1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Серия географическая
  4. T. 87, № 4, 2023

Известия РАН. Серия географическая, 2023, T. 87, № 4, стр. 536-557

Роль старовозрастных лесов в аккумуляции и хранении углерода

Н. В. Лукина a, *, С. А. Барталев a, b, А. П. Гераськина a, А. С. Плотникова a, А. В. Горнов a, Д. В. Ершов a, Е. А. Гаврилюк a, А. И. Кузнецова a, Н. Е. Шевченко a, Е. В. Тихонова a, М. А. Данилова a, Д. Н. Тебенькова a, В. Э. Смирнов a, Е. В. Ручинская a

a Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Москва, Россия

b Институт космических исследований РАН
Москва, Россия

* E-mail: lukina@cepl.rssi.ru

Поступила в редакцию 01.12.2022
После доработки 04.02.2023
Принята к публикации 24.04.2023

Аннотация

В статье дан краткий анализ получивших широкую известность работ, содержащих доказательства накопления углерода в старовозрастных лесах. Проведенный анализ современного состояния проблемы позволяет сделать вывод о том, что старовозрастные леса продолжают накапливать углерод. Представлена карта старовозрастных лесов России, идентифицированных на основе возраста древостоя, превышающего 200 лет, с использованием данных дистанционного зондирования, и обсуждаются оценки пулов углерода в этих лесах. Согласно полученным оценкам, площадь старовозрастных лесов России составляла 163 млн га по состоянию на 2021 г., а запасы углерода в фитомассе достигли 7.33 млрд т при вкладе лиственничных лесов и лиственничных редколесий 86%. Показано, что важнейшей причиной неопределенностей в оценках циклов углерода в старовозрастных лесах является неопределенность самого понятия “старовозрастные леса”. Старовозрастные леса мозаичного строения Москворецко-Окской равнины накопили больше азота и углерода в почвах, чем леса на более ранней стадии сукцессии с невыраженной мозаичностью (в среднем около 80 т/га против 60 т/га в 30-сантиметровом слое). Старовозрастные пихто-буковые мертвопокровные леса Северо-Западного Кавказа, древостой которых отличается самой высокой в России и Европе продуктивностью и высокими запасами углерода в древостое, характеризуются низкими запасами углерода в почвах по сравнению с лесами на более ранней стадии развития (в среднем 58 т/га против 99 т/га в 30-сантиметровом слое). Это объясняется низким качеством опада бука и пихты и отсутствием выраженной оконной мозаики, что препятствует заселению светолюбивых видов растений, в том числе с высоким качеством опада. Показано, что, наряду с микроорганизмами, необходимо учитывать таких агентов разложения, минерализации и гумификации, как дождевые черви, которые играют ключевую роль в циклах углерода. Запасы углерода в подстилке северотаежных еловых лесов на порядок выше, чем в хвойно-широколиственных; в подстилке и в минеральном слое 0–30 см в сумме запасы углерода под кронами деревьев ели около 200 лет оказались значительно выше, чем в межкроновых пространствах, и превышали 80 т/га.

Ключевые слова: старовозрастные леса, мозаичность, углерод, азот, качество опада, почва, дождевые черви

Список литературы

  1. Аккумуляция углерода в лесных почвах и сукцессионный статус лесов. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018. 232 с.

  2. Акулова Л.И., Долгин М.М., Колесникова А.А. Распространение и численность дождевых червей (Lumbricidae) в подзоне средней тайги Республики Коми // Вестн. Ин-та Биологии Коми НЦ УрО РАН. 2017. № 1 (199). С. 4–16.

  3. Атлас малонарушенных лесных территорий России. М.: Изд-во МСоЭС; Вашингтон: Изд-во World Resources Inst., 2003. 187 с.

  4. Барталев С.А. Методология комплексного использования спутниковых данных дистанционного зондирования, выборочных наземных наблюдений и моделирования для мониторинга бюджета углерода в лесах России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Материалы 20-й международ. конф. М.: ИКИ РАН, 2022. С. 499. https://doi.org/10.21046/20DZZconf-2022a

  5. Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Шабанов Н.В. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 с.

  6. Биоразнообразие и функционирование лесных экосистем. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2021. 327 с.

  7. Битюцкий Н.П., Соловьева А.Н., Лукина Е.И., Олейник А.С., Завгородняя Ю.А., Демин В.В., Бызов Б.А. Экскреты дождевых червей стимулятор минерализации соединений азота в почве // Почвоведение. 2007. № 4. С. 468–473.

  8. Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность / под ред. О.В. Смирновой. М.: Наука, 2004 а. Кн. 1. 479 с.

  9. Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность / под ред. О.В. Смирновой. М.: Наука, 2004 б. Кн. 2. 575 с.

  10. Всеволодова-Перель Т.С. Дождевые черви фауны России. Кадастр и определитель. М.: Наука, 1997. 101 с.

  11. Ганин Г.Н., Стриганова Б.Р. Факторы формирования и поддержания избыточного видового разнообразия животного населения почв (на примере Дальнего Востока) // Изв. РАН. Сер. биол. 2012. № 3. С. 346.

  12. Гераськина А.П. Влияние дождевых червей разных морфо-экологических групп на аккумуляцию углерода в лесных почвах // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 2. С. 1–20.

  13. Гераськина А.П. Динамика комплекса дождевых червей в ходе послерубочных сукцессий в лесах Северо-Западного Кавказа // Вопросы лесной науки. 2018. Т. 1. № 1. С. 1–14. https://doi.org/10.31509/2658-607x-2018-1-1-1-14

  14. Гераськина А.П. Дождевые черви (Oligochaeta, Lumbricidae) окрестностей пос. Домбай Тебердинского заповедника (Северо-Западный Кавказ, Карачаево-Черкессия) // Тр. зоологического ин-та РАН. 2016. Т. 320. № 4. С. 450–466.

  15. Гераськина А.П., Антощенков В.Ф. Роль микростаций в поддержании функционального разнообразия дождевых червей / Проблемы почвенной зоологии. М.: ИПЭЭ, 2018. С. 59.

  16. Горнов А.В., Горнова М.В., Тихонова Е.В. и др. Оценка сукцессионного статуса хвойно-широколиственных лесов европейской части России на основе популяционного подхода // Лесоведение. 2018. № 4. С. 243–257. https://doi.org/10.1134/S0024114818040083

  17. Дылис Н.В. Структура лесного биогеоценоза // Комаровские чтения. XXI. М.: Наука, 1969. 55 с.

  18. Евстигнеев О.И., Горнова М.В. Микросайты и поддержание флористического разнообразия высокотравных ельников (на примере памятника природы “Болото Рыжуха”, Брянская область) // Russian J. of Ecosystem Ecol. 2017. Vol. 2 (2). P. 1–21. https://doi.org/10.21685/2500-0578-2017-2-2

  19. Жуков А.В. Экологическое разнообразие животного населения почв пойменных биогеоценозов р. Самара // Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. 2000. № 7. С. 73–79.

  20. Журавлева И.В., Комарова А.В., Потапов П.В., Турубанова С.А., Ярошенко А.Ю. Малонарушенные лесные территории в бореальных лесах мира. происхождение, развитие, значение и возможное будущее концепции малонарушенных лесных территорий применительно к бореальным лесам // Russian J. of Ecosystem Ecol. 2016. Vol. 1 (1). P. 1–11. https://doi.org/10.21685/2500-0578-2016-1-5

  21. Кайдун П.И. Влияние дождевых червей на доступность растениям элементов минерального питания: азота, железа, цинка, марганца и кремния: Дисс. … канд. биол. наук. СПб., 2018. 153 с.

  22. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М.: Изд-во МГУ, 1977. 312 с.

  23. Козловская Л.С. Роль почвенных беспозвоночных в трансформации органического вещества болотных почв. Л.: Наука, 1976. 211 с.

  24. Лукина Н.В., Гераськина А.П., Горнов А.В., Шевченко Н.Е., Куприн А.В., Чернов Т.И., Чумаченко С.И., Шанин В.Н., Кузнецова А.И., Тебенькова Д.Н., Горнова М.В. Биоразнообразие и климаторегулирующие функции лесов: актуальные вопросы и перспективы исследований // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 4. С. 1–90. https://doi.org/10.31509/2658-607x-2020-3-4-1-90

  25. Методические подходы к экологической оценке лесного покрова в бассейне малой реки / отв. ред. Л.Б. Заугольнова, Т.Ю. Браславская. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 383 с.

  26. Онипченко В.Г. Функциональная фитоценология: Синэкология растений. М.: КРАСАНД, 2014. 576 с.

  27. Орлова М.А. Элементарная единица лесного биогеоценотического покрова для оценки экосистемных функций лесов // Тр. Карельского НЦ. Сер. Экологические исследования. 2013. № 6. С. 126–132.

  28. Орлова М.А., Лукина Н.В., Смирнов В.Э. Методические подходы к отбору образцов лесной подстилки с учетом мозаичности лесных биогеоценозов // Лесоведение. 2015. № 3. С. 214–221.

  29. Перель Т.С. Распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССР. М.: Наука, 1979. 272 с.

  30. Разнообразие и динамика лесных экосистем России / под ред. А.С. Исаева. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2012. Кн. 1. 461 с.

  31. Разнообразие и динамика лесных экосистем России / под ред. А.С. Исаева. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2013. Кн. 2. 478 с.

  32. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель. М.–Л.: Сельхозгиз, 1938. 620 с.

  33. Смирнова О.В., Бобровский М.В., Ханина Л.Г., Смирнов В.Э. Cукцессионный статус старовозрастных темнохвойных лесов Европейской России // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 1. С. 27–49.

  34. Смирнова О.В., Коротков В.Н. Старовозрастные леса Пяозерского лесхоза северо-западной Карелии // Ботанический журн. 2001. Т. 86. № 1. С. 98–109.

  35. Смирнова О.В., Шевченко Н.Е., Ханина Л.Г., Бобровский М.В. Рефугиумы таежных лесов приполярного Урала // Изв. РАН. Сер. биол. 2018. № 2. С. 237–244. https://doi.org/10.7868/S0002332918020133

  36. Стриганова Б.Р. Исследование роли мокриц и дождевых червей в процессах гумификации разлагающейся древесины // Почвоведение. 1968. № 8. С. 85–90.

  37. Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия / под ред. О.В. Смирновой, Е.С. Шапошникова. СПб.: РБО, 1999. 549 с.

  38. Фридланд В.М. Проблемы географии, генезиса и классификации почв. М.: Наука, 1986. 243 с.

  39. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильссон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). 2-е изд., доп. М.: Рослесхоз, 2008. 886 с.

  40. Шевченко Н.Е. Роль Bison bonasus (Linnаеus, 1758) в формировании мозаики природного лесного покрова Восточной Европы. Сообщение первое. Динамика ареала и особенности трофической и топической деятельности Европейского зубра в позднем голоцене на территории Восточной Европы // Russian J. of Ecosystem Ecol. 2016. Т. 1. № 2. С. 1–41. https://doi.org/10.21685/2500-0578-2016-2-3

  41. Шевченко Н.Е., Кузнецова А.И., Тебенькова Д.Н. и др. Сукцессионная динамика растительности и запасы почвенного углерода в хвойно-широколиственных лесах Северо-Западного Кавказa // Лесоведение. 2019. № 3. С. 163–176. https://doi.org/10.1134/S0024114819030082

  42. Afterlife of a tree. Warszawa-Hajnówka: WWF Poland, 2005. 251 p.

  43. Andriuzzi W.S., Schmidt O., Brussaard L., Faber J.H., Bolger T. Earthworm functional traits and interspecific interactions affect plant nitrogen acquisition and primary production // Applied Soil Ecol. 2016. Vol. 104. P. 148–156.

  44. Ashwood F., Vanguelova E.I., Benham S., Butt K.R. Developing a systematic sampling method for earthworms in and around deadwood // Forest Ecosystems. 2019. Vol. 6. № 33. P. 1–12.

  45. Bossuyt H., Six J., Hendrix P.F. Protection of soil carbon by microaggregates within earthworm casts // Soil Biol. and Biochem. 2005. Vol. 37. P. 251–258.

  46. Cavard X., Macdonald S.E., Bergeron Y., Chen H.Y. Importance of mixedwoods for biodiversity conservation: Evidence for understory plants, songbirds, soil fauna, and ectomycorrhizae in northern forests // Environ. Reviews. 2011. Vol. 19. P. 142–161.

  47. Dentener F., Drevet J., Lamarque J.F. et al. Nitrogen and sulfur deposition on regional and global scales: a multimodel evaluation // Glob. Biogeochem. Cycles. 2006. Vol. 20. № 4. Article GB4003. https://doi.org/10.1029/2005GB002672

  48. Desie E., Van Meerbeek K., De Wandeler H. et al. Positive feedback loop between earthworms, humus form and soil pH reinforces earthworm abundance in European forests // Functional Ecol. 2020. Vol. 34. № 12. P. 2598–2610.

  49. European Russian Forests. Their Current State and Features of Their History / O.V. Smirnova, M.V. Bobrovsky, L.G. Khanina (Eds.). Heidelberg, Germany: Springer Berlin, 2017. 556 p. https://doi.org/10.1007/978-94-024-1172-0

  50. FAO and UNEP. The State of the World’s Forests 2020. Forests, biodiversity and people. Rome, 2020. 188 p. https://doi.org/10.4060/ca8642en

  51. Filser J., Faber J.H., Tiunov A.V., Brussaard L. et al. Soil fauna: key to new carbon models // Soil. 2016. Vol. 2. № 4. P. 565–582.

  52. Garnier P., Makowski D., Hedde M., Bertrand M. Changes in soil carbon mineralization related to earthworm activity depend on the time since inoculation and their density in soil // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. № 1. P. 1–10.

  53. Gundersen P., Thybring E.E., Nord-Larsen T., Vesterdal L., Nadelhoffer K.J., Johannsen V.K. Old-growth forest carbon sinks overestimated // Nature. 2021. Vol. 591. P. E21–E23. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03266-z

  54. Jenny H. Role of the plant factor in the pedogenic functions // Ecology. 1958. Vol. 39. № 1. P. 5–16.

  55. Khanina L., Bobrovsky M. Value of large Quercus robur fallen logs in enhancing the species diversity of vascular plants in an old-growth mesic broad-leaved forest in the Central Russian Upland // Forest Ecology and Management. 2021. Vol. 491. P. 119 172. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119172

  56. Kooch Y., Haghverdi K. Earthworms – good indicators for forest disturbance // J. of BioSci. & Biotechnol. 2014. Vol. 3. № 2. P. 155–162.

  57. Kuznetsova A.I., Geraskina A.P., Lukina N.V. Linking Vegetation, Soil Carbon Stocks, and Earthworms in Upland Coniferous–Broadleaf Forests // Forests. 2021. Vol. 12. № 9. Article 1179.

  58. Larch wood – a literature review / A. Bergstedt, C. Lyck (Eds.). Copenhagen: Forest & Landscape Denmark, 2007 115 p.

  59. Lavelle P. Faunal activities and soil processes: adaptive strategies that determine ecosystem function // Advances in Ecol. Research. 1997. Vol. 27. P. 93–132.

  60. Lavelle P., Martin A. Small-scale and large-scale effects of endogeic earthworms on soil organic matter dynamics in soils of the humid tropics // Soil Biol. and Biochem. 1992. Vol. 24. № 12. P. 1491–1498.

  61. Lee K.E. Earthworms. Their ecology and relationships with soils and land use. Sydney: Academic Press, 1985. 411 p.

  62. Lee S.Y., Foster R.C. Soil fauna and soil structure // Australian J. of Soil Research. 1991. Vol. 29. P. 745–775.

  63. Lemtiri A., Colinet G., Alabi T., Cluzeau D., Zirbes L., Haubruge E., Francis F. Impacts of earthworms on soil components and dynamics. A review // Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement. 2014. Vol. 18. P. 1–13.

  64. Luyssaert S., Schulze E.-D., Knohl A., Law B.E., Ciais P., Grace J. Reply to: Old-growth forest carbon sinks overestimated // Nature. 2021. Vol. 591. P. E24–E25. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03267-y

  65. Luyssaert S., Schulze E.-D., Börner A., Knohl A., Hessenmöller D., Law B.E., Ciais P., Grace J. Old-growth forests as global carbon sinks // Nature. 2008. Vol. 455. P. 213–215. https://doi.org/10.1038/nature07276

  66. Makeschin F. Earthworms (Lumbricidae: Oligochaeta): Important promoters of soil development and soil fertility / G. Benckiser (Ed.). Fauna in soil ecosystems. Recycling processes, nutrient fluxes and agricultural production. Florida: CRC Press, 1997. P. 173–223.

  67. McDaniel J.P., Stromberger M.E., Barbarick K.A., Cranshaw W. Survival of Aporrectodea caliginosa and its effects on nutrient availability in biosolids amended soil // Applied Soil Ecol. 2013. Vol. 71. P. 1–6.

  68. Odum E.P. The Strategy of Ecosystem Development // Sci. 1969. Vol. 164. P. 262–270. https://doi.org/10.1126/science.164.3877.262

  69. Old-Growth Forests: A Literature Review of the Characteristics of Eastern North American Forests. Vermont Natural Resources Council. 2005. 20 p.

  70. Potapov P., Yaroshenko A., Turubanova S., Dubinin M., Laestadius L., Thies C., Aksenov D., Egorov A., Yesipova Y., Glushkov I., Karpachevskiy M., Kostikova A., Manisha A., Tsybikova E., Zhuravleva I. Mapping the world’s intact forest landscapes by remote sensing // Ecology and Society. 2008. Vol. 13 (2). P. 51. https://doi.org/10.5751/ES-02670-130251

  71. Roturier S., Roue M. Of forest, snow and lichen: Sámi reindeer herders’ knowledge of winter pastures in northern Sweden // Forest Ecology and Management. 2009. Vol. 258. P. 1960–1967.

  72. Rozen A., Myslajek R.W., Sobczyk L. Altitude versus vegetation as the factors influencing the diversity and abundance of earthworms and other soil macrofauna in montane habitat (Silesian Beskid Mts, Western Carpatians) // Polish J. of Ecology. 2013. Vol. 61. № 1. P. 145–156.

  73. Sabatini F.M., Bluhm H., Kun Z. et al. European primary forest database v2.0 // Scientific Data. 2021. Vol. 8. Article 220. https://doi.org/10.1038/s41597-021-00988-7

  74. Schmidt M.W., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A., Kleber M., Kögel-Knabner I., Lehmann J., Manning D.A.C., Nannipieri P., Rasse D.P., Weiner S., Trumbore S.E. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. Vol. 478. P. 49–56.

  75. Schulze E.-D., Wirth C., Mollicone D., von Lüpke N., Ziegler W., Achard F., Mund M., Prokushkin A., Scherbina S. Factors promoting larch dominance in central Siberia: fire versus growth performance and implications for carbon dynamics at the boundary of evergreen and deciduous conifers // Biogeosci. 2012. Vol. 9. P. 1405–1421. https://doi.org/10.5194/bg-9-1405-2012

  76. Shevchenko N., Geraskina A., Kuprin A., Grabenko E. The role of canopy gaps in maintaining biodiversity of plants and soil macrofauna in the forests of the northwestern Caucasus // Ecological Questions. 2021. Vol. 32. № 2. P. 93–110. https://doi.org/10.12775/EQ.2021.017

  77. Smirnova O.V., Popadyuk R.V., Evstigneev O.I., Minaeva T.Yu., Shaposhnikov E.S., Morozov A.S., Yanitskaya T.O., Kuznetsova T.V., Ripa S.I., Samokhina T.Yu., Romanovskii A.M., Komarov A.S. Current state of coniferous-broad-leaved forests in Russia and Ukraine: historical development, biodiversity, dynamic. Pushchino: PRC RAS Preprint, 1995. 76 p.

  78. The Mosaic-Cycle Concept of Ecosystems / H. Remmert (Ed.). Ecological Studies. Springer, Berlin, Heidelberg, 1991. Vol. 85. 168 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-75650-4_1

  79. Wirth C., Messier C., Bergeron Y., Frank D., Kahl A. Old-Growth Forest Definitions: a Pragmatic View // Old-Growth Forests. Ecological Studies. 2009. Vol. 207. P. 11–33. https://doi.org/10.1007/978-3-540-92706-8_2

  80. Yang Y., LuoY., Finzi A.C. Carbon and nitrogen dynamics during forest stand development: a global synthesis // New Phytologist. 2011. Vol. 190. № 4. P. 977–989. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03645.x

  81. Zhang W., Hendrix P.F., Dame L.E. et al. Earthworms facilitate carbon sequestration through unequal amplification of carbon stabilization compared with mineralization // Nature Communications. 2013. Vol. 4. № 1. P. 1–9.

  82. Zhou G., Liu S., Li Z., Zhang D., Tang X., Zhou C., Yan J., Mo J. Old-growth forests can accumulate carbon in soils // Sci. 2006. Vol. 314. № 5804. P. 1417. https://doi.org/10.1126/science.1130168

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Серия географическая

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал