ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2018, № 5, C. 335–346


ОЦЕНКА СРЕДСТВАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ДИНАМИКУ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЛЕСАХ РАЗНЫХ ТИПОВ
В. Н. Шанин1,2, С. С. Быховец2, О. Г. Чертов3, А. С. Комаров
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, стр. 14
2Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
Россия, 142290 Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2
3Бингенский политехнический университет
ФРГ, 55411 Бинген, ул. Берлинштрассе, 109
E-mail: shaninvn@gmail.com


Поступила в редакцию 03.07.2017 г.
Для прогноза динамики лесных экосистем в разных природных условиях и типах леса в Европейской части России с учетом различных внешних воздействий (пожары, изменение климата, рост поступления соединений азота с атмосферными осадками) использовалась система моделей EFIMOD. Показано, что пожары ожидаемо приводят к потерям органического вещества почвы и биомассы лесной растительности. При изменении климата возрастает продуктивность лесной растительности, а запас углерода в почве снижается. Увеличение поступления соединений азота с атмосферными осадками приводит к росту продуктивности древостоев. Отмечены различия между типами леса в динамике основных пулов углерода при ненарушенном развитии, равно как и неодинаковая их реакция на внешние воздействия.
Ключевые слова: имитационное моделирование, лесные экосистемы, круговорот углерода, видовой состав, изменения климата, пожары.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (16–17–10284).
DOI: 10.1134/S0024114818050091


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Коршунова Н.Н., Швец Н.В. Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России. URL: http://meteo.ru/data/158-total-precipitation (дата обращения: 07.02.2017).

  • Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., Швец Н.В. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России. URL: http://meteo.ru/data/156-temperature (дата обращения: 07.02.2017).

  • Быховец С.С., Комаров А.С. Простой статистический имитатор климата почвы с месячным шагом // Почвоведение. 2002. № 4. С. 443–452.

  • Быховец С.С., Ларионова А.А., Евдокимов И.В., Квиткина А.К., Фролов П.В., Чертов О.Г. Учет влияния гидротермических условий в моделировании трансформации органического вещества почвы // Математическое моделирование в экологии: Матер. Пятой национальной научн. Конф. с междунар. участием (16–20 октября 2017 г.). Пущино: Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 2017. С. 37–38.

  • Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. Отв. ред. О.В. Смирнова. М.: Наука, 2004. Кн. 1. 479 с.

  • Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. URL: http://egrpr.esoil.ru/ (дата обращения: 15.02.2017).

  • Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Коровин Г.Н., Курц В.А. Оценка и прогноз углеродного бюджета лесов по канадской модели CBM-CFS // Лесоведение. 2008. № 6. С. 3–14.

  • Зубкова Е.В., Фролов П.В., Лянгузова И.В., Шанин В.Н., Быховец С.С. Экосистемные функции кустарничков: модельный подход к их оценке // Математическое моделирование в экологии: Матер. Пятой национальной научн. конф. с междунар. участием (16–20 октября 2017 г.). Пущино: Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 2017. С. 91–94.

  • Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 264 с.

  • Коровин Г.Н., Зукерт Н.В. Влияние климатических изменений на лесные пожары в России // Климатические изменения: взгляд из России / Под ред. В.И. Данилова-Данильяна. М.: ТЕИС, 2003. С. 69–98.

  • Лукина Н.В., Орлова М.А., Исаева Л.Г. Плодородие лесных почв как основа взаимосвязи почва–растительность // Лесоведение. 2010. № 5. С. 45–56.

  • Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах / Отв. ред. В.Н. Кудеяров. М.: Наука, 2007. 380 с.

  • Сукачёв В.Н. Избранные труды в трех томах. Т. 1. Основы лесной типологии и биогеоценологии / Под ред. Е.М. Лавренко. Л.: Наука, 1972. 419 c.

  • Усольцев В.А. Фитомасса лесов Северной Евразии: нормативы и элементы географии. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2002. 763 с.

  • Чертов О.Г. Экология лесных земель. Почвенно-экологическое исследование лесных местообитаний. Л.: Наука, 1981. 192 с.

  • Чертов О.Г., Разумовский С.М. Об экологической направленности процессов развития почв // Журнал общей биологии. 1980. Т. 41. № 6. С. 386–396.

  • Чертов О.Г., Комаров А.С., Грязькин А.В., Смирнов А.П., Бхатти Д.С. Имитационное моделирование влияния лесных пожаров на пулы углерода в хвойных лесах европейской России и центральной Канады // Лесоведение. 2012. № 2. С. 3–10.

  • Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Общие запасы биологического углерода и азота в почвах лесного фонда России // Лесоведение. 2004. № 4. С. 30–42.

  • Чумаченко С.И., Смирнова О.В. Моделирование сукцессионной динамики насаждений // Лесоведение. 2009. № 6. С. 3–17.

  • Шанин В.Н. Имитационное моделирование динамики лесных экосистем при различных лесохозяйственных и климатических сценариях: Дисс. … канд. биол. наук (спец. 03.02.08). Сыктывкар: ИБ Коми НЦ УрО РАН, 2011. 208 с.

  • Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильссон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели роста и продуктивности основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). М.: Федеральное агентство лесного хозяйства, Международный институт прикладного системного анализа, 2008. 886 с.

  • Шерстюков А.Б. Описание массива суточных данных о температуре почвы на глубинах до 320 см по метеорологическим станциям Российской Федерации. URL: http://meteo.ru/data/164-soil-temperature (дата обращения: 07.02.2017).

  • Bobbink R., Hicks K., Galloway J., Spranger T., Alkemade R., Ashmore M., Bustamante M., Cinderby S., Davidson E., Dentener F., Emmett B., Erisman J.-W., Fenn M., Gilliam F., Nordin A., Pardo L., de Vries W. Global assessment of nitrogen deposition effects on terrestrial plant diversity: a synthesis // Ecological Applications. 2010. V. 20. No 1. P. 30–59.

  • Brazhnik K., Hanley C., Shugart H.H. Simulating changes in fires And ecology of the 21st century Eurasian boreal forests of Siberia // Forests. 2017. V. 8. No 2. P. 49.

  • Breshears D.D., Myers O.B., Meyer C.W., Barnes F.J., Zou C.B., Allen C.D., McDowell N.G., Pockman W.T. Tree die-off in response to global change-type drought: mortality insights from a decade of plant water-potential measurements // Frontiers in Ecology and the Environment. 2009. V. 7. No 4. P. 185–189.

  • Chertov O.G., Bhatti J.S., Komarov A.S., Mikhailov A.V., Bykhovets S.S. Influence of climate change, fire and harvest on the carbon dynamics of black spruce in Central Canada // Forest Ecology and Management. 2009. V. 257. No 3. P. 941–950.

  • Chertov O.G., Komarov A.S., Nadporozhskaya M., Bykhovets S.S., Zudin S.L. ROMUL – a model of forest soil organic matter dynamics as a substantial tool for forest ecosystem modeling // Ecological Modelling. 2001. V. 138. No 1–3. P. 289–308.

  • Chumachenko S.I., Korotkov V.N., Palenova M.M., Politov D.V. Simulation modelling of long-term stand dynamics at different scenarios of forest management for coniferous–broad-leaved forests // Ecological Modelling. 2003.V. 170. P. 345–361.

  • Ellsworth D.S., Thomas R., Crous K.Y., Palmroth S., Ward E., Maier C., Delucia E., Oren R. Elevated CO2 affects photosynthetic responses in canopy pine and subcanopy deciduous trees over 10 years: a synthesis from Duke FACE // Global Change Biology. 2012. V. 18. No 1. P. 223–242.

  • Erisman J.W., de Vries W. Nitrogen deposition and effects on European forests // Environmental Reviews. 2000. V. 8. No 2. P. 65–93.

  • Gordon C., Cooper C., Senior C.A., Banks H., Gregory J.M., Johns T.C., Mitchell J.F.B., Wood R.A. The simulation of SST, sea ice extents and ocean heat transports in a version of the Hadley Centre coupled model without flux adjustments // Climate Dynamics. 2000. V. 16. No 2. P. 147–168.

  • Högberg P. What is the quantitative relation between nitrogen deposition and forest carbon sequestration? // Global Change Biology. 2012. V. 18. No 1. P. 1–2.

  • Hyvönen R., Persson T., Andersson S., Olsson B., Ågren G.I., Linder S. Impact of long-term nitrogen addition on carbon stocks in trees and soils in northern Europe // Biogeochemistry. 2008. V. 89. No 1. P. 121–137.

  • Kahle H.-P., Karjalainen T., Schuck A., Ågren G., Kellomäki S., Mellert K., Prietzel J., Rehfuess K.E., Spiecker H. Causes and consequences of forest growth trends in Europe – Results of the RECOGNITION Project. Leiden: Brill, 2008. 261 p.

  • Kang S., Kimball J.S., Running S.W. Simulating effects of fire disturbance and climate change on boreal forest productivity and evapotranspiration // Science of the Total Environment. 2006. V. 362. No 1. P. 85–102.

  • Karjalainen T., Pussinen A., Liski J., Nabuurs G.-J., Erhard M., Eggers T., Sonntag M., Mohren G.M.J. An approach towards an estimate of the impact of forests management and climate change on the European forest sector carbon budget: Germany as a case study // Forest Ecology and Management. 2002. V. 162. No 1. P. 87–103.

  • Knorr M., Frey S.D., Curtis P.S. Nitrogen additions and litter decomposition: A meta-analysis // Ecology. 2005. V. 86. No 12. P. 3252–3257.

  • Komarov A.S., Chertov O.G., Zudin S.L., Nadporozhskaya M.A., Mikhailov A.V., Bykhovets S.S., Zudina E.V., Zoubkova E.V. EFIMOD 2 – a model of growth and cycling of elements in boreal forest ecosystems // Ecological Modelling. 2003. V. 170. P. 373–392.

  • Kurz W.A., Stinson G., Rampley G. Could increased boreal forest ecosystem productivity offset carbon losses from increased disturbances? // Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B. Biological sciences. 2007. V. 363. No 1501. P. 2261–2269.

  • Lopatin E., Kolström T., Spiecker H. Determination of forest growth trends in Komi Republic (northwest Russia): combination of tree-ring analysis and remote sensing data // Boreal Environment Research. 2006. V. 11. No 5. P. 341–353.

  • Morin X., Fahse L., Scherer-Lorenzen M., Bugmann H. Tree species richness promotes productivity in temperate forests through strong complementarity between species // Ecology Letters. 2011. V. 14. No 12. P. 1211–1219.

  • Nakićenović N., Davidson O., Davis G., Grübler A., Kram T., La Rovere E.L., Metz B., Morita T., Pepper W., Pitcher H., Sankovski A., Shukla P., Swart R., Watson R., Z. D., Summary for policymakers. Emissions scenarios. A special report of IPCC working group III (Geneve: Intergovernmental panel on climate change 2000, 27 p.

  • Norris M.D., Avis P.G., Reich P.B., Hobbie S.E. Positive feedbacks between decomposition and soil nitrogen availability along fertility gradients // Plant and Soil. 2013. V. 367. No 1. P. 347–361.

  • Piñeiro G., Perelman S., Guerschman J.P., Paruelo J.M. How to evaluate models: observed vs. predicted or predicted vs. observed? // Ecological Modelling. 2008. V. 216. No 3. P. 316–322.

  • Pretzsch H., Block J., Dieler J., Dong P.H., Kohnle U., Nagel J., Spellmann H., Zingg A. Comparison between the productivity of pure and mixed stands of Norway spruce and European beech along an ecological gradient // Annals of Forest Science. 2010. V. 67. No 7. Article 712.

  • Pukkala T., Lähde E., Laiho O. Optimizing the structure and management of uneven-sized stands of Finland // Forestry. 2010. V. 83. No 2. P. 129–142.

  • Ramirez K.S., Craine J.M., Fierer N. Nitrogen fertilization inhibits soil microbial respiration regardless of the form of nitrogen applied // Soil Biology and Biochemistry. 2010. V. 42. No 12. P. 2336–2338.

  • Schmid I., Kazda M. Root distribution of Norway spruce in monospecific and mixed stands on different soils // Forest Ecology and Management. 2002. V. 159. No 1-2. P. 37–47.

  • Smolander A., Kitunen V. Comparison of tree species effects on microbial C and N transformations and dissolved organic matter properties in the organic layer of boreal forests // Applied Soil Ecology. 2011. V. 49. P. 224–233.

  • Vesterdal L., Elberling B., Christiansen J.R., Callesen I., Schmidt I.K. Soil respiration and rates of soil carbon turnover differ among six common European tree species // Forest Ecology and Management. 2012. V. 264. P. 185–196.