Особенности биогеохимического цикла углерода в таёжно-лесных экосистемах

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Изменение массы углерода в лесных экосистемах под влиянием сплошных рубок

За последние десятилетия  учёными разных стран получены данные о том, что в круговороте углерода леса планеты (особенно бореальные) играют важную роль.

В лесах постоянно  идут природные процессы, в ходе которых происходит сток СО₂ в атмосферу и консервация углерода в течение того или иного времени. Разобраться в количественных результатах данных процессов очень непросто, поскольку на обширных лесных территориях происходят также события, вызываемые хозяйственной деятельностью.

Большинство хозяйственных  мероприятий в лесах не может  не влиять на круговорот углеродсодержащих  веществ. Однако все они не могут  быть поставлены вровень со сплошными  рубками древостоев, являющихся доминирующими  элементами лесных экосистем. Поэтому  в масштабе каждой лесной экосистемы (при её стабильном развитии) сплошная вырубка древостоя – это катастрофа, поворачивающая её развитие вспять.

Так, в СССР проводились  преимущественно сплошные рубки, которые ежегодно охватывали около 2,5 млн га. В последние годы в РФ площадь вырубок пришлось уменьшить примерно в 3 раза. Без обсуждения причин произошедшего феномена необходимо сказать о том, что мы, люди, не можем не обходиться без древесины и что в новой экологической ситуации для планирования и реализации адекватных действий мы обязаны знать, как сплошная рубка древостоев влияет на бюджет углерода в лесных экосистемах.

Треть углеродсодержащих  веществ в лесных экосистемах  остаётся на вырубках. Однако в отличие  от гумуса почвы она пребывает  здесь недолго. Вызванные сплошной рубкой изменения микроклимата в пограничном слое воздуха и почвы резко усиливают активность множества микроорганизмов, для которых главным пищевым (энергетическим) ресурсом и являются углеродсодержащие вещества, находящиеся в отпаде и опаде деревьев.

После вырубки деревьев в постоянно продолжающемся процессе поступления в почву их отпада и опада наступает многолетний  перерыв, сопровождаемый ускоренным микробиологическим распадом древесных и иных остатков материнских древостоев.

Итогом того и другого является то, что в первые годы жизни нового поколения деревьев в обеих сравниваемых экосистемах эмиссия углерода в атмосферу преобладает над его аккумуляцией. С 1 га свежих вырубок в атмосферу ежегодно поступает 3,3-3,8 т углерода. Зримый результат этого – быстрое уменьшение толщины слоя лесной подстилки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Особенности биогеохимического  цикла углерода в лесных экосистемах

Основными пулами углерода в лесных экосистемах являются: дебрис, пул углерода подстилки, пул углерода лабильного гумуса и пул углерода стабильного гумуса.

Пул дебриса пополняется  из пула живой фитомассы за счет отпада. Процесс пополнения пула подстилки  из пула живой фитомассы называется опадом. Опад включает сезонный листопад лиственных пород и лиственницы, отмирание хвои у вечнозеленых хвойных, сезонное отмирание травянистых растений напочвенного покрова, отмирание тонких ветвей и поверхностных частей коры, опад генеративных органов деревьев. Кроме того, пул подстилки пополняется и из пула дебриса за счет опада листвы или хвои, тонких ветвей и мелких частей коры усохших деревьев. Как пул дебриса, так и пул подстилки подвергаются гетеротрофной деструкции, в результате чего часть углерода переходит непосредственно в атмосферу. Оставшаяся часть углерода дебриса и подстилки трансформируется в углерод лабильного гумуса почвы. Часть лабильного гумуса минерализуется, в результате чего углерод выделяется в атмосферу, а часть переходит в стабильный гумус. В свою очередь стабильный гумус также подвергается процессам минерализации, а углерод освобождается в атмосферу. В устойчивых экосистемах климатического климакса все перечисленные пулы стремятся к стабилизации, а потоки - к равновесию. Однако далеко не все российские леса могут рассматриваться как равновесные. В первую очередь это относится к лесам Европейской части России, которая за прошедшее столетие испытала многочисленные изменения в землепользовании. По сравнению с Азиатской частью РФ в этом регионе намного выше доля молодых и средневозрастных насаждений, образовавшихся как в результате интенсивной лесоэксплуатации 50-70-х годов, так и в результате зарастания сельскохозяйственных земель (коллективизация 30-х годов, период Великой Отечественной войны, экономический кризис 90-х годов). Существенные изменения детритного компонента углеродного цикла лесов могут произойти при усилении проявлений глобальных изменений климата. При наличии устойчивого потепления произойдут изменения границ климатических климаксов, в результате чего многие ныне устойчивые лесные экосистемы превратятся в стадии сукцессии. Их переход в новое устойчивое состояние, очевидно, займет значительное время, а результатом может стать как потеря углерода, так и накопление его, в первую очередь в пулах лабильного и стабильного гумуса.

Как показывает моделирование накопления углерода в процессе восстановления климаксовых лесов и при различных хозяйственных нагрузках (различные системы рубок) только для лесов естественного развития рассчитанное соотношение потоков (баланс) углерода положительно и может составить 125-130 т С/га за 200-летний период. При любом из вариантов хозяйственного использования изъятие углерода с древесиной в рассматриваемых авторами лесах не компенсируется созданием новой биомассы; наибольшие потери характерны для практики сплошных рубок.

В настоящее время  в Европейской части России отмечается достоверное увеличение продуктивности спелых и перестойных лесов в  большинстве таежных регионов. Но, несмотря на то, что факт увеличения приростов демонстрируется довольно часто, основные причины ещё неясны. Комаров, Припутина с соавторами (2006) рассматривают роль увеличения техногенных выпадений азота из атмосферы в несколько раз, как фактор возрастания продуктивности. Моделирование воздействия дополнительных количеств азота при различных сценариях ведения лесного хозяйства привело к следующим выводам:

А) реакции почвы и  растительности на уровень азотных  выпадений из атмосферы проходят с различной скоростью, почва  откликается на изменения быстрее, однако ее буферных способностей оказывается достаточно для того, чтобы растительность ещё достаточно долго поддерживала уровень своей продуктивности;

Б) существует некоторый  уровень поступления азота в  лесную экосистему, при котором продуктивность экосистемы превышает потери, связанные  с лесозаготовками, производимыми по экологически обоснованным критериям, в том числе и по нормативам рубок;

В) даже относительно высокий  уровень выпадений азота (20 кг N/га в год) при «хищнических» лесозаготовках уменьшает устойчивость лесной экосистемы и приводит к потере углерода и азота в лесной растительности и почве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Киотский протокол

 Киотский протокол  – дополнительный документ к  Рамочной конвенции ООН (Организация Объединённых Наций) об изменении климата (1992). Подписан в Киото (Япония) в декабре 1997 года 159 государствами. Открыт для подписания 16 марта 1998 года.

Вступил в силу 16 февраля 2005 года после того, как его утвердили страны, суммарная квота которых по выбросам "парниковых" газов превышает 55 % (по состоянию на 1990 г.).

Подписавшие его страны договорились о необходимости сокращения выбросов парниковых газов, которые  вызывают глобальное потепление. Документ предусматривает, что в период с 2008 по 2012 годов общий объем выбросов в атмосферу двуокиси углерода, метана и других парниковых газов должен быть сокращен на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 года. Каждое государство получает определенные лимиты на выброс в атмосферу вредных газов. Если какая-либо страна не использует полностью свои лимиты, то она имеет право их продать как неиспользованные квоты. По мнению экспертов ООН, такой механизм должен способствовать поступлению в развивающиеся страны значительных ресурсов, которые должны быть использованы для борьбы с негативными тенденциями, вызванными изменением климата.

Согласно Протоколу, Евросоюз должен сократить выбросы на 8 %, Япония и Канада – на 6 %, страны Восточной  Европы и Прибалтики – в среднем  на 8 %, Россия и Украина – сохранить  среднегодовые выбросы в 2008 – 2012 годах на уровне 1990 года. (Убрана фраза, не имеющая отношение к Киото). Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, не были обременены обязательствами, но могли брать на себя добровольные обязательства и получать под них финансирование.

Соединенные Штаты Америки  заявили о неучастии в протоколе до 2013 года.

США и европейские  страны придерживаются по этому вопросу  разных точек зрения: в США считают, что сохранение климата должно обеспечиваться развитием современных технологий, а не введением ограничений на выбросы углекислого газа, которые  предусматривает Киотский протокол.

Киотский протокол утверждён 181 страной и одним региональным содружеством   Европейским союзом.

Россия подписала Киотский протокол в марте 1999 года, но тогда  не утвердили. Без России Киотский протокол никогда не вступил бы в силу. 22 октября 2004 года Госдума РФ одобрила проект ФЗ "О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата", 27 октября – Совет Федерации, 5 ноября – Президент РФ. 18 ноября 2004 года Постоянный представитель РФ А.Денисов передал на хранение Генеральному секретарю ратификационную грамоту протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.

Для России протокол вступил  в силу 16 февраля 2005 года, через 90 дней после официальной передачи документа о ратификации.

Объем накопленных Россией  квот за срок действия Киотского протокола  с 2008 по 2012 годы, по оценкам, превысит шесть миллиардов тонн эквивалента СО₂.

Действие Киотского  протокола заканчивается в 2012 году. Через три года на смену "Киото" должен прийти новый документ, основные положения которого страны-участницы Рамочной конвенции ООН по изменению климата обсуждали на переговорах в Копенгагене в декабре 2009 года.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Подведём итог: мы рассмотрели  что же такое таёжно-лесные экосистемы – это экосистемы северного умеренного пояса, составленные бореальными видами ели, пихты, лиственницы, сосны (в том числе кедровой) с небольшой примесью лиственных пород. Также таёжно-лесные экосистемы – это одна из географических подзон северного умеренного пояса.

Также мы рассмотрели, что  их роль в круговороте углерода очень  велика.  Леса не только активные продуценты биомассы и кислорода, но и огромное хранилище углерода, аккумулированного в живых растениях, их остатки различной степени деструкции, в гумусе и торфах.

Полагают, что прогнозируемое глобальное потепление в первую очередь  скажется на природной ситуации в  высоких широтах, а значит, и на лесной растительности.

Сделали вывод о том, что оценки запасов и депонирования (хранение) углерода лесной растительностью чрезвычайно важны для определения норм выбросов углекислого газа в целях ограничения парникового эффекта.

Что касается парникового  эффекта: чтобы удержать содержание СО₂ на приемлемлм уровне необходимо решить три взаимосвязанные задачи: уменьшить выбросы СО₂ в атмосферу; увеличить сток СО₂ из атмосферы; увеличить продолжительность времени, в течение которого извлечённый из атмосферы СО₂ будет храниться в разных слоях Земли в виде тех или иных углеродсодержащих веществ.

То, о чём сказано выше, затронет практически все сферы жизнедеятельности и, конечно, лесное хозяйство разных стран.

Важное значение круговорота  углерода состоит в том, что масса углерода, находящегося в составе различных углеродсодержащих веществ в глобальных запасах древесины, и масса углерода в составе СО₂ атмосферы Земли соотносятся примерно как 1:10. Если взять в расчёт не только древесину, но и другие элементы лесных экосистем, соотношение, вероятно, примет вид 1:5. Приведённые цифры и происходящие в атмосфере изменения свидетельствуют о необходимости серьёзного изучения и регулирования биологического механизма влияния лесов на содержание СО₂  в атмосфере, а также на массу углерода, извлекаемого из атмосферы и сохраняемого в течение определённого времени в виде различных веществ в лесных экосистемах.

Существует ещё одна проблема – это сплошная вырубка древостоя – это катастрофа, поворачивающая её развитие вспять.

 Мы рассмотрели Киотский протокол, в котором было принято соглашение о необходимости сокращения выбросов парниковых газов, которые вызывают глобальное потепление.

Действие Киотского  протокола заканчивается в 2012 году. Через три года на смену "Киото" должен прийти новый документ, основные положения которого страны-участницы  Рамочной конвенции ООН по изменению  климата обсуждали на переговорах в Копенгагене в декабре 2009 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Леса в глобальном цикле углерода (2005 г.)

(http://forest.akadem.ru/Articles/05/vaganov_1.pdf)

2. Почвы России и СССР

(http://www.ecosystema.ru/08nature/soil/012p.htm

3. Тайга (http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/108/471.htm)
4. А. Ф. Андреев. Природа / Заварзин Г. А. // Баланс углерода в России: Цикл углерода в природных экосистемах России. М.: Наука, 1994. – С. 128.
5. Т. В. Абрамова., А. П. Василенко., Н. С. Константинова. Лесное хозяйство // Проблемы и решения: Лесная политика в условиях изменяющегося климата. – Москва, 2009. – 154 с.
6. А. И. Исаев., А. И Уткин., Д. Г. Замолодчиков и др. Лесоведение // Леса России как резервуар органического углерода биосферы. – Москва, 2001. – 79 с.
7. Киотский протокол (http://eco.rian.ru/documents/20100216/209345422.html)