Воронеж, Воронежская область, Россия
Введение. Изучение запасов и годичной динамики фитомассы подлесочных пород в лесостепных экосистемах Окско-Донской равнины имеет важное значение для понимания вклада различных ярусных компонентов леса в углеродный цикл, особенно в условиях меняющегося климата. Цель исследования. Оценить запасы фитомассы подлесочных пород и их ежегодный прирост в разных типах лесных экосистем указанного региона, а также определить их роль в накоплении и динамике углерода. Материалы и методы. Исследования проведены на постоянных пробных площадях в двух типах лесных экосистем Воронежской области: (1) чистом сосновом древостое Левобережного лесничества и (2) сме-шанных лиственных насаждениях дуба черешчатого с примесью липы мелколистной, клёна остролистного и ясеня обыкновенного (Правобережное лесничество). Для каждого вида подлеска определяли видовую принад-лежность, категорию состояния, структуру яруса, высоту, ширину, величины проективного покрытия и другие дендрометрические показатели. Запасы углерода в фитомассе рассчитывались таксационными методами. Го-дичная чистая первичная продукция (ЧПП) определялась по динамике запасов надземной биомассы. Результаты. Установлено, что подлесок вносит существенный вклад в формирование запасов биомассы и накопление углерода в лесных экосистемах региона. Наибольшие значения годичного прироста фитомассы зарегистрированы в старовозрастных дубовых насаждениях в условиях свежей дубравы, что связано с повышенной продуктивностью под влиянием богатого слоя лесной подстилки и гумуса. В сосновых древостоях наблюдается меньший прирост и менее сложная структура подлеска. Заключение. Полученные данные расширяют представления о структурно-функциональной организации подлеска в различных типах лесостепных экосистем и его роли в биогеохимическом цикле углерода. Результаты могут быть использованы для совершенствования систем мониторинга углерода и планирования адаптивного управления лесами с учётом климатических целей.
подлесок, фитомасса, запасы углерода, лесостепь, годичный прирост, постоянные пробные площади, биологи-ческая продуктивность, структура растительного сообщества.
Введение
Численные результаты многочисленных научных исследований убедительно свидетельствуют о значимой роли лесных экосистем в глобальном углеродном цикле [2]. В период с 2010 по 2019 год, по экспертным оценкам, сухопутные экосистемы ежегодно поглощали порядка 12,5 млрд тонн диоксида углерода, при этом наибольшая доля аккумулировалась именно в лесах [3,4]. Лесные массивы являются крупнейшими наземными резервуарами углерода [5]. Особенности биологического круговорота и длительный жизненный цикл основных лесообразующих пород, характерные для бореальных и умеренных широт России, способствуют значительному накоплению углерода не только в фитомассе, но и в лесной подстилке, гумусе почв и торфяниках [6]. Благодаря долговременному запасанию углерода, лесные экосистемы играют ключевую роль в смягчении последствий выбросов парниковых газов и противодействии климатическим изменениям на планете. Захват и хранение углерода — важнейшие экосистемные функции лесов. Следует отметить, что несмотря на возрастание концентрации углекислого газа в атмосфере за последнее столетие, этот процесс, к сожалению, не сопровождался соразмерным увеличением фитомассы растительности [1].
Глобальное потепление климата, обусловленное антропогенным воздействием на окружающую среду, способствовало существенному росту интереса к вопросам оценки углеродного цикла лесных экосистем. В настоящее время данный интерес выходит за пределы фундаментальных научных исследований и находит практическое воплощение в сфере лесоуправления. В частности, формирование углеродных ферм и внедрение систем компенсации выбросов в лесном хозяйстве рассматриваются как перспективные направления устойчивого лесопользования, эффективных мер противодействия изменению климата и создания новых источников дохода [7].
Оценка запасов и потоков углерода в лесных экосистемах приобретает фундаментальное значение для глубокого понимания их вклада в процессы смягчения последствий изменения климата [8]. Достоверное количественное определение углеродного баланса лесов позволяет не только уточнять масштабы их секвестрационного потенциала, но и разрабатывать эффективные стратегии управления для дальнейшего увеличения их компенсирующей роли. На протяжении последних десятилетий лесные экосистемы в глобальном масштабе сохраняют статус нетто-стока углерода, ежегодно поглощая от 3,6 до 7,6 Гт CO2-эквивалента по разным оценкам, что составляет значительную долю антропогенных выбросов парниковых газов [9,10].
Около 45% мировых запасов углерода аккумулируется именно в лесных экосистемах. При этом углерод распределен между различными компонентами: основной его объем заключен в биомассе деревьев — стволах, ветвях, листьях и корневой системе, а также в подлеске, мертвой древесине и почвенном органическом веществе. Особое внимание придается оценке почвенного углерода и лесной подстилки, поскольку именно эти фракции характеризуются долговременным хранением и наибольшей устойчивостью к климатическим изменениям.
Комплексный анализ динамики углеродных запасов и потоков в лесах требует интеграции данных дистанционного зондирования, натурных инвентаризаций и моделей биогеохимических циклов. Такой подход позволяет выявлять пространственные и временные особенности накопления и высвобождения углерода, анализировать влияние природных и антропогенных факторов на углеродный баланс. В современных условиях результаты подобных исследований становятся важнейшей научной основой для разработки механизмов климатически адаптированного и устойчивого лесоуправления.
Информация о динамике накопления, распределения и трансформации органического вещества в различных компонентах лесных фитоценозов – древесном, подлесочном, напочвенном покрове, лесной подстилке и почве – обладает фундаментальной значимостью для комплексной оценки роли лесных экосистем в глобальном углеродном цикле как на региональном, так и на мировом уровнях [11,12]. Анализ различных лесных формаций показывает, что вклад тропических, бореальных и умеренных лесов в глобальный углеродный баланс существенно различается ввиду контрастов климатических условий, особенностей структуры, биомассы и продукционной специфики.
Тропические леса отличаются наивысшей первичной продуктивностью, интенсивными темпами накопления органического вещества, а также превосходящим другие типы лесов объёмом ежегодного поглощения углерода. В то же время бореальные лесные комплексы, несмотря на относительно низкие темпы прироста биомассы, играют критически важную роль в долговременной аккумуляции углерода за счёт большой площади распространения и значительных запасов органического вещества, в первую очередь — в почвах и напочвенном слое. Умеренные леса занимают промежуточное положение по запасам и продуктивности; рациональное и устойчивое управление ими способно существенно повысить их вклад в глобальные процессы секвестрации углекислого газа.
Для достоверной и всесторонней оценки вклада лесных экосистем в формирование углеродного цикла требуется учёт содержания и распределения углерода во всех основных компонентах экосистемы. Это включает древесную, подлесочную, травяную, напочвенно-подстилочную и почвенную фракции, каждая из которых участвует в процессах поглощения, депонирования и выделения углерода. Динамические характеристики потоков органического вещества между этими компонентами во многом предопределяют интегральную углеродную функцию леса.
Исследование структурно-динамических особенностей и продукционного потенциала древостоев и сопутствующих ярусов в различных типах лесных насаждений приобретает исключительно важное значение. Эти параметры выступают индикаторами адаптивных способностей лесных фитоценозов к изменяющимся абиотическим факторам среды, в том числе к росту температуры, изменению режима осадков и воздействию иных климатических стрессоров [13]. В свою очередь, результаты подобных исследований позволяют совершенствовать современные модели оценки биоразнообразия, стабильности и устойчивости лесных экосистем.
Следует подчеркнуть, что растительная фитомасса лесов – как в живой, так и в мёртвой органике – представляет собой весьма значимый, однако не доминирующий глобальный пул углерода. Абсолютно превалирующими резервуарами остаются океанические системы и почвенные горизонты планеты, тем не менее роль лесов в глобальной регуляции содержимого атмосферного CO₂, поддержании биотического разнообразия и обеспечении биосферной стабильности трудно переоценить. Лесные экосистемы функционируют как эффективный биологический насос, связывая атмосферный углерод, и выступают стратегическим ресурсом для смягчения последствий климатических изменений.
Оценка запасов органической массы растений в лесных фитоценозах является одним из ключевых индикаторов, отражающих как общую продуктивность лесных экосистем, так и процессы их восстановления. Несмотря на важность этого направления исследований, в отечественной и зарубежной литературе преобладает внимание к фитомассе древесного яруса, в то время как сведения о запасах и динамике фитомассы подлеска представлены крайне фрагментарно [14-16]. В этой связи особенно актуальной задачей остаётся разработка методических подходов, позволяющих получать репрезентативные данные о запасах органического вещества нижних ярусов с оптимальным соотношением между простотой и точностью учёта, что необходимо как для научных, так и для практических целей оценки и освоения различных видов растений.
Одним из перспективных направлений является выявление количественных зависимостей между фитомассой подлеска и объективными таксационными показателями, такими как видовой состав и возраст древостоя, тип леса, бонитет и полнота насаждения. Нахождение подобных взаимосвязей позволит существенно упростить и стандартизировать процедуры оценки запасов подлеска в лесных фитоценозах различных типов.
Проблема определения текущего прироста фитомассы лесных насаждений, и особенно подлесочного яруса, относится к числу наиболее методически сложных и трудоёмких в современных лесоэкологических исследованиях (Молчанов, Смирнов, 1967; Усольцев, 1998).
Целью данной работы является получение эмпирических данных о структуре надземной биомассы и количественной оценке прироста подлесочных видов, произрастающих в лесостепных экосистемах Окско-Донской равнины.
Актуальность исследования определяется необходимостью пополнения современных баз данных по биологической продуктивности и фитомассе лесных фитоценозов, что имеет важное значение для анализа динамики лесных ресурсов, совершенствования прогнозных моделей продукционно-углеродного баланса и разработки эффективных природоохранных и лесохозяйственных мер.
1. Валентики Р., Замолодчиков Д., Рейер К., Ноги С., Сантини М., Линднер М. Изменение климата в Рос-сии: прошлое, настоящее и будущее / Леса России и изменение климата. Что нам может сказать наука. -2020. -№ 11. -С. 45-52. https://doi.org/10.36333/wsctu11
2. Xu L., Saatchi S.S., Yang Y., Yu Y., Pongratz J., Bloom A.A., et al. Changes in global terrestrial live biomass over the 21st century. Sci Adv. 2021; 7: eabe9829. - DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.abe9829.
3. Friedlingstein P., O'Sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M., Hauck J., Olsen A. et al. Global Carbon Budget 2020. Earth System Science Data. 2020; 12(4): 3269-3340. https://doi.org/10.5194/essd-12-3269-2020
4. Tagesson T., Guy S., Horion S., Ciais P., Tian F., Brandt M. et al. Recent divergence in the contributions of tropical and boreal forests to the terrestrial carbon sink. Nature Ecology & Evolution, 2020; 4(2): 202–209. https://doi.org/10.1038/s41559-019-1090-0
5. Mo L., Zohner C.M., Reich P.B., Liang J., De Miguel S., Nabuurs G.-J., et al. Integrated global assessment of the natural forest carbon potential. Nature. 2023; 624: 92-101. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06723-z.
6. Малышева Н.В., Моисеев Б.Н., Филипчук А.Н., Золина Т.А. Методы оценки баланса углерода в лес-ных экосистемах и возможности их использования для расчетов годичного депонирования углерода // Лесной вестник. - 2017. -Т. 21. - № 1. С. 4-13. DOI:https://doi.org/10.18698/2542-1468-2017-1-4-13
7. Морковина С. С., Панявина Е. А., Шанин И. И., Авдеева И. А. Экономические аспекты организации карбоновых ферм на лесных землях / // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2021. – № 1 (52). – С. 17-25. DOI:https://doi.org/10.34220/2308-8877-2021-9-1-17-25
8. Anderson-Teixeira K.J., Herrmann V., Banbury Morgan R., Bond-Lamberty B., Cook-Patton S.C., Ferson A.E. et al. Carbon cycling in mature and regrowth forests globally. Environ Res Lett. 2021; 16: 053009. -DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/abed01.
9. Harris N.L., Gibbs D.A., Baccini A., Birdsey R.A., De Bruin S., Farina M. et al. Global maps of twenty-first century forest carbon fluxes. Nat Clim Chang. 2021; 11: 234-240. DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-020-00976-6.
10. Pan Y., Birdsey R.A., Phillips O.L., Houghton R.A., Fang J., Kauppi P.E. et al. The enduring world forest car-bon sink. Nature. 2024; 631: 563-569. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07602-x.
11. Zeller L., Pretzsch H. Effect of forest structure on stand productivity in Central European forests depends on developmental stage and tree species diversity. Forest Ecology and Management. 2019; 434: 193-204.- DOI: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.12.024.
12. Yang Y., Luo Y., Finzi A.C. Carbon and nitrogen dynamics during forest stand development: a global syn-thesis. New Phytologist. 2011; 190: 977-989. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03645.x.
13. Forest stand structure and functioning: Current knowledge and future challenges. Ecological Indicators. 2019; 98: 665-677. -DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.11.017.
14. Закамская Е. С., Закамский А. В. Фитомасса подлеска в березняках // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – № 9 (51). – С. 6–9. -DOIhttps://doi.org/10.18454/IRJ.2016.51.108.
15. Трофимова, И. Л. Надземная фитомасса и ее годичная продукция в спелых сосняках Среднего Урала: специальность 06.03.02. «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»: дис. … канд. с.-х. наук / Ия Леонидовна Трофимова. – Екатеринбург, 2015. – 249 с.
16. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения; УрО РАН. – Екатеринбург, 2007. – 636 с. – ISBN 978-5-7691-2122-7.
17. Usoltsev V.A., Shobairi S.O.R., Chasovskikh V.P. Comparing of allometric models of single‐tree biomass in-tended for airborne laser sensing and terrestrial taxation of carbon pool in the forests of Eurasia. Natural Resource Modeling. 2019; 32: e12187. -DOI: https://doi.org/10.1111/nrm.12187.
18. Данилов Д.А., Яковлев А.А., Суворов С.А., Крылов И.А., Корчагов С.А., Хамитов Р.С. Формирование надземной фитомассы лиственных древесных пород на постагрогенных землях // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 1. - С. 65–76. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-65-76
19. Усольцев В. А., Цепордей И. С., Уразова А. Ф., Борников А. В. Биомасса подлесочных видов Урала и ее аллометрические модели // Леса России и хоз-во в них. -2023. -№1 (84). -С. 30–40. https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12117
20. Уткин А. И., Замолодчиков Д. Г., Коровин Г. Н. Определение запасов углерода насаждений на проб-ных площадях: сравнение аллометрического и конверсионно-объемного методов // Лесоведение. – 1997. – № 5. – С. 51-65. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=9130857
21. Уткин А.И., Замолодчиков Д.Г., Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Милова О.В. Зависимые от фитомассы пре-дикторы надземной части первичной продукции насаждений основных лесообразующих пород России//Сибирский Экологический Журнал. - 2005. - № 12. – С.707–715. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=9130857
