Тайга открыта на учет. Лесные экосистемы европейского северо-востока России проверят по всем статьям
Известно, что леса обогащают атмосферу кислородом, за что и получили название “легкие планеты”. Но есть еще один не менее важный для развития жизни элемент, который тоже “производят” растущие на Земле деревья. Это углерод. Неудивительно, что и он сам, и роль лесных массивов в его воспроизводстве не остаются без пристального внимания ученых. Например, научный сотрудник Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН кандидат биологических наук Андрей ОСИПОВ изучает биологическую продуктивность и бюджет углерода среднетаежных сосновых экосистем европейского Северо-Востока России. Значимость темы и потенциал исполнителя эксперты оценили по достоинству — исследование получило государственную поддержку в виде гранта Президента РФ. Наш корреспондент задал несколько вопросов молодому ученому.
Андрей Федорович, прежде всего, хотелось бы уяснить, что означают понятия “биологическая продуктивность” и “бюджет углерода”.
Биологическая продуктивность — это образование биомассы, выражаемое потоками органического вещества и его потенциальной химической энергии на единицу площади за единицу времени. Именно биологической продуктивностью определяются экологические и экономические функции лесов. А ведь они — основа жизни и здоровья человечества, особенно сейчас, в условиях нарастающей антропогенной нагрузки и изменений климата. Кроме того, это уникальный и возобновляемый природный ресурс, способный обеспечить экономическое благополучие страны и благосостояние ее населения. Сегодня данные по биологической продуктивности лесов используются для оценки круговорота углерода в экосистемах, что особенно важно в условиях нестабильности климата.
Понятие “бюджет углерода” применяется, когда требуется оценить количество углерода, содержащегося в лесных экосистемах, а также его потоки при накоплении в биомассе, почве и высвобождении при разложении. Это наиболее информативный показатель, отражающий физиологическое состояние, продуктивность лесов, а также степень влияния на них основных факторов внешней среды и антропогенного воздействия. Следовательно, оценка круговорота углерода позволяет решить не только фундаментальные, но и практические задачи. Это, например, разработка рациональных стратегий перехода к адаптивному ведению лесного хозяйства, учитывающих постоянно меняющиеся экологические и социально-экономические условия. А также обоснование системы мероприятий по смягчению нежелательных климатических изменений. В научной литературе приводятся сведения, что новая парадигма устойчивого лесопользования требует эффективного предсказания роста леса и динамики характеристик местообитания, обусловленных изменением экологических условий произрастания лесов под воздействием изменений климата или катастрофических нарушений антропогенного и природного характера (вырубки, пожары, ветровалы, нашествия насекомых-вредителей).
Что подразумевают под критериями устойчивого лесопользования? Это, во-первых, сохранение биоразнообразия, во-вторых, сохранение баланса биогенных элементов (главным образом, углерода). Первый из этих критериев придает особое значение видовому разнообразию живых организмов в лесу и поддержанию сложной структуры лесных экосистем. Критерий сохранения баланса углерода имеет прямое отношение к проблеме изменения климата и оценке роли, которую выполняют лесные экосистемы в связывании углерода растительностью и почвой.
Почему вы выбрали для исследований среднетаежные сосновые экосистемы европейского Северо-Востока России?
Северо-Восток России — это регион с развитой лесной промышленностью. Общая площадь сосновых насаждений составляет здесь около 7 миллионов гектаров. Следовательно, они выполняют важные климатозащитные и средообразующие функции. Активное хозяйственное освоение сосновых лесов в этом регионе началось в 1930-х годах. В первую очередь, рубками затрагивались сосняки, что связано с высокой ценностью древесины, получаемой из них. Возрастная структура сосняков региона изменилась, и в настоящее время они представлены в основном молодняками, средневозрастными и приспевающими древостоями. Особый интерес среди этих возрастных этапов представляет период приспевания, предшествующий периоду спелости (возрасту рубки). На этой стадии затухают процессы естественного изреживания деревьев, резко уменьшается накопление органического вещества и связывание углекислого газа из атмосферы. Поэтому одна из задач нашей работы — оценка возрастной динамики изменения запасов и потоков органического вещества и углерода в лесных насаждениях на стационарах, в том числе характеристика периода приспевания. Используя сеть постоянных пробных площадей, заложенных еще в прошлом веке при участии профессора Капитолины Степановны Бобковой, мы можем проследить изменение этих показателей в течение 30 и более лет. Кроме того, планируем дать оценку возрастной динамики накопления стволовой древесины, главного лесного ресурса, как отдельными деревьями, так и древостоями. Все это позволит в определенной степени прогнозировать восстановление сосновых лесов изучаемого региона.
Как вы проводите свои исследования?
Работа основана на большом объеме экспериментального материала, собранного во время экспедиций. Подготовка к экспедиции начинается в институте с подбора объектов на картах, лесоустроительных материалах. Первый этап — описание растительности, почв — проходит непосредственно в поле. Это позволяет получить количественные и качественные характеристики лесных насаждений. Затем начинается уже работа по теме исследования. Мы отбираем образцы для выяснения биологической продуктивности древесного яруса и растений нижних ярусов. Определяем вклад основных компонентов лесной экосистемы (живой и мертвой биомассы, почвы) в общий пул углерода. Для характеристики ежегодно отмирающей и поступающей на поверхность почвы биомассы мы формируем специальные ящики. Так оценивается масса опада — одного из ключевых процессов как круговорота веществ, так и бюджета углерода. Затем мы отбираем образцы различных фракций (хвоя, ветви, кора, растения напочвенного покрова) и откладываем для определения скорости их разложения. Изучаем температурный режим почв. Температуру измеряем в непрерывном автоматическом режиме на различных глубинах автономными регистраторами. Наши исследования ведутся с использованием современного оборудования. С мая по октябрь проводим измерения эмиссии СО2, основного парникового газа, с поверхности почвы — при помощи газоанализатора LiCor 8100, что позволяет оценить интенсивность разложения органического вещества.
Экспедиционный сезон у нас довольно напряженный и тяжелый, но интересный. Иногда мы работаем под “надзором” лесных жителей — лося, зайца, различных видов птиц. Однако бόльшая часть работы проходит за разбором огромного количества образцов. Среди методов обработки данных в лабораторных условиях отдельно хочется выделить анализ прироста древесины ствола, для которого используем прибор для измерения ширины годичных колец Lintab 5. Это позволяет нам не только составить характеристику хода роста дерева, но и описать всю его “биографию” за один-три столетия (в зависимости от возраста растения). В частности, определить, как оно развивалось, сколько лесных пожаров пережило, каковы были погодные условия в течение произрастания, когда погибли и отпали его соседи.
Какие проблемы позволят решить ваши результаты?
Полученные в ходе реализации проекта сведения имеют помимо теоретического и прикладное значение. Во-первых, оценка того, как шло развитие дерева, происходили изменения продукционных процессов в возрастной динамике, необходима для прогноза восстановления лесных ресурсов среднетаежных сосняков после нарушений их состояния (пожары, ветровалы, рубки). Новые данные служат основой для пополнения или уточнения таблиц хода роста сосновых древостоев средней тайги европейского Северо-Востока. В перспективе все это поможет модернизировать существующее лесопользование для получения максимально возможного количества древесных ресурсов. Решение подобных проблем актуально для современного лесопромышленного комплекса в условиях перехода к ресурсосберегающим технологиям.
Во-вторых, будут получены и данные о влиянии лесорастительных условий на круговорот органического углерода (в перспективе круговорот веществ в целом) в сосняках, что позволит разрабатывать и верифицировать модели динамики углерода органического вещества. Значительная часть результатов (возрастная динамика накопления биомассы, дыхание почвы, количество мертвой древесины в насаждениях) впервые приводится для такого крупного лесного района. Это позволит оценить роль сосняков в создании резервуаров и потоков углерода в биосфере Северного региона и снизить неопределенности при оценках стока углерода в наземные экосистемы России.
