CC BY
26BIOLOGICAL SCIENCES
ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА В СОСНЯКАХ И ЕЛЬНИКАХ ЛЕНИГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Грязькин А.В.
профессор, доктор биологических наук, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический
университет имени С.М. Кирова Беляева Н.В.
профессор, доктор сельскохозяйственных наук, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Кази И.А.
старший преподаватель, кандидат сельскохозяйственных наук, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Го Лубинь
аспирант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова Тун Чэн
аспирант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет
имени С.М. Кирова
CARBON RESERVES IN PINE AND SPRUCE FORESTS LENINGRAD REGION
Gryazkin A.
Professor, Doctor of Biological Sciences, St. Petersburg State Forest Engineering University named after
S.M. Kirov Belyaeva N.
Professor, Doctor of Agricultural Sciences, St. Petersburg State Forestry Engineering University named
after S.M. Kirov Kazi I.
Senior Lecturer, Candidate of Agricultural Sciences, St. Petersburg State Forestry Engineering University
named after S.M. Kirov Guo Lubin
Post-graduate student, St. Petersburg State Forestry Engineering University named after S.M. Kirov
Tong Cheng
Post-graduate student, St. Petersburg State Forestry Engineering University named after S.M. Kirov
Аннотация
Накопление фитомассы в лесных экосистемах происходит непрерывно, и накапливается с увеличением возраста основного компонента экосистемы - древостоя. При этом динамика накопления органического вещества во многом определяются условиями произрастания - типом леса и биологическими особенностями лесообразующих пород. Установлено, что в лесном фонде Ленинградской области преобладают сосняки и ельники черничного типа леса. Потенциальная продуктивность еловых фитоценозов по сравнению с сосновыми, значительно выше. Средневзвешенная по типам леса фитомасса в ельнике, составляет 255.6 т/га, а в сосняке - всего 185.1 т/га. Различия по общей фитомассе сосняков и ельников составляют 28 %. Основная доля фитомассы аккумулируется в стволах - от 40 до 75%. В подросте и в подлеске содержится до 9,3 т/га фитомассы, а в самых нижних ярусах фитоценозов - до 8 т/га фитомассы. В лесной подстилке как в сосняках, так и в ельниках в среднем на 1 га накапливается около 49 т/га органического вещества, или 18 % от запасов всего фитоценоза. Для перевода органического вещества в углерод было использовано соотношение 2:1. Запасы углерода в сосняках составляют 92,6 т/га, а в ельниках - 127,8 т/га. По сравнению с сосняками, ельники аккумулируют углерода больше.
Abstract
The accumulation of phytomass in forest ecosystems occurs continuously, and accumulates with increasing age of the main component of the ecosystem-the forest stand. At the same time, the dynamics of organic matter accumulation is largely determined by the conditions of growth - the type of forest and the biological characteristics of forest-forming species. It is established that the forest fund of the Leningrad region is dominated by pine and spruce forests of the blueberry type of forest. The potential productivity of spruce phytocenoses in comparison with pine ones is much higher. The average forest type-weighted phytomass in spruce forest is 255.6 t / ha, and in pine forest-only 185.1 t / ha. The differences in the total phytomass of pine and spruce forests are 28 %. The main share of phytomass is accumulated in the trunks - from 40 to 75%. The grass and undergrowth contain up to 9.3 t/ha of phytomass, and in the lowest tiers of phytocenoses - up to 8 t / ha of phytomass. In the forest floor, both in pine forests and in spruce forests, on average, about 49 t/ha of organic, or 18% of the total phytocenosis, accumulates in the forest floor of both pine and spruce forests per 1 ha. To convert organic matter into carbon, a ratio of 2:1 was used. Carbon reserves in pine forests are 92.6 t / ha, and in spruce forests - 127.8 t / ha. Compared to pine forests, spruce forests accumulate more carbon.
Ключевые слова: лесные экосистемы, фитомасса, накопление углерода, сосняки и ельники. Keywords: forest ecosystems, phytomass, carbon storage, pine and spruce forests.
Запас древостоев увеличивается с возрастом, однако для каждой лесообразующей породы имеется предел, за которым начинается снижение запаса вследствие начала распада древостоя [1-5, 711, 13-16, 18, 20, 21]. В первую очередь это связано с биологическими особенностями пород, чем больше продолжительность жизни, тем позднее наступает предел накопления запаса. Возраст накопления максимальной массы (возраст спелости древостоя) зависит и от условий произрастания. Чем лучше условия произрастания, тем раньше древостой накапливает максимальный запас и наоборот. Например, в сосняках разного типа леса, судя по данным разных авторов, максимальный запас древесины может накапливаться к 110-120 годам (сосняки черничные) и даже после 140 лет (сосняки сфагновые и сосняки лишайниковые) [2-5, 9-16, 18].
В условиях таежной зоны смена пород явление не редкое. Причинно-следственная связь этих смен весьма сложная. При эндогенных сменах, результатом которых является доминирование в конкретном типе леса той древесной породы, условия произрастания для которой наиболее благоприятны. При этом в пределах отдельного типа леса формируется коренной тип растительности на месте производного (промежуточного). Самые наглядные примеры подобных сукцессий нам дают сосняки на бедных, сухих и переувлажненных почвах (Pinetum cladinosum, Pinetum sphagnosum). Из всех лесообра-зующих пород таежной зоны только сосна может формировать фитоценозы в таких экстремальных условиях [2-5, 9-16, 18, 20]. Именно по этой причине все площади с бедными, сухими и переувлажненными почвами при определении запасов фито-массы и накопленного углерода, были отнесены к соснякам.
Средняя фитомасса в сосняках
Ель в отличие от сосны требовательнее к плодородию и влажности почвы. Кроме этого, ель является теневыносливой породой, т.е. может произрастать под пологом любых других лесообразую-щих пород [1, 6, 7, 8, 21]. Благодаря этим особенностям ель в ходе долговременных сукцес-сий занимает самые благоприятные места произрастания (Piceetum oxalidosum, Piceetum myrtil-losum, Piceetum phШpendulosum), вытесняя в этих условиях и сосну, и лиственные породы (продолжительность жизни которых в 2 и даже в 3 раза меньше, чем у ели). В связи с этим все площади с богатыми, оптимально увлажненными, дренипо-ванными почвами были отнесены к ельникам. Правомерность отнесения площадей к соснякам и ельникам по указанным выше условиям произрастания и типам леса соответствует представлениям о смене пород.
Тип леса имеет важнейшее значение при оценке продуктивности лесных экосистем. Результаты многолетних исследований позволяют уверенно говорить о том, что различия запасов фито-массы по типам леса (почвенно-грунтовым условиям) соизмеримы с различиями по лесорастительным (природным) зонам [1-18, 20, 21]. Полученные нами данные показывают, что различия фитомассы по типам леса достигают шестикратной величины - от 59.9 т/га (Pinetum sphagnosum) до 334.2 т/га (Piceetum oxalidosum), табл. 1.
Из данных, представленных в таблице 1 видно, что размах варьирования общей фитомассы в сосняках значительно больше, чем в ельниках - от 59,9 до 301,4 т/га в сосняках, и от 174,2 до 334,2 т/га в ельниках. Фитомасса ветвей, сухих сучьев и хвои в ельниках составляет 35-49 т/га, а в сосняках значительно меньше - 9-29 т/га.
Таблица 1
Фитомасса Общая фитомасса
Тип леса § о « т с ветви, сухие сучья, листья а § подрост, подлесок а ли т о Ч о С
Pinetum cladinosum 100.3 66.5% 22.8 15.1% 21.1 14.0% 6.6 4.4% 150.8 100% 9.6
Pinetum vaccinosum 154.5 73.5% 20.7 9.8% 26.2 12.5% 8.8 4.2% 210.2 100% 24.1
Pinetum myrtillosum 224.9 74.6% 29.3 9.7% 37.9 12.6% 9.3 3.1% 301.4 100% 60.8
Pine 39.7 8.9 6.0 5.3 59.9 50.2
on wet sites 66.3% 14.9% 9.9% 8.9% 100%
Piceetum oxalidosum 206.3 61.7% 49.1 14.7% 74.4 22.3% 4.4 1.3% 334.2 100% 31.8
Piceetum myrtil- 139.7 46.8 44.8 4.7 236.0 51.5
losum 59.2% 19.8% 19.0% 2.0% 100%
Spruce 98.6 35.3 36.1 4.2 174.2 70.8
on wet sites 56.6% 20.3% 20.7% 2.4% 100%
В лесном фонде Ленинградской области преобладающими типами леса являются сосняки и ельники черничные, на их долю приходится около 42
Особенно важно типологическую структуру лесных фитоценозов учитывать при определении запасов накопленного органического вещества на больших площадях. Условия места произрастания оказывают влияние не только на общие запасы, но и на структуру фитомассы. Так, в сосняках в зависимости от типа леса, доля стволовой древесины колеблется от 66 до 75 %, а доля корней и ветвей различается почти в 2 раза. По сравнению с сосняками, в ельниках различия по фитомассе отдельных фракций более сглажены.
В целом структура фитомассы сосновых фито-ценозов существенно отличается от структуры ельников. Например, в ельниках доля стволовой массы во всех типах леса меньше, чем в сосняках, и наоборот - доля хвои и ветвей в ельниках больше, чем в сосняках. Крона ели, как наиболее теневыносливой породы, всегда протяженнее, по сравнению с кроной сосны. От типа леса также зависит и фитомасса
В условиях Ленинградской области потенциальная продуктивность еловых фитоценозов по сравнению с сосновыми, значительно выше. Средневзвешенная величина накопленной фитомассы во всех компонентах ельника, составляет 255.6, а в
%. Распределение сосновых и еловых лесов по площади и типам леса в представлено в таблице 2.
растительности подчиненных (нижних) ярусов. В сосняках на долю подроста и подлеска приходится от 3.1 до 8.9% общей фитомассы, а в ельниках - от 1.3 до 2.4%. Это связано с тем, что под полог сосняков попадает больше света, чем под полог ельника. Под пологом еловых древостоев преобладают теневыносливые виды, а под пологом сосняков видовое разнообразие растительности нижних ярусов значительно богаче.
Запасы фитомассы, депонированные в подросте и в подлеске, могут достигать в отдельных случаях 9,3 т/га (Pinetum myrtШosum). В травяно-ку-старничковом и мохово-лишайниковом ярусах содержится до 8 т/га фитомассы. Существенные запасы органического вещества накапливаются и в лесной подстилке. Как под пологом сосняков, так и под пологом ельников в среднем на 1 га накапливается 49 т/га лесной подстилки, что составляет около 18 % от запасов всего фитоценоза, табл. 3.
сосняках - всего 185.1 т/га. Различия по общей фи-томассе составляют 28 %.
Для перевода органического вещества в углерод мы использовали соотношение 2:1. Исходя их
Таблица 2
Распределение сосновых и _ еловых лесов по площади и типам леса, тыс. га_
Тип леса Сосняки Ельники Другие породы Всего
% тыс. га
Cladinosum 27.3 2.7 2.8 0.76 32.8
Vaccinosum 252.1 21.8 23.0 6.82 296.9
Oxalidosum 65.1 226.5 3.3 20.57 894.9
MyrtiПosum 483.7 739.6 586.1 41.59 1809.4
Polytricosum 128.3 113.8 81.2 7.43 323.3
Sphagnosum 451.7 19.8 72.1 12.49 543.6
PhШpendulosum 1.7 54.0 394.1 10.34 449.8
Итого 1409.9 1178.2 1763.6 100 4351.7
Таблица 3
Запасы подстилки по типам леса в сосняках и ельниках Ленинградской области (значения округлены до __целых)__
Тип леса Сосняки Ельники Всего
площадь, тыс. га фитомасса, т/га итого, тыс. т площадь, тыс. га фитомасса, т/га итого, тыс. т площадь, тыс. га фитомасса, тыс. т
Cladinosum 33 9.6 316 33 316
Vaccinosum 297 24.1 7155 297 7155
Oxalidosum - 895 31.8 28458 895 28458
Myrtillosum 715 60.8 43454 1096 51.5 56428 1810 99882
Wet 715 50.2 35888 602 70.8 42607 1317 78495
Итого 1759 86813 2592 127494 4352 214307
% 34.1 - - 65.9 - - 100 -
Среднее, т/га - 49.3 - - 49.2 - - -
этого соотношения, запасы углерода в сосняках составят 92,6 т/га, а в ельниках - 127,8 т/га. Полученные значения позволяют говорить о том, что по сравнению с сосняками, ельники аккумулируют больше органического вещества, а следовательно, и углерода.
Список литературы
1. Абражко М. А. Закономерности распределения и фракционный состав биомассы подземных частей // Структура и продуктивность еловых лесов южной тайги. - Л., 1973. - С. 109-116.
2. Алексеев В.А., Бердси Р.А. Углерод в экосистемах лесов и болот России. - Красноярск: СО РАН. 1994. - 208 с.
3. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. - М.: Наука, 1993. - 248 с.
4. Бобкова К.С. Биологическая продуктивность хвойных лесов европейского Северо-Востока. - Л.: Наука, 1987. - 224 с.
5. Грязькин А.В. Потенциальные запасы фито-массы в лесах Ленинградской области // Динамика углерода в лесах Северо-Запада РФ. - СПб. 2003. -С. 39-42.
6. Грязькин А.В. Структура и состояние подроста под пологом разновозрастного ельника. - М.: ВИНИТИ, 1994. - 51 с.
7. Грязькин А.В., Смирнов А.П. Влияние хозяйственных мероприятий на структурные элементы лесных биогеоценозов - М.: ВИНИТИ, 1997. - 74 с.
8. Грязькин А.В. Структурная организация фи-тоценозов южной тайги (на примере ельников зеле-номошной группы типов леса). - СПб.: СПбГЛТА, 1999. - 136 с.
9. Дылис Н.В., Носова Л.М. Фитомасса лесных биогеоценозов Подмосковья. - М.: Наука. 1977. -143 с.
10. Загреев В.В., Сухих В.П., Швиденко А.3. и др. Общесоюзные нормативы для таксации лесов. -М.: Колос, 1992. - 495 с.
11. Исаев А.С., Коровин Г.Н., Уткин. А.И. и др. Оценка запасов и годичного депонирования углерода в фитомассе лесных экосистем России // Лесоведение. 1993. № 5. - С. 3-10.
12. Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 248 с.
13. Коковин П.А., Нагимов 3.Я. Структура фи-томассы крон полога сосняка ягодникового // Лесная таксация и лесоустройство. - Красноярск, 1990.
- С. 63-67.
14. Макаревский М.Ф. Запасы и баланс органического углерода в лесных и болотных биогеоценозах Карелии // Экология. 1991. № 3. - С. 3-10.
15. Письмеров А.В., Письмерова Р.С., Воробей П.М. Продуктивность фитомассы хвойных и хвойно-лиственных молодняков // Лесоведение. 1979 № 1. - С. 68-72.
16. Смирнов А.П., Грязькин А.В. Баланс органического вещества и режим СО2 в таежных экосистемах. СПб.: СПбГЛТА, 2000. - 200 с.
17. Усольцев В.А., Сальников А.А. Новый метод оценки запасов органического углерода в лесных экосистемах // Экология. 1998. № 1. - С. 3-13.
18. Чертов О.Г., Грязькин А.В., Смирнов А.П., Ковалев Н.В. Изменение баланса углерода и продуктивности экосистем лесного массива при его освоении в рубку [Текст] // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии - СПб.: СПбГЛТУ, 2011. - Вып. 197 - С. 89-97.
19. Energy from biomass. 3rd E.C. Conference. (W. Palzet al., eds.). L.; N.-Y.: Applied Science, 1985.
- 1211 p.
20. Fahnestock G. R. Carbon input to the atmosphere from forest fires // Science. 1979. V. 204. - P. 209-210.
21. Havas P., Kubin E. Structure, growth and organic matter content in the vegetation cover of an old spruce forest in Northern Finland // Ann. Bot. Fennici. 1983. V. 20. - P. 115-149.
