CC BY
64
ПРОДУКТИВНОСТЬ И ЗАПАС УГЛЕРОДА В ДРЕВОСТОЯХ СОСНЯКОВ БРУСНИЧНО-ЗЕЛЕНОМОШНЫХ ПРИ НЕФТЯНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ В СРЕДНЕЙ ТАЙГЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
М.Н.Казанцева
Институт проблем освоения Севера СО РАН, г.Тюмень, e-mail: [email protected]
Продуктивность - важнейшая характеристика лесного сообщества, отражающая роль лесов в биосферных процессах и определяющая их экономическое значение для лесного, охотничьего хозяйства и ряда отраслей промышленности. Под продуктивностью лесного биоценоза понимают его способность создавать, консервировать и трансформировать органическое вещество. Как известно, образование биомассы растительных организмов происходит в результате ассимиляции углекислого газа атмосферы в углерод органического вещества в процессе фотосинтеза. Обеспечивая сток атмосферного углерода и депонируя его в фитомассе, растительность участвует в поддержании газового баланса атмосферы. В последнее время эта роль зеленых растений приобретает особое значение в связи с происходящими изменениями климата. Наблюдаемое его потепление связывают с антропогенным увеличением в атмосфере парниковых газов и особенно углекислого газа. Лесные экосистемы по своему значению в связывании углерода атмосферы являются важнейшим из наземных растительных сообществ. В лесах сосредоточено более 70% всей фитомассы Земли (Кобак,1988). К тому же древостои связывают и консервируют углерод на длительное время, соизмеримое с продолжительностью жизни деревьев.
Вырубка деревьев, лесные пожары и другие нарушения приводят к снижению общей продуктивности и биосферных функций лесов на больших площадях. Для территории Тюменской области и особенно ее северных округов основные виды антропогенной трансформации лесных сообществ связаны с освоением нефтегазовых месторождений. Наиболее значимым специфическим видом воздействия на леса на территории промыслов является нефтяное загрязнение территории, в результате которого наблюдаются негативные изменения всех компонентов лесного биоценоза.
Цель настоящей работы - оценить влияние нефтяного загрязнения сосняков брусничных среднетаежной подзоны Западной Сибири на их продуктивность и роль в углеродном балансе. Работы проводились в 2006 году на территории Талинского месторожения нефти, принадлежащего предприятию «ТНК-Нягань» и расположенного в пределах Октябрьского административного района. Для данного района характерно широкое распространение сосновых лесов, отличающихся достаточно высокой продуктивностью.
Обследовалось три загрязненных нефтью участка сосняков бруснично-зеленомошных, близких по возрасту и основным таксационным показателям, а также контрольный участок на чистой территории. Содержание нефти в лесной подстилке определялось весовым методом по стандартной методике на основании анализа образцов, отобранных на каждом участке в трехкратной повторности. Основные характеристики загрязнения приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Характеристика нефтяного загрязнения обследованных участков
Показатели ПП №1 ПП №2 ПП №3
Концентрация нефти в подстилке, % 37,71 3,22 3,28
Глубина проникновения нефти, см 15,66 20,33 16,66
Дата аварии, год 2001 2001 1999
На всех участках были заложены пробные площади размером 50х50 метров, на которых проведен полный перечет древостоя с оценкой состояния каждого дерева. Основные таксационные характеристики древостоя, полученные при обработке данных пересчета, приводятся в таблице 2.
Таксационная хараткеристика древостоя на контрольном и опытных участках
Показатели Контроль ПП №1 ПП №2 ПП №3
Состав насаждения 9С1Б+К 8С2Б+К 9С1Б 9С1Б
Возраст, лет 150 130 130 180
Число стволов, шт/га 467 682 916 833
Ср. Б ствола, см 24 20 20 19
Ср. Н ствола, м 18 17 18 18
Запас, куб.м/га 190 180 250 220
Бонитет, класс IV IV IV IV
Полнота 0,7 0,7 0,8 0,8
Примечание: все показатели указаны по главной породе
Перевод объемных показателей запаса насаждения в весовые показатели биомассы стволовой древесины и отдельных фракций древостоев осуществлялся с помощью конверсионных коэффициентов, приведенных в сводке «Углерод в экосистемах лесов и болот России» (1994). В соответствии с этим же источником при расчете содержания углерода в биомассе нами принят единый для всех фракций коэффициент, равный 0,5 (50% углерода в пересчете на общую фитомассу).
Полученные данные по фитомассе древостоя и отдельных фракций древесного яруса на контрольном и опытных участках приводятся в таблице 3.
Загрязненные участки существенно отличаются от контрольного по соотношению живых и сухостойных деревьев (рис.). Это связано с токсическим действием нефти, вызывающим гибель деревьев помимо естественных процессов отпада. Имеется достаточно тесная связь между количеством сухостоя на пробной площади и концентрацией нефти в лесной подстилке (г = 0,70).
100%
80%
60%
fct 40%
0%
□ сухостойные
ПП №1 ПП №2 ПП №3 Контроль
Пробные площади
Рис. Соотношение живых и сухостойных деревьев на пробных площадях в% от общего числа
3
S-я <и а.
-е-
к
Si
j
<u а S
Se а о,
I
о
к £
к
к
О
«I н
Таблица 2
Таблица 3
у §
8.
а
J
1 SC
С
S §
<8
t S?
Л
а
S?
Sä
Л
s
¡5
а,
£
Фитомасса и запасенный углерод различных фракций древостоев на контрольном и опытных участках (т/га)
Фракции Контроль ПП№1 ПП №2 ПП№3
Фитомасса Угаерод Фитомасса Углерод Фитомасса Углерод Фитомасса Углерод
Древесина ствола 65,5 32,8 62,6 31,3 86,3 43,2 75,9 38,0
Кора 10,6 5,3 10,0 5,0 13,9 7,0 12,3 6,2
Хвоя 4,2 2,1 4,0 2,0 5,6 2,8 4,9 2,5
Ветви 9,5 4,8 9,0 4,5 12,5 6,3 11,0 5,5
Корни 15,9 8,0 15,0 7,5 20,9 10,5 18,4 9,2
Надземная часть 89,9 45,0 85,6 42,8 118,3 59,2 105,1 52,6
Общая 105,8 52,9 100,3 50,2 139,3 69,7 122,5 61,3
Таблица 4
Характеристика сырорастущей и сухостойной части древостоя на контроле и в опыте
Показатели Контроль ПП №1 ПП №2 ПП №3
сырая сухая сырая сухая сырая сухая сырая сухая
Число стволов, шт/га 448 19 225 457 376 540 358 475
Ср. Б ствола, см 24,0 13,5 14,9 22,1 19,6 20,9 13,8 20,7
Запас, куб.м/га 179,2 10,8 36,5 143,5 97,7 152,3 91,7 128,3
Фитомасса, т/га 96,3 9,5 20,4 79,9 54,5 84,8 51,0 71,5
Углерод, т/га 48,2 4,8 10,2 40,0 27,3 42,4 25,5 35,8
Как видно из рисунка, даже при относительно слабой степени загрязнения (ПП №№ 2 и 3) почти половина древостоя представлена сухостойными деревьями. На чистой территории этот показатель ниже в 12 раз и составляет всего 4%. Существенным является то, что нефтяное загрязнение вызывает отмирание не только наиболее ослабленных деревьев, соответствующих нижним классам Крафта. Наблюдается гибель и более развитых экземпляров, оказавшихся на месте повышенной локализации загрязнителя (чаще всего в понижениях рельефа) и испытывающих на себе более продолжительное и массированное его влияние. Вследствие этого средние таксационные показатели погибших деревьев, а также показатели запаса, фитомассы и депонированного углерода в сухостое на загрязненных участках оказываются выше, чем в сырорастущей части древостоев (табл.4). Это влечет за собой еще большее снижение общего ассимиляционного потенциала загрязненных лесов.
Текущий прирост стволовой древесины в спелых сосняках соответствующей полноты и бонитета составляет, по справочным данным (Лесотаксацион-ный...,1973), 1,8 куб.м/га в год, что обеспечивает связывание ими в течение года 0,50 т/га атмосферного углерода. Учитывая долю ассимилирующей части древостоев на загрязненных участках и ее запас, можно вычислить этот показатель для пробных площадей; он будет составлять соответственно 0,11 т/га - на ПП №1; 0,28 т/га - на ПП №2;
и 0,26 т/га - на ПП №3. В среднем по всем 3 участкам - 0,21 т/га в год, т.е ассимиляционные возможности нефтезагрязненных участков сосняков более чем в 2 раза уступают возможностям аналогичных насаждений на чистой территории. Эти различия в дальнейшем будут еще увеличиваться в результате продолжающейся гибели деревьев, особенно заметной на ПП №1, где уже сейчас почти 30% сохранившихся сосен находятся в неудовлетворительном состоянии.
Усугубляет ситуацию и отсроченное по времени начало восстановительного процесса, который должен обеспечиваться новыми поколениями деревьев. Если в обычных условиях восстановление происходит постепенно, по мере отмирания старших поколений и подрастания новых, то на загрязненных участках этот процесс оказывается прерванным. Здесь отмечается 100%-ная гибель предварительного возобновления древесных пород, а качество и темпы роста вновь появившегося подроста уступают таковым контрольной территории.
В загрязненных насаждениях снижаются не только масштабы, но и срок депонирования углерода, который напрямую зависит от продолжительности жизни деревьев. Углерод, заключенный в сухостое на опытных участках, будет возвращен в атмосферу в результате распада и гниения стволов в более ранние сроки, чем углерод сырорастущей части древостоев. Время стояния сухостоя в сосняках составляет в среднем всего 7-9 лет (Пирогов, Чирков, 2002).
Интенсивное накопление мортмассы на поверхности почвы в результате вываливания сухостоя может привести к смещению процессов синтеза и распада органического вещества загрязненных насаждений в сторону последних к увеличению обратного потока углерода в атмосферу. Такие участки из разряда акцепторов превращаются в источники атмосферного углерода.
Таким образом, нефтяное загрязнение снижает как общую продуктивность древостоев так и эффективность лесных сообществ в стабилизации баланса углерода в атмосфере.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кобак К.И. 1988. Биотические компоненты углеродного цикла.-Л.: Гидро-метеоиздат. 248 с.
Лесотаксационный справочник / Грошев Б.И., Мороз П.И., Сеперович И.П. и др. 1973. - М.: Лесная промышленность. 208 с.
Пирогов Н.А., Чирков Г.В. 2002. Продолжительность периода вывала сухостойных деревьев в зависимости от их диаметра и породы // Лес-2002: Мат. Межд. конф., 24-25 мая 2002 г., город Брянск. - Брянск.: БГИТА. С. 22-24.
Углерод в экосистемах лесов и болот России. / Под ред. В.А.Алексеева и Р.А.Бердси. 1994.-Красноярск. 170 с.
