Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ПОТОКИ УГЛЕРОДА В ДУБРАВАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ПОТОКИ УГЛЕРОДА В ДУБРАВАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ"

/ - зш/

На правах рукописи

Караванекая Наталья Владимировна

БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ПОТОКИ УГЛЕРОДА В ДУБРАВАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 2005

Работа выполнена на кафедре лесоводства Воронежской государственной лесотехнической академии

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор Таранков Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Коснченко Николай Ефимович;

кандидат сельскохозяйственных наук, с.н.с. Трегубое Олег Викторович

Ведущая организация - Федеральное унитарное предприятие "Воронежлеспроект"

Защита состоится " * глы <а- 2005 г, в АО часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии.

394613, г, Воронеж, ул. Тимирязева, S. Воронежская государственная лесотехническая академия. Факс - 8 (0732)538461

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА. Автореферат разослан "¿23" си*уо<а.«_а 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р с.-х. наук, профессор

. Панков Я.В,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На Конференции ООН по окружающей среде ¡1 развитию (Рио-де-Жанейро, 1992) большое внимание было уделено проблеме глобальною изменения климата и проблеме сохранения биологического разнообразия. Одной из основных причин, вызывающих изменение климата, считают повышение концентрации парниковых газов, главным образом ССЪ, в атмосфере. Это вызвано развитием промышленности, сжиганием ископаемого топлива, интенсивным обезлесивая кем. Неразумная хозяйственная деятельность приводит к сокращению числа видов и экосистем. Экосистемы Земли обеспечивают сток углекислого газа из атмосферы посредством фотосинтеза с последующим удержанием углерода в составе органического вещества. Около 64 % ежегодно создаваемой фитомассы образуется на суше, из них 60 % -в лесных экосистемах. В лесах сосредоточено почти 90 % от общего запаса органического вешесгтва земного шара. Увеличение объемов стока углерода, сроков его удержания возможно за счет увеличения площади лесного фонда, защиты лесов от пожаров и вредителей. При создании лесных культур и проведении лесохозяйственньи мероприятий существует необходимость в определении насаждений, обеспечивающих наибольший сток углерода. Дубравы обладают высоким разнообразием. Для оценки углерододепонируюшей функции дубрав необходимо учитывать биологическое разнообразие в основных типах леса дубовых насаждений.

Цель н задачи исследований. Цель работы заключается в изучении биологического разнообразия и углерододепонирующей функции дубовых экосистем в условиях Центральной лесостепи.

1) оценка видового разнообразия (альфа-разнообразия) растений;

2) установление степени флористического сходства между сообществами разных типов леса (бета-разнообразие);

3} выяснение роли основных компонентов лесного ценоза (древостой, подлесок, живой напочвенный покров, крупный древесный детрит, подстилка, поч-ш) в углеродном балансе; .

4) изучение годичного депонирования углерода и выделения хислорода лубовыми насаждениями; _____

Задачи:

и- "

Фонд „ау- -

5) выявление связи между видовым разнообразием и показателями углеродного баланса.

Научная новизна. Для дубовых экосистем Центральной лесостепи (на примере Воронежской области) получены данные о видовом разнообразии травянистой, кустарниковой и древесной растительности в основных типах леса.

Определены количественные показатели запаса углерода в основных компонентах лесного фитоценоза - древостое и его фракциях; подлеске, живом напочвенном покрове, крупном древесном детрите, подстилке.

Выявлены особенности депонирования углерода дубовыми насаждениями в различных типах леса.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы для разработки лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение депонирования углерода дубовыми насаждениями для зоны Центральной лесостепи, Результаты исследований пригодны для организации и проведения мониторинга в дубовых лесах Центральной лесостепи.

На защиту выносятся:

1. Оценка биологического разнообразия дубовых экосистем.

2. Запас углерода по фракция» фитомассы и годичное депонирование углерода.

3. Особенности депонирования углерода в зависимости от биологического разнообразия.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на межвузовских и внутр иву зове ких конференциях (Воронеж, 2002, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции в Ульяновске (2003), международной научно-технической конференции (Брянск, 2004),

Личный вклад. Автором разработаны программа и методика исследований, выбраны объекты, собран, обработан и проанализирован материал, написана диссертация.

Публикации. ГГо теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем рукописи. Диссертация изложена на 176 страницах, включая характеристику и содеркание работы, состоящее из б глав и выводов. Материалы исследований иллюстрированы 32 рисунками и 25 таблицами. Список литературы содержит 151 наименование, из которых 14 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

Изучение биологического разнообразия прежде всего основано на определении понятия "биоразнообразие", его уровней и показателей. Основной единицей учета разнообразия принимают биологический вид. Одним из направлений Международной геосфер но-биосферной программы (1986-1999) являлось изучение роли лесных экосистем в балансе углерода и связи биоразнообразия и функционирования экосистем.

В этой главе проанализирована литература по вопросам значения биологического разнообразия и его связи с устойчивостью экосистем (Ньюмен, 1989; Исаев, 1997; Потапоа, 2000); определения понятия биоразнообразия и его уровней (Юрцев, 1990; Исаев, 1995; Уткин, 1995; Рысин, 1995; Придня, 1995; Сергеев, ¡995; Жаркова, 1998; Снакин, 2000; Нечветаев, 2000); применения показателей разнообразия (Одум, 1975; Уиттекер, 1980; Миркин, 1985; Би-гон, 1989; Мэгарран, 1992; Заугольнова, 1996); парникового эффекта (Мокро-носов, 1994; Кудеяров, 1995; Уткин, 1995; Иноземцев, 2002; Борисов, 2003; Никаноров, 2003); депонирование углерода экосистемами Земли (Макарев-ский, 1991; Базилевич, 1993; Исаев, 1993; Заварзин, 1994; Вомперский, 1995; Писаренко, 2001; Уткин, 2001; Инишева, 2002); эмиссия углекислого газа (Тарко, 1994; Орлов, 1995; Софронов, 1996; Ведрова, 1998; Усольцев, 1998; Моисеев, 2002; Цатуров, 2002; Випуагс], 1999; ГШаНак, 1999); формирования фитомассы и роли отдельных компонентов лесного фитоценоза в углеродном цикле (Родин, 1965; Молчанов, 1973; Дылис, 1935; Кобак, 1983; Аткин, 1996; Ведрова, 1996; Уткин, 1998; Замолодчиков, 2000; Моисеев, 2000; Сторожен ко. 2000; Шаиденко, 2000; Усольцев, 2001).

Для условий лесостепи роль дубраз в углеродном цикле недостаточно изучена.

2 Л А11Д Ш АФТНО-КЛ И МАТНЧЕСК АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

В главе рассматриваются местоположение объекта, климатическая характеристика района исследований, его гидрология, рельеф, почвы, растительность.

Объекты исследования расположены в северной части Воронежской области. Климатические условия района исследования благоприятны для произрастания древесной и кустарниковой растительности. На рост и развитие растений отрицательно влияют поздние весенние и ранние осенние заморозки; периодически повторяющиеся засухи, суховеи, зимние оттепели.

3 МЕТОДИКА, ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследований послужили сообщества дуба ранней и поздней разновидности в возрасте 65-110 лег в основных типах леса. Пробные площади были заложены в нагорной дубраве Правобережного лесничества (пл. Ы 5) и пойменной дубраве Животиновс кого лесничества (п.п. 16, 17) Учебно-опьггного лесхоза ВГЛТА.

Подрост дуба отсутствует. Подлесок средней густоты представлен лещиной, кленами полевым и татарским, бересклетами европейским и бородавчатым, рябиной, грушей, боярышником, жостером. В нагорной дубраве почва серая лесная, в пойменной - серая лесная аллювиальная. Таксационная и ле-соводственная характеристика пробных площадей представлена з таблице I.

Определение фенологической разновидности дуба производили визуально (Котюков, 1960; Булыгин, 1976),

Жизнеспособность деревьев устанавливали, используя 5-балльную шкалу (Бебия, 2000; "Руководство по улучшению,. 1997).

Для учета видов сосудистых растений пробные площади разбивали на плошадки 2*2 м. Обилие видов живого напочвенного покрова учитывали по шкале Друде (Миркин. 1989), При определении видов растений использовали определители И.М. Хомяковой (1974) и Ю,Е. Алексеева (1997).

Таблица ] — Таксационная характеристика пробных площадей

п.п. Состав Разнови диость, аозраст, лет Число деревьев, шт./га Бонитет Средний диаметр, см Средняя высота, м Площадь сечения, мг/га Поп-мота За- | пас. м'/га

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I 9Д1Яс 8Лп2Кло ПР-85 60 348 416 II 30,1 ±0,84 19,6±0,85 23 Л 17,1 24,9 !3,3 0.8 0,4 267.4 107.01

2 юд ]0Лл РР-110 40 410 328 П 34Д±0,73 14,7+0,58 26,1 14,4 33,4 5,6 0,9 0,2 392.9 395.61

3 10Д 1 ОЛп ед Юга РР-110 40 323 480 (I 33,5±0,62 13,9+0,37 26,2 13,6 28.9 7.2 0,8 0,3 346,3 50.7

4 ] ОД ед Яс 7ЛпЗКпо РР-65 60 552 244 И 23,1 ±0,5 9 17,4±0,53 20,3 16,8 23,6 5,4 0,7 0,2 235.3 36.1

5 юд ПР-100 320 II 36,8+1,10 25,4 35,2 0.9 416,7

6 ЮДед ЛпедБ ПР-90 472 II 31,8±0,7б 25,2 34,4 0,9 389,3

7 ЮД 1 ОЛп+Кло+Вяз+Яс ПР-90 50 460 284 II 29,9±0,82 17,5+0,73 26,1 16,2 32,3 6,6 0.9 0,2 395.6 51.S

а 6Д40с 7Лп2Кло1Яс РР-65 50 564 644 III 21,9±0,68 14,7±0.57 19,0 15,2 21,8 12.3 0.7 0,3 203.1 39,9

9 8Дн2Кло+Яс ЮЛп ПР-80 65 528 404 ш 24,1 ±0,71 14,7+0,54 19,8 13,3 22,6 6,9 0,7 0,3 209.9 50,0

10 9Дн 1 Б+Ос ед Ли ПР-85 544 (II 25,6±0,53 18,7 28,6 0,9 250,2

II 9Дн 1 Б+Ос РР-85 568 ш 23,6±0,56 19,2 26,3 0,8 236.3

12 5Д5Лп ед Ос+Кло ПР-60 836 [I 19,:±0,52 21,9 25,1 0.8 232.2

13 ЗД2Яс 8Лп2Кло ПР-90 65 308 580 нг 24,9±0,66 15,6±0,44 22,3 15,6 15,1 11.7 0,5 0,4 151.5 108.6

14 7ДЗЯс 7ЛпЗКло ПР-85 55 за 576 III 28,4±0,71 15,2+0,45 21,1 13,5 23,1 9,8 0.8 0,4 234,6 68.9

!7ДЭЯс :5Кло4Лп1Вю ПР-Е05 60 336 500 III 27,5±0,75 13,7±0,50 23,1 14,4 20,8 I 0,7 9,4 1 0J 246,1 73.1

16 7ДЗЯС 6В4Лп РР-92 228 212 II 36,9 14,1 23,2 15,6 25.7 5.5 0.8 0,2 335,6 49.7

17 5Д5Яс ед Ос ед Лл Ш2Кпп РР-92 3S2 ¡64 II 37,8 17,0 27,0 14,5 28,9 3.S 1.0 0.2 350.4 26,6

Биологическое разнообразие в дубовых экосистемах изучали на уровне видового разнообразия. Определяли альфа-разнообразие, как число видов растений ка пробных площадях, и бета-разнообразие, как установление сходства в составе видов в разных типах леса. Для оценки альфа-разнообр££ия использовали индекс разнообразия Симпсона (Г3>, индекс разнообразия Шеннона (Н), показатели равномерности распределения на основе индекса Симпсона - Е, на основе индекса Шеннона I (Бигон, 1989). При оценке бета-разнообразия рассчитывали коэффици-

ент флористического сходства Жаккара и индекс Уитгекера (Мирки н, 1989).

Для оценки запасов углерода древостоя на пробных площадях применяли рас четно-измерительный метод (Замолодчиков, Уткин, 1998), Расчет производили по фактическому наличию конечных продуктов фотосинтеза. Не учитывали углерод, который возвращается в атмосферу при дыхании растений. Интенсивность депонирования углерода (годовой сток) рассчитывали по среднему приросту (Кобак, 1999). Массу ствола определяли при помощи базисной плотности древесины (Полу бояр и нов, 2000; Смольянов, 2001).

Содержание углерода в абсолютно сухом веществе фитомассы устанавливали, используя коэффициенты; 0,50 — для стволов, ветвей и корней; 0,45 — для листьев и растений нижних ярусов (Никитин, 1962; Исаев, 1994).

Для оценки поглощения углекислого газа и выделения кислорода применяли расчетный метод (Белов, 1964; Комиссаров, 1965; Кобак, 1999).

Запас углерода в однометровом слое почвы для условий лесостепи и поток углекислого газа с поверхности почвы устанавливали по литературным источникам (Кудеяров, 1995; Орлов, 1995).

Для учета запасов угЛерода подлеска, живого напочвенного покрова и лесной подстилки применяли метод учетных площадок (Родин, 1968).

Исходные данные обработаны общими методами вариационной статистики. Недостоверные данные из расчетов исключены.

4 БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ В ДУБОВЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Общими видами деревьев и кустарников для всех типов леса являются дуб, ясень, липа, клен полевой, бересклеты бородавчатый и европейский, груша обыкновенная, осина. Только в типах леса нагорной дубравы (дубрава осоко-снытьевая, дубняк субори травяной, дубрава с н ытьево-ос о ковая) произрастают клен остролистный, лешина, боярышник, рябина обыкновенная. В дубняке субори травяной отсутствует вяз гладкий, в дубраве ос о ко-с нытье вой — жостер слабительный, в дубраве сньггьево-осоковой - клек татарский.

Общими видами травянистой растительности для изучаемых типов леса являются сныть обыкновенная, купена многоцветковая, сочевичник, фиалка удивитель-

нал, будра плющевилная, медуница неясная, ландыш майский. В нагорной дубраве число общих видов увеличивается, так как только в нагорной дубраве были отмечены: осока волосистая, копытень европейский, звездчатка ланцетовидная, гравилат городской. Общими видами для дубравы осоко-сньггьевой и дубняка субори травяной являются земляника, ясменник пахучий, щитовник мужской, чистотел.

В дубраве осоко-снытьевой наиболее богаты видами сообщества дуба ранней разновидности. Показатели альфа-разнообразия Симпсона (О), Шеннона (Н), рассчитанные для травяного покрова, в 1,5-2 раза выше в сообществах дуба поздней разновидности (О 2,13-4,65, Н 0,88-1,76), для фитоценозов ранней разновидности О 1,44-1,58, Н 0,72-0,84, Повышенные значения индексов разнообразия свидетельствуют о более равной представленности видов в сообществах дуба поздней разновидности. В дубраве с нытьево-осоковой и дубняке субори травяной наиболее богаты видами сообщества дуба поздней разновидности в возрасте 85 лет.

Различие в видовом составе растительности в дубраве осоко-снытьевой, дубняке субори травяной, дубраве снытьево-осоковой незначительно (коэффициент флористического сходства Жаккара 0,74-0,76), Более существенны различия между нагорной и пойменной дубравами — коэффициенты сходства в полтора раза ниже (0,44-0,53).

Наибольшее видовое разнообразие - 33 вида растений, отмечено в дубраве осоко-снытьевой. Наиболее богаты видами травянистых растений сообщества дубняка субори травяной и пойменной дубравы — 17 видов (таблица 2).

Таблица 2 — Показатели биологического разнообразия сосудистых растений

Показатели Типы леса

Дос Сбт Дсо Дп

| деревьев 9 10 9 8

Число видов [ кустарников 3 5 6 4

| трав 16 17 12 17

Видовое богатство 33 32 27 29

Видовая насыщенность на 100 кв. м 8 7 7

Индекс Унттекера 3,7 3,6 2,9 *> ->

Уникальные вилы 2 0 0 7

Более равная представленность видов в количественном соотношении отмечена з пойменной д>браве, об этом свидетельствует и показатель видовой насыщенности - 9

видов на 100 кв. м. В данной работе уникальными считали такие виды, которые встречались только в одном типе леса, В целом для лесхоза такие виды не являются редкими.

Объекты исследования, расположенные в нагорной дубраве, находятся в лесопарковой части зеленой зоны г, Воронежа и подвергаются рекреационному воздействию (вторая стадия дегрессии по классификации Н.А. Казанской). В пойменной дубраве живой напочвенный покров практически не нарушен (степень дегрессии — I).

5 ЗАПАС УГЛЕРОДА В ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЛЕСНОГО ФИТОЦЕНОЗА

Углеродный цикл в лесном биогеоценозе находится в тесной связи с древостоем, его состоянием, ростом и развитием. Наибольший запас углерода в древостое дубравы осоко-снытьевой сосредоточен в деревьях дуба - 80,8-100 % углерода древостоя, в дубраве снытьево-осоковой — 50,5-56,5 %. Максимальное участие сопутствующих пород (ясеня, липы, клена остролистного) в накоплении углерода приходится на период 60-70 лет — 30-40 т С/га (Дос). С возрастом запас углерода уменьшается в два раза и к 110-летнему возрасту достигает 15-20 т С/га. Накопление органического вещества дубом и сопутствующими породами в дубраве снытьево-осоковой увеличивается, при этом доля участия спутников дуба не снижается (рис. 1).

С, тЛа 160 т

- Дуб

Дос ПР

Дм РР

... Дпс

-I л, Лет

0 60 65 70 73 80 85 90 95 100 105 110 Ш 1:0 Рисунок 1 - Запас углерода в деревьях дуба и сопутствующих порода*

Основная доля в фитомассе подлеска принадлежит лещине. Наибольшее количество углерода в подлеске накоплено в дубняке пойменном - 1,423 г С/га. В данном типе леса содержание углерода в живом напочвенном покрове также значительно - 0,4 т С/га. Условия микроклимата в дубняке пойменном благоприятны для произрастания нижних ярусов фитоценоза.

В дубраве осоко-сньггьевой и снытьево-осоковой максимум накопления углерода в живом напочвенном покрове отмечен в сообществе дуба поздней разновидности в возрасте 80-100 лет. В этот период также наблюдается максимальное накопление углерода в древостое (рис. 2),

О 60 63 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Рисунок 2 - Содержание углерода в живом напочвенном покрове

Сухостойные и ветровальные стволы содержат в себе сухое органическое вещество и, следовательно, удерживают углерод. 100 % сухостоя и ветровала на пробных площадях представлено дубом черешчатым. Отмиранию и значительному усыханию в среднем подвержены экземпляры дуба с диаметром к иже среднего.

Основная масса углерода в лесном биогеоценозе сосредоточена в почве (162 т С/га), в сырорастушей и мертвой древесине. В древостое содержится от 78.9 до 96,8 % углерода, содержащегося в фитоценозе. Участие подлеска и живого на-

почвенного покрова незначительно и не превышает 2 % от запаса углерода. Роль древесного детрита (сухостоя и ветровала) в накоплении углерода а отличие от нижних ярусов фитоценоза и подстилки более значительна —2,2-19,0 % (таблица 3).

Таблица 3 — Содержание углерода в основных депо лесного фитоценоза, т/га

п.л. Тип леса Раз нов ид,, возраст, лет Древостой Древесный детрит Подлесок Живой напочвенный покров Углерод подстилки Всего

I 2 3 4 5 6 7 8 9

4 Д» Р-65 73,05 17,73 0,944 0,i15 . 1,375 93.214

8 д* Р-65 85,52 4,17 ■ - ■ . 0,240 0,828 90,758

3 Aie Р-110 126,55 15,09 0,338 0,138 1,121 143.237

2 Дос Р-110 133,69 16,17 0,917 0,231 0,941 151,949

1 Дйр П-85 121,91 15,60 0,116 0,126 0,594 138.346

6 д* П-90 121,52 13,04 - 0,240 2,205 137.005

7 Дос П-90 153,08 13,64 - 0,257 1,125 168.Ю2

5 д* П-100 148,56 3,62 - 0,234 2.534 154,948

9 с* П-80 76,34 1730 0,002 0,025 0,495 94.162

10 Се, П-85 84,37 6,68 1,391 0,087 2,498 95,026

11 Саг Р-85 78,77 7,45 1,423 0,032 0,842 88,517

¡2 До П-60 62,25 2,97 0,040 0,041 0,248 65,549

13 Д«) П-90 84,55 3,25 0,013 0,090 0,891 83,794

14 д» П-85 110,39 2,54 0,322 0,050 1,000 114.302

15 П-105 116,24 6,73 0,038 0,028 0,954 123.990

16 До Р-92 158,71 6,65 1,990 0,402 1.444 169.196

17 Д. Р-92 163,89 5,75 1,130 0,306 0.SI6 j 171.892

Максимальные значения среднего годового стока отмечены для лревостоев II класса бонитета - 2,28 т С/га в год (Д-„ дубняк пойменный, 92 года, РР) и 2,02 г С/га в год (С:, дубрава осоко-снытьевая, 80-90 лет, ПР). В условиях дубняка су-Зори травяной (Въ 80-85 лет, ПР) и дубравы снытьево-осокоеой (Д-, 35-90 лег, ПР), где класс бонитета - III, эти показатели равны 1,31 т С/га в год. Годовой сток а дубраве осоко-с нытье вой составляет 1,64-2,26 т С/га, в дубняке субори травяной -1J 5-1,34 т Ста, в дубраве едьпъево-осоковой- 1,16-1,46 т С,-'га (таблица 4).

Таблица 4 - Годовой сток СОз с учетом почвенного дыхания, т/га

п.п. Тип леса Раз но вид., возраст, лет Сток углерода Сток со2 Сток СО} с учетом детрита Сток СО; с учетом почв, дыхания

3,0 т СО;/га 3,5 т ССк/га 4,0 т СОэ/га

4 Дос Р-65 1,64 6,07 4,76 1,76 1,26 0,76

8 Дос Р-65 1,69 6Д5 5,94 2,94 2.44 1,94

3 Д* Р-П0 ] ,6в 6,22 5,10 2,10 1,60 МО

2 Дос Р-110 1,71 6,33 5,13 2,13 1,63 1,13

1 д» П-85 1,91 7,07 5,92 2,92 2,42 1,92

6 д* П-90 1,88 6,96 6,00 3,00 2,50 2.00

7 Дос П-90 2,26 8,36 7,35 4,35 3,85 3,35

5 Дос П-100 1,90 7,03 6,76 3,76 3,26 2.76

9 Сдт Л-80 5,34 4,96 3,68 0,68 0.13 +0,32

10 Сбт П-85 1,27 4,70 4,21 1,21 0,71 0.21

М С 5т Р-85 1,15 4,26 ■».11 1,П 0,6! 0,11

12 Дсо П-60 1,20 4,44 4,22 1,22 0,72 0,22

13 Дсо П-90 1,16 4,29 4,05 1,05 0,55 0.05

¡4 д. П-85 1,46 5,40 5,21 2,21 1,71 1,21

15 Дсо П-105 1,26 4,66 4,16 3,16 0,66 0,16

16 Дп Р-92 2,32 8,58 8,09 5,09 4,59 4,09

17 дп Р-92 2,23 8,25 7,82 4,82 4,32 3.82

Дубовые насаждения поздней разновидности в возрасте 100-110 лет способны ежегодно депонировать 2,0-2,1 т С/га, в то время как сообщества ранней разновидности в этом же возрасте депонируют 1,6-1,7 т С/га, как и в возрасте 6070 лет для дубравы осоко-снытьевой (рис. 3).

На образование прироста органической массы насаждения поглощают 6,07-3,36 т СОу'га в год (Дос), 4,26-4,96 т СО;/га в год (Сбт), 4,29-5,40 т СО;/га в год (Дсо), 8,25-3,58 т СО^/га в год (Дп). Ежегодно в процессе фотосинтеза насаждения выделяют 3,11-6,27 т 02/га в год.

Цикл углерода в лесных экосистемах определяет^ балансом между поглощением атмосферного углерода в виде СО> растительностью и эмиссией при разложении мертвого органического вещества. Период разложения мертвой дре-

весины дуба принимали равным 50 годам (Стороженко, 2000). Количество углекислоты, поступающей с поверхности почвы, принимали равным 3-4 т СОз/га в год (Кудеяров, 1995).

С, т/га 2,4 у

2,2 -2,0 ■ -1,8 -1,6

1,4 -1,2 -1,0--

-+-

60 65

-4-

Ч-

-н

.Дос ПР

-I А, лет

75 80 85 90 95 100 105 110

Рисунок 3 — Ежегодное депонирование углерода

В дубовых экосистемах в изучаемых типах леса поглощение атмосферного углерода растениями преобладает над его возвратом в атмосферу. Исключение составляет сообщество дубняка субори травяной, где эмиссия С02 превышает его сток (почвенное дыхание - 4,0 т ССУга), Это связано со значительным количеством сухостоя и ветровала в сочетании с низкой устойчивостью и продуктивностью древостоя. Годовая эмиссия ССь от разложения древесного детрита достигает 25 % годичного стока углекислого газа.

За время своего развития насаждениями выделено кислорода в дубраве осо-ко-снытьевой - 242,2-450,3 т/га, в дубняке субори травяной - 236,7-252,9 т/га. в дубраве снытьево-осоковой - 176,3-332,2 т/га, в дубняке пойменном - 452-462 тг'га.

На всем протяжении жизни лесного сообщества происходят процессы поглощения углекислого газа и выделения кислорода (рис. 4),

C03, т/га 700 т

Дос ПР

600

Дос РР

500 --

400 --

300 --

200

^ А, лет

0 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 11S 120

Рисунок 4 — Поглощение углекислого газа дубовыми насаждениями

Максимальные показатели выделения Ог и поглощения СОг в дубраве осо-ко-снытьевой и снытьево-осоковой отмечены в возрасте IQ0-Í20 лет. В дубняке субори травяной - в возрасте 80 лет.

В дубовых экосистемах 33-49 % запаса углерода сосредоточено в фитомас-се, 1-5 % — в крупном древесном детрите, 49-63 % — в почве. Основными "хранилищами" углерода в дубовых экосистемах служат фитомасса, почва и крупный древесный детрит (таблица 5).

В типах леса нагорной дубравы эффективно депонируют углерод сообщества дуба поздней разновидности (состав первого яруса — 7-8 единиц душ, 2-3 единицы ясеня; в составе второго — липа и клен остролистный). Годовой сток углерода в дубраве осоко-снытьевой - 1,68 т С/га (ранняя разновидность), 1,99 т С/га (поздняя разновидность), дубняк субори травяной - 1,25 т С/га, дубрава снытьсво-осоковая - 1,27 т С'га, дубняк пойменный - 2,28 т С/га.

Таблица 5 -1 Кжжи и депонирование углерода 8 дубовых экосистемах

11.11. Тип Л Ж! 1'аим-вВД., ЫВраСТ, лег Депонирование углерода в фшомассе, Содер-яаипс углерода в фшго массе, т/га Пеня у 1 тенге углерода в детрит с спадом и отпадом, т/га в год Запас углерода в дет-ригге (древ детрит + поденшка), т/га Поступление углерода в почву, Общее содержание углеро- Сток С02 на образование фигомас-сы, т/га в год Эмиссия СО; ОТ Ш-нерШлШЦИИ древ, детри- Поименное дыхание, тС-ССШ в год Год СПОК С03, т/га в

т/га в год т/га в год да, т/га та, т/га в год год

4 Л* 1'-65 1,6 74,1 1,9 19,1 0,2 93,2 6,1 1,3 3,5 1,3

6 Л.с Р-65 1,7 85,8 1,6 5,0 0,1 90,8 6,3 0,3 3,5 2,5

3 Д* Р-ИО 1,7 127,0 2,4 [6,2 0,2 143,2 6,2 1,1 3,5 1,6

2 Д* Р-110 1,7 134,8 2,6 17,1 0,2 151,9 6,3 1,2 3,5 1,6

1 д- П-85 1,9 122,2 3,2 16,2 0,3 138,4 7,1 1,2 3,5 2,4

6 Л* 11-90 1,9 121,8 2,5 15,2 0,2 137,0 6,9 0,9 3,5 2,5

7 д* Г1-90 2,3 153,3 2,6 14,7 0,2 168,0 8,4 1,0 3,5 3,9

5 /и П-100 1,9 148,8 2,7 6,1 0,2 154,9 7,0 0,3 3,5 3,2

9 0« П-80 1,3 76,4 1,5 17,8 0,1 94,2 4,9 1,3 3,5 0,1

30 С6г П-85 1,3 85,8 1,7 9,2 0,1 95,0 4,7 0,5 3,5 0,7

11 С<г1 Р-85 1,2 80,2 1,5 8,3 0,1 88,5 4,3 0,2 3,5 0,6

12 Д- П-60 1,2 62,3 1,0 3,2 0,1 65,5 4,4 0,2 3,5 0,7

13 Д„ П-90 1,2 84,6 1,4 4,2 0,1 88,8 4,3 0,2 3,5 0,6

14 д™ П-85 1,5 110,8 1,9 3,5 0,2 114,3 5,4 0,2 3,5 1,7

15 Д„ 11-105 1,3 116,3 ¡,9 7,7 0,2 124,0 4,7 0,5 3,5 0,7

16 Л, ['-92 2,3 161,1 3,0 8,1 0,2 169,2 8,6 0,5 3,5 4,6

17 Л, 14)2 2,3 165,3 3,2 6,6 0,3 171,9 8,3 0,4 3,5 4,4

6 Б НО РАЗ НООБРАЗНЕ И УГЛЕРОДНЫЙ БАЛАНС В ДУБОВЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Для установления функциональной связи между биологическим разнообразием и показателями углеродного баланса был проведен корреляционный анализ (Максимов, 2001)- Для всех изучаемых типов леса не установлено связи: между общим числом видов и годовым стоком углекислого газа; между видовым богатством живого напочвенного покрова и стоком С02 на образование годичного прироста фитомассы. Видовое богатство травянистой растительности и сток углекислого газа не связаны корреляционной связью.

В дубраве осоко-сньггьевой наибольшее число видов отмечено для фитоцено-зов в возрасте 100-110 лет

В дубраве снытьево-осоковой максимум видового богатства приходится на возраст 80-90 лет, в дальнейшем происходит уменьшение числа видов (рис. 5), В этот период также наблюдается максимум накопления углерода в живом напочвенном покрове и древостое.

26

24 --

22 --

Дос РР

Дсо

14 --

12

^-{-1-1--!-(-1-(0 60 65 70 73 80 35 90

4 А.лет

95 100 105 I10

#

Рисунок 5 - Зависимость видового богатства от возраста древостоя

Между видовым богатством н запасом углерода в мертвой древесине су-

ществует прямая обратная корреляционная связь, достоверность которой превышает 5 %-ый уровень значимости (г = -0,76+0,43). Наибольшее видовое разнообразие живого напочвенного покрова наблюдается в сообществах с наименьшим количеством сухостоя и ветровала, т.е. в фитоценозах с высоким уровнем жизнеспособности.

Возрастание и последующее постепенное уменьшение альфа-разнообразия является естественным процессом в жизни фитоценоза.

ВЫВОДЫ

1. В исследуемых типах леса произрастает 19 видов Ц семейств древесных и кустарниковых пород, 24 вида 16 семейств травянистых растений, наибольшим видовым разнообразием (33 вида) характеризуется дубрава осоко-сньггьевая,

2. Значительные различия в видовом составе растительности отмечены между типами леса нагорной дубравы и дубняком пойменным — коэффициент флористического сходства 0,13-0,47. Между типами леса нагорной дубравы различия незначительны.

3. Присутствие и обилие определенных видов живого напочвенного покрова определяют главным образом микроэко лого-эдаф и че с кие условия, полнота древостоя и густота подлеска.

4. Наиболее высокими показателями альфа-разнообразия в дубраве осоко-снытьевой отличаются фитоценозы дуба ранней разновидности,

5. Максимальный запас углерода в основных депо лесного фитоценоза для дуба в возрасте 85-90 лет отмечен в дубняке пойменном — 169,2 тС/га, минимальный -в дубняке субори травяной - 95,0 т С/га, среднее положение занимают дубравы осо-ко-снытьевая — 138,4 т С/га и сньггьево-осоковая— 114,3 тС/га.

6. Максимум накопления углерода в живом напочвенном покрове совпадает с периодом максимального накопления углерода в древостое — 30-100 лет.

7. Сухостой и ветровал представлены дубом черешчатым, годовая эмиссия углекислого газа от разложения древесного детрита достигает 25 % годового стока СО;,

3. Около 80-90 % запаса углерода в насаждении приходится на фитомассу

древостоя, следовательно, увеличение депонирования углерода насаждения тесно связано с повышением их продуктивности.

9. Вклад подлеска и живого напочвенного покрова в углеродный баланс незначителен и не превышает 2 % запасов углерода в фитоценозе.

10. В нагорных условиях наиболее эффективно депонируют углерод в дубраве осоко-снытьевой сообщества дуба поздней разновидности — в среднем 2,0 т С/га в год, ранней разновидности — 1,7 т С/га в год; годичное депонирование в дубраве снытьево-осоковой III класса бонитета - 1,27 т С/га в год, в дубняке субори травяной- 1,25 тС/га в год; в дубняке пойменном-2,3 тС/га в год.

11. Древостой сложные по форме и смешанные по составу (первый ярус — 7-8 единиц дуба, 2-3 единицы ясеня; второй ярус — липа и клен остролистный) более эффективно поглощают углекислый газ на образование органической массы.

12. В дубовых экосистемах отмечен положительный баланс углерода - годовой сток углекислого газа превышает его эмиссию в атмосферу; в дубраве осоко-снытьевой — 1,6-3,9 т COj/ra в год; в дубняке субори травяной — 0,1-0,7 т ССЬ/га в год; в дубраве снытьево-осоковой - 0,6-1,7 т СО^/га в год; в дубняке пойменном - 4,4-4,6 т COj/ra в год.

13. Между видовым разнообразием древесных и кустарниковых пород, травянистой растительностью и стоком углекислого газа прямая связь не установлена.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Караванская, Н. В. Видовое разнообразие травяного покрова в дубовых насаждениях Правобережного лесничества ВГЛТА [Текст] / Н. В, Караванская // Лес, Наука. Молодежь : сб. материалов по итогам науч.-исслед, работы молодых ученых ВГЛТА за 2001-2002 годы. - Воронеж; ВГЛТА, 2002. - С. 53-56,

2. Караванская, Н. В. Видовое разнообразие растительного покрова в дубовых насаждениях [Текст] / Н. В. Караванская И Лес. Наука. Молодежь - 2003 : сб. материалов по итогам науч.-исслед, работы молодых ученых за 2003 год. -Воронеж: ВГЛТА, 2003, - С. 64-67.

3. Таранков, В, И. Оценка содержания углерода в дубовых насаждениях Воронежской области [Текст] / В. И. Таранков, Н. В. Караванская // Проблема

20

И 0 53 $

экологии и охраны природы : материалы всерос, науч.-практ. конф., Ульяновск, 18-19 нояб., 2003. - Ульяновск : УлГУ, 2003. - С. 129-130.

4. Караванская, К В. Запас углерода и биоразнообразие в дубовых насаждениях Воронежской области [Текст] / Н. В. Караванская, В. И. Таранков И Лесное образование и лесная наука в XXI веке : материалы регион, науч.-практ. конф., Воронеж, 12-13 февр. 2004.-Воронеж: ВГЛТА, 2004.-С. 130-132.

5. Караванская, Н.В. Показатели видового разнообразия в нагорной дубраве [Текст] / Н.В. Караванская И Лес. Наука, Молодежь — 2004 : сб. материалов по итогам науч.-исслед. работы молодых ученых за 2004 год. - Воронеж: ВГЛТА, 2004.-С. 34-35.

6. Караванская, Н. В. Углеродный баланс и видовое разнообразие в дубовых насаждениях Воронежской области [Текст] /Н. В. Караванская, В, И. Таранков // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. научн. тр, - Брянск: Б ГИТА, 2004. -

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать по адресу: 394613, г, Воронеж, ул, Тимирязева, 8, ВГЛТА. Ученому секретарю. Факс: 8 (0732) 53-84-61,

С. 82-84.

Подписано в печать Усл. пл. л, 1,0

Форм. Бум. 60x81 1/16 Тираж 100 экз.

Заказ №

Воронежская государственная лесотехническая академия 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8