3.
№ Состав Средние Полнота Запас, м3/га Бонитет
п/п Н, м D13, см А, лет
1 10Л ед. С 21,0 28,7 202 0,70 217 III
2 10Л ед. Ос 19,7 26,9 279 0,75 213 IV
3 10Л 22,0 28,9 240 0,67 232 IV
4 10Л ед. С, К, Б 22,4 29,5 260 0,65 257 IV
5 10Л 19,4 24,3 170 0,56 154 IV
6 10Л ед. Ос 16,2 17 100 0,64 146 IV
7 9Л 1Б 16,0 18,0 120 0,50 120 V
8 7Л 2Б 1К едС 19,3 22,6 140 0,50 196 IV
9 7Л 3С 17,2 19,5 102 0,51 204 IV
10 9Л 1Б 16,0 18 120 0,60 120 V
Таблица 2
Статистические показатели рядов средних таксационных признаков древостоев
Статистические показатели Нср, м Dq,, см Полнота Бонитет Аср, лет Запас, м3/га
Среднее значение 22,7 27,6 0,60 2,69 136 201
Стандартная ошибка 0,21 0,35 0,00 0,02 2,14 2,4
Медиана 24 28 0,60 3 130 210
Мода 25 26 0,60 3 110 220
Стандартное отклонение 6,17 10,38 0,13 0,64 62,77 70
Минимум 0,5 1 0,3 1 3 5
Максимум 35 60 1 5 280 400
Коэффициент варьирования,% 27,1 37,7 22,0 23,8 46,0 34,9
Точность опыта, % 0,9 1,3 0,8 0,8 1,6 1,2
Рис. 1. Распределение суммарного запаса лесного массива между древостоями различных средних диаметров
50.0
0,3 0.4 0,5 0,6 0,7 0,В 0,9 ]
Средняя полнота
Рис. 2. Ряды распределения древостоев разных возрастных групп по относительной полноте
Таблица 3
Коэффициенты уравнений и показатели их адекватности
Таксационные показатели Коэффициенты уравнений Коэф. детермина- Станд. ошиб-
а Ь с а ции (Я2) ка (52)
Средняя высота (Н), м 28,435 36,043 0,044 0,812 0,992 0,76
Средний диаметр ф), см 83,202 87,564 0,014 0,727 0,990 1,49
Запас древостоя (М), м3/га 227,02 236,044 0,002 1,592 0,918 22,63
В результате табуляции уравнений были получены выровненные ряды средних таксационных показателей.
Далее был применён конверсионно-объёмный метод оценки запасов углерода, депонированного лиственничными древостоями.
Прямые определения содержания углерода в биомассе в лабораторных экспериментах путем сжигания образцов показали, что они варьируют в пределах 3661 % [2]. К тому же изменчивость его содержания в различных частях дерева невелика, как и изменчивость средних значений для отдельных пород, поэтому иногда содержание углерода принимают равными 0,5 массы ствола, корней и необлиственных ветвей. Однако в результате исследований Д.Г. Замолодчико-ва и др. [1-3] найдены регрессионные уравнения, связывающие фракционные отношения фитомассы к запасу древесных насаждений (Рк/ш) с возрастом по-
следних. Для основных лесообразующих пород России рассчитаны коэффициенты Рк/ш в возрастном интервале 10-120 лет с шагом в 10 лет. Также разработаны нормативы, дающие конверсионные коэффициенты для установления запасов депонированного углерода.
В настоящей работе были использованы коэффициенты для конверсии запасов в отдельные фракции фитомассы [1] (табл. 4).
Конверсионные коэффициенты для установления запасов депонированного углерода приведены в табл. 5. Так как эти коэффициенты ограничены средним возрастом древостоев 120 лет, а в объекте исследования имеются древостои гораздо большего возраста, оценка запасов депонированного углерода в этих древо-стоях велась по величине последнего в возрастном ряду конверсионного коэффициента.
Таблица 4
Конверсионные коэффициенты Ph/m
Группа возраста Ствол Ветви Корни Хвоя
Молодняки 0,494 0,115 0,136 0,040
Средневозрастные 0,524 0,055 0,156 0,013
Приспевающие 0,575 0,051 0,156 0,013
Спелые и перестойные 0,575 0,051 0,156 0,013
Таблица 5
Запасы депонированного углерода в древостоях лиственницы
Возраст, Фитомасса, т/га Конв. Депонированный углерод, тСга 1
лет ствол ветви корни хвоя итого коэф. ствол ветви корни хвоя итого
10 22,7 5,3 6,3 1,8 36,1 0,611 13,9 3,2 3,8 1,1 22,1
30 54,3 12,7 15,0 4,4 86,4 0,372 20,2 4,7 5,6 1,6 32,1
50 79,6 8,4 22,8 2,0 112,8 0,342 27,2 2,9 7,8 0,7 38,6
70 93,3 9,8 26,7 2,3 132,1 0,341 31,8 3,3 9,1 0,8 45,0
90 101,7 10,7 29,1 2,5 143,9 0,35 35,6 3,7 10,2 0,9 50,4
110 117,9 10,5 32,0 2,7 163,0 0,363 42,8 3,8 11,6 1,0 59,2
130 121,3 10,8 32,9 2,7 167,7 0,371 45,0 4,0 12,2 1,0 62,2
150 123,6 11,0 33,5 2,8 170,9 0,371 45,9 4,1 12,4 1,0 63,4
170 125,4 11,1 34,0 2,8 173,3 0,371 46,5 4,1 12,6 64,3
190 125,9 11,2 34,2 2,8 174,1 0,371 46,7 4,1 12,7 64,6
210 126,5 11,2 34,3 2,9 174,9 0,371 46,9 4,2 12,7 64,9
230 127,1 11,3 34,5 2,9 175,7 0,371 47,1 4,2 12,8 65,2
250 127,7 11,3 34,6 2,9 176,5 0,371 47,4 4,2 12,8 65,5
Таким образом, установлена динамика депонированного древостоями лиственницы углерода (без учёта мертвой древесины, подстилки и гумуса почвы). Она достаточно точно аппроксимируется функцией Ричардсона уравнением вида
у = а / (1 + ехр(Ь - сх)) л (1/й), (2)
где а = 6,54809131743Е+001; Ь = 2,88670926718Е+000; с = 3,51883907882Е-002; й = 2,56422052687Е+000.
S = 1.26577107 r= 0.99722782
Рис. 3. Динамика запасов депонированного углерода в древостоях лиственницы сибирской Нижнего Приангарья:
x - возраст, лет; у - запас депонированного углерода тСга-1 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе в рамках решения проблемы создания методики оценки формирования углеродного баланса, установлена динамика депонирования
углерода в древостоях лиственницы сибирской Нижнего Приангарья.
Полученные данные могут быть использованы при оценке роли светлохвойных лесов одного из крупнейших лесных регионов в Российской Федерации в процессе декарбонизации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Замолодчиков Д. Г., Уткин А. И., Коровин Г. Н. Определение запасов углерода по зависимым от возраста насаждений конверсионно-объемным коэффициентам // Лесоведение. 1998. № 3. С. 84-93.
2. Замолодчиков Д. Г., Уткин А. И., Честных О. В. Коэффициенты конверсии запасов насаждений в фи-томассу для основных лесообразующих пород // Лесная таксация и лесоустройство. 2003. № 1. С. 119-127.
3. Замолодчиков Д. Г., Грабовский В. И., Честных О. В. Динамика баланса углерода в лесах федеральных округов Российской Федерации // Вопросы лесной науки. 2018. № 1.
4. Кокорин А.О., Грицевич И.Г. Сафонов Г.В. Изменение климата и Киотский протокол - реалии и практические возможности. М. : WWF России, 2004. 64 с. ISBN 5-89564-025-7.
5. Семечкин И. В. Опыт использования данных глазомерной таксации для изучения динамики насаждений // Труды института леса и древесины СО АН СССР. 1962. Т. VIII. С. 119-131.
6. Углерод в экосистемах лесов и болот России / под ред. В. А. Алексеева, Р. А. Жердей. Красноярск : Институт леса СО РАН, 1994. 232 с.
7. Усольцев В. А., Колтунова А. И. Оценка запасов углерода в фитомассе лиственничных экосистем Северной Евразии // Экология. 2001. № 4. С. 258-265.
8. Усольцев В. А. Депонирование углерода лесами Уральского региона России (по состоянию гос. учета лесного фонда на 2007 г.). Екатеринбург. 2018. 265 с.
9. Швиденко А. З., Нильсон С., Столбовой В. С. Агрегированные модели фитомассы насаждений основных лесообразующих пород России // Лесная таксация и лесоустройство. 2001. № 1 (30). С. 50-57.
10. Шевелев С. Л., Красиков И. И. Некоторые закономерности строения лесных массивов Каа-Хемского округа горно-таежных лесов Республики Тыва // Хвойные бореальной зоны. 2008. Т. XXV. № 1-2. С. 84-87.
REFERENCES
1. Zamolodchikov D. G., Utkin A. I., Korovin G. N. Opredelenie zapasov ugleroda po zavisimym ot vozrasta nasazhdenij konversionno-ob"emnym koefficientam // Lesovedenie. 1998. № 3. S. 84-93.
2. Zamolodchikov D. G., Utkin A. I., Chestnyh O. V. Koefficienty konversii zapasov nasazhdenij v fitomassu dlya osnovnyh lesoobrazuyushchih porod // Lesnaya taksaciya i lesoustrojstvo. 2003. № 1. S. 119-127.
3. Zamolodchikov D. G., Grabovskij V. I., Chestnyh O. V. Dinamika balansa ugleroda v lesah federal'nyh okrugov Rossijskoj Federacii // Voprosy lesnoj nauki. 2018. № 1.
4. Kokorin A. O., Gricevich I. G., Safonov G. V. Izmenenie klimata i Kiotskij protokol - realii i prakti-
cheskie vozmozhnosti. M.: WWF Rossii, 2004. 64 s. ISBN 5-89564-025-7.
5. Semechkin I. V. Opyt ispol'zovaniya dannyh glazomernoj taksacii dlya izucheniya dinamiki nasazhdenij // Trudy instituta lesa i drevesiny SO AN SSSR. 1962. T. VIII. S. 119-131.
6. Uglerod v ekosistemah lesov i bolot Rossii. Pod red. V. A. Alekseeva, R. A. Zherdej. Krasnoyarsk : Institut lesa SO RAN, 1994. 232 s.
7. Usol'cev V. A., Koltunova A. I. Ocenka zapasov ugleroda v fitomasse listvennichnyh ekosistem Severnoj Evrazii // Ekologiya. 2001. № 4. S. 258-265.
8. Usol'cev V. A. Deponirovanie ugleroda lesami Ural'skogo regiona Rossii (po sostoyaniyu gos. ucheta lesnogo fonda na 2007 g.). Ekaterinburg. 2018. 265 s.
9. Shvidenko A. Z., Nil'son S., Stolbovoj V. S. Agregirovannye modeli fitomassy nasazhdenij osnovnyh lesoobrazuyushchih porod Rossii // Lesnaya taksaciya i lesoustrojstvo. 2001. № 1 (30). S. 50-57.
10. Shevelev S. L., Krasikov I. I. Nekotorye zakonomernosti stroeniya lesnyh massivov Kaa-Hemskogo okruga gorno-taezhnyh lesov Respubliki Tyva // Hvojnye boreal'noj zony. 2008. T. XXV. № 1-2. S. 84-87.
© Шевелев С. Л., Кулакова Н. Н., 2022
Поступила в редакцию 10.01.2022 Принята к печати 01.02.2022
