Состояние и проблемы оценки запасов углерода в степных экосистемах Западно-Казахстанской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Состояние и проблемы оценки запасов углерода в степных экосистемах Западно-Казахстанской области

Сергалиев Н.Х., Жиенгалиев А.Т., Турбаев Т.Ж.

Аннотация

В статье представлены некоторые предварительные результаты по проблематике оценки запасов углерода степных экосистем. Приведены результаты научных исследований, посвященных разностороннему освещению проблемы оценки запасов углерода с использованием современных методов лабораторного анализа.

Аnnotation

The article presents some preliminary results on the issue of carbon stock assessment in steppe ecosystems . The results of research on diversity reporting issues carbon stock assessment using modern methods of laboratory analysis.

Ключевые слова: запас углерода, степные экосистемы, аридная зона.

В глобальном масштабе органическое вещество почвы представляет собой главное звено в углеродном цикле из-за своих огромных запасов. В то же время почвенный покров, находящийся в контакте с атмосферой, литосферой и наземной фитосферой, занимает ключевую позицию в биосферном круговороте газов на континентах. Известно, что диоксид углерода атмосферы примерно на 90 % имеет почвенное происхождение [1].

Первичная секвестризация атмосферного углерода за счет связывания его в органические формы происходит только при фотосинтезе. Дальнейшая секвестризация обязана процессам замедления эмиссии углерода, прежде всего через консервацию органического вещества в многолетних органах живых растений (древесина) и в растительных остатках (торф, лесная подстилка, мертвые древесные остатки). Общепринятый методологический подход к получению таких оценок можно назвать картографическим. Он заключается в выполнении следующих операций: выбор той или иной географической основы (например, карты растительности или ландшафтов), подбор для отдельных контуров соответствующей информации по элементарным экосистемам, усреднение данных в пределах контура, умножение средних значений на площади соответствующих контуров, суммирование оценок по всем контурам карты [2].

Определение чистой первичной продукции в лесных экосистемах очень трудоемко и, как правило, очень редко может быть основано на использовании лишь собственных данных без привлечения литературного материала. Лесоведами накоплен большой экспериментальный материал по накоплению углерода в стволовой древесине в зависимости от типа и возраста лесных насаждений, однако, это лишь часть чистой первичной продукции. В монографии Н.И. Базилевич обобщены многолетние результаты биодинамических наблюдений чистой первичной продукции и приведены конверсионные коэффициенты для расчета всей чистой первичной продукции на основании данных о накоплении углерода в отдельных органах древесных растений [3].

Иной по содержанию подход используются в работах других авторов, в которых продукция оценивается по содержанию хлорофилла растений доминантов различных ботанико-географических формаций России. При этом источником информации для оценки запасов хлорофиллоносных тканей служили результаты Международной биологической программы [4,5].

По Замолодчикову, возможным выходом в этой ситуации может стать замена получаемых с карт площадных характеристик лесов России на запасы древесины, имеющихся в материалах Государственного учета лесного фонда. Но для этого надо знать содержание запасов углерода в различных лесообразующих породах по возрастным классам с привлечением конверсионных отношений фитомасса фракций/запас древесины.

Следует отметить роль научной группы Комарова А.С. по моделированию биогеохимических циклов в лесных экосистемах, позволяющую проанализировать причины изменений в лесных экосистемах, а также дать прогноз при различных сценариях возможных изменений факторов [6].

В то же время экспериментальных данных для разработки конверсионных коэффициентов не так много. Основной целью состояла в получении экспериментальных данных для оценки запасов углерода лесных экосистем аридной зоны.

Общая природно-климатическая характеристика исследуемых объектов.

Климатическая характеристика. По классификации климатов, основанной на зависимости между географической зональностью и метеорологическими элементами, и в которой для характеристики такой зависимости использованы суммы температур подстилающей поверхности и индексы сухости, Зеленовский район находится целиком в пределах двух климатических зон - в климате недостаточно влажном с умеренно мягкой зимой, а также в климате сухом с теплым летом. Граница между ними проходит примерно по линии п. Талпын - п. Карасу [7].

К северу от этой линии среднемесячная температура января -14,8°С, июля +22,5°С, среднегодовая +4,3°С; наибольшее в районе среднемесячное количество осадков в июле (33 мм), наименьшее - в феврале (14 мм), среднегодовое количество осадков около 300 мм. На юге района среднемесячная температура января -13,2°С, июля +23,8°С, среднегодовая +5,4°С; наибольшее в районе среднемесячное количество осадков в июне (33 мм), наименьшее - в феврале (12 мм), среднегодовое количество осадков около 260 мм. Среднемесячная (по данным метеорологической станции г. Уральск) температура января -13,2°С, июля +22,8°С, среднегодовая +5,1°С; наибольшее среднемесячное количество осадков в декабре (40 мм), наименьшее - в феврале (24 мм), среднегодовое количество осадков 376 мм.

Почвенный покров. Почвенный покров представлен суглинистыми, супесчаными и песчаными пойменными почвы, имеющие разнообразную степень засоленности. Пойменные почвы формируются при ежегодном или, на высоких местах более редком, отложении на их поверхности весенними паводковыми водами аллювия (осадочного материала, переносимого реками во взвешенном состоянии или волочением). Эти типы почв особенно характерны для поймы р. Урал.

Методика исследований.

Для получения показателей видового состава, структуры, запаса и продуктивности лесных и степных сообществ, закладывались пробные площади размером 20 м х 20 м и 1 м х 1м соответсвенно. В общем заложены более 100 пробных площадей. Исследование лесных насаждений осуществлялось методом сплошного перечёта, определялись таксационные показатели, степных - методом укосных площадок с определением ботанического состава.

Место для закладки пробных площадей выбирали в наиболее характерной по лесоводственно-таксационным и ботаническим признакам и условиям произрастания части обследуемого выдела, не ближе 30 м от дорог, прогалин, квартальных просек и других мест, оказывающих влияние на изменение изучаемых признаков. От правильного выбора места для закладки пробного площади зависит достоверность и ценность полученных данных.

Закладывались на участках пробные площади. На лесных участках перечет деревьев на пробных площадях производился по ступеням толщины конвертным способом, на степных определялась общая биомасса.

На пробной площади также и измеряли высоту дерева, на ступенях толщины у которых количество деревьев наибольшее. И этот показатель заносим в таблицу.

После вычисления среднего диаметра и средней высоты подбирались модельные деревья. После этого срубали модельное дерево.

При исследовании подроста, подлеска и живого напочвенного покрова закладывались учётные площадки размером 2х2 м; в каждой из этих пробных площадок закладывались по 5 малых площадок.

Учёт деревьев в образующих подростах начинались со всходов (деревья которые не более 10 см по высоте).

Учет фитомассы всех ярусов, отбор образцов и расчет запасов углерода фитомассы на пробной площадке проводили по методическим указаниям к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах под авторством Родина Л.Е., Ремезова Н.П., и Базилевич Н.И., составленных в рамках Международной биологической программы [32].

Образцы почвы отбирались по горизонтам 10 см с разреза, заложенного на пробной площадке до глубины двух метров. Морфологическое описание почвы проводили по общепринятой методике.

Определение содержания углерода в образцах проводился в соответствии с международным стандартом ISO 10694:1995 Определение содержания органического и общего углерода методом сухого сжигания (элементный анализ), и инструкцией по применению прибора элементный анализатор серии Multi модели Multi N/C 2100.

Характеристика и продуктивность участков.

Определение структуры лесного сообщества является, более сложными в отношении синузиальной структуры (в них представлены древесные породы, кустарники, полукустарнички, многолетние и однолетние травы, мхи, лишайники и грибы), поэтому их изучение, требует знания многих методических принципов.

Ниже приведены описания структуры лесного сообщества исследуемых участков, которые были заложены на двух участках прирусловой части поймы (возле п. Дарьинск и г. Уральск). На каждом участке заложены три пробные площадки на трех различных классах возраста, с разделением на соответствующие ярусы.

В целях проведения научно-исследовательских работ летом текущего года были проведены исследования в лесах Дарьинского лесничества Январцевского государственного учреждения по охране лесов и животного мира и Уральского лесничества Уральского государственного учреждения по охране лесов и животного мира. Были заложены пробные площади и проведена таксация леса. Для закладки пробной площади выбрали участки государственного лесного фонда с основной лесообразующей породой Западно-Казахстанской области. В Дарьинском лесничестве по общепринятой методике были заложены 3 пробной площади. В квартале 24 выдел 5 произрастают насаждения тополя черного I класса возраста. Происхождение естественное, порослевое. В 2006 году проведены лесовосстановительные рубки. Возраст насаждения - 9 лет. Средний диаметр насаждения 3,3 см. Средняя высота насаждения 5 м. Полнота насаждения 0,3. Таксационные данные участка представлены в таблице 1. Подроста тополя нет, ясеня встречается в незначительном количестве высотой 1,0-1,5 м. В составе насаждения присутствуют клен ясенелистный высотой 8 м, вяз гладкий высотой 6 м. Большинство деревьев на пробной площади относятся здоровым. Ниже приведено таксационное описание лесного сообщества.

Таблица 1 - Таксационные данные тополевника I класса возраста

Анализ таблицы показывает, что главной породой в данном выделе является тополь черный. Естественного возобновления главной породой не происходит. Наблюдается смена пород. Если сравнить состав главной породы с данными лесоустройства 1992 года, существенного изменения не произошло, подроста тополя нет. Тип условий местопроизрастания - ветловники низинные прирусловые.

Кустарниковый ярус представлен шиповником высотой 0,7 м. Проективное покрытие составляет 10 %. Вертикальное покрытие кустарниковым ярусом составляет 20 %. В травянистом ярусе представлены земляника высотой 0,5-0,7 м. Проективное покрытие травяными растительностями 100 %.

На степных участках представлены типчаково-ковыльные и полынные ассоциации. Продуктивность и запасы углерода по вариантам представлены ниже.

запас углерод степной экосистема

Таблица 2 - Продуктивность и запасы углерода в фитомассе

Подземная фитомасса превосходит подземную во всех вариантах. Соотношение подземной фитомассы к надземной на темно-каштановой почва равно 5. На эталоне соотношение равно 4, а на пастбищном участке возрастает до восьми.

Ниже приведены запасы общего углерода в почве под лесными насаждениями.

Таблица 3 - Содержание и запасы общего углерода в почве

На исследуемых пробных площадках под лесными насаждениями запасы общего углерода почвы в двухметровой толще оцениваются как низкие, так на почвах под степной растительность запасы были примерно в два раза выше. Хотя в каштановых почвах аккумулируется значительное количество карбонатов, неорганических форм углерода (Скарб) на исследуемых почвах под лесными насаждениями не обнаружено, что вероятно связано с усиленным промывным водным режимом прирусловой части поймы. На средней части поймы, вероятно, количество Скарб, будет больше. Таким образом значительным фактором влияющим на запасы общего углерода будет содержание Скарб, который, вероятно зависит от водного режима почв.

Заключение. При расчете запасов органического углерода растительного покрова учитывается структура лесного сообщества. К примеру, в общих запасах органического вещества растений занимает подземная часть. Так на тополевнике 1 класса возраста запасы углерода сравнительно невысоки, но соотношение подземной фитомассы к надземной составило 1:5. Необходимо учитывать что в лесах с аридным климатов значительная часть запасов углерода фитомассы может быть сосредоточена в подземной части. На обеих заложенных площадках запасы углерода увеличиваются с ростом запаса фитомассы, так как процентное содержание углерода не сильно отличается по классам возраста. В сравнении, со степными эталонными участками запасы углерода фитомассы выше в несколько раз.

Наиболее существенной чертой генезиса пойменных почв является протекание почвообразования под влиянием периодического затопления паводковыми водами с аккумуляцией взмученного материала на поверхности почв или размывом ее. В описываемых разрезах данные свойства проявляются в сильной степени.

Запасы почвенного общего углерода на участке в сравнении со степными участками, меньше почти в два-три раза. Расчеты почвенного углерода велись на двухметровую толщу, поэтому в темно-каштановых почвах степных участков запасы общего углерода увеличились за счет углерода карбонатов.

По аппроксимированным расчетам, запасы углерода в фитомассе леса основной лесообразующей породы (тополь черный) на примере Западно-Казахстанской области составляют 1,0 млн тонн С. Запасы углерода почвы в двухметровой толще на той же площади (40878га), составили 12,7 млн тонн С. Соответственно, общие запасы углерода приблизительно равны 13,7 млн тонн С.

На степных участках экосистемные запасы общего углерода в целом ниже, что объясняется высокими запасами углерода в фитомассе.

Проводимые работы выполнялись в целях реализации научно-исследовательского проекта ««Оценка запасов углерода пойменных лесов аридной территории»« в рамках бюджетной программы 055 «Научная и/или научно-техническая деятельность», номер государственной регистрации - №4033/ГФ4.

Список литературы

1. Чимитдоржиева, Э.О. Запасы углерода в черноземах и каштановых почвах Западного Забайкалья и эмиссия СО2 : автореф. дис…. канд. биол. наук :03.02.13. : защищена 09.06.11. : утв. 15.12.11 / Чимитдоржиева Эржена Очировна. Улан-Удэ - 2011. - 141 с.

2. Кудеяров, В.Н. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А. Заварзин, С.А. Благодатский и др. - М.: Наука, 2007. - С. 3-8.

3. Замолодчиков, Д.Г. Система конверсионных отношений для расчета чистой первичной продукции лесных экосистем по запасам насаждений / Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин // Лесоведение. - 2000. - №6. -С. 54-63.

4. Воронин, П.Ю. Проективное содержание хлорофилла и биоразнообразие растительности основных ботанико-географических зон России / П.Ю. Воронин, Е.И. Ефимцев, А.А. Васильев //Физиология растений. - 1995. - Т.42. - С. 295-302.

5. Мокроносов, А.Т. Глобальный фотосинтез и биоразнообразие растительности / А.Т. Мокроносов // Круговорот углерода на территории России. НТП «Глобальные изменения природной среды и климата» / под ред. Заварзина Г.А. - М.: Миннаука РФ, 1999. - С. 19-62.

6. Комаров, А.С. Моделирование биогеохимических циклов элементов в лесных экосистемах / А.С. Комаров // География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию профессора Н.И. Базилевич. Материалы конференции. 19-22 апреля 2010 года. - Пущино: Институт географии РАН, 2010. - 670 с.

7. Агроклиматический справочник по Западно-Казахстанской области. - А.: - 1960. - 127 с.

Размещено на Allbest.ru