Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Сельскохозяйственные науки
Лесоведение и лесоводство

Диссертационная работа:

Филиппов Алексей Валерьевич. Оценка запасов углерода в фитомассе березняков Северной Евразии и их география : Дис. ... канд. с.-х. наук : 06.03.02, 06.03.03 Екатеринбург, 2005 304 с. РГБ ОД, 61:05-6/773

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение. Общая характеристика работы 4

Глава 1. Состояние проблемы 12

1.1 О географических закономерностях продуктивности березовых 12 насаждений Северной Евразии

1.2. Морфоструктура и продуктивность березовых насаждений семенного и порослевого происхождения 29

1.3 Состояние исследований по оценке запасов углерода на лесопо крытых площадях Евразии 44

Глава 2. Общая характеристика районов и объектов исследования 66

2.1. Природные условия района исследования 66

2.1.1. Местоположение, рельеф, геология и гидрология. 66

2.1.2. Климат 69

2.1.3. Природные зоны и почвенный покров 71

2.2. Характеристика и состояние лесного фонда в районе исследования 73

2.3. Объекты исследований и объем работ 78

2.4. Характеристика базы данных о содержании углерода в фитомассе 79 березовых насаждений Северной Евразии

Глава 3. Методика исследований 87

3.1. Выбор и обоснование методов исследований 87

3.2. Методика отбора модельных деревьев на пробной площади 91

3.3. Обработка модельных деревьев на пробной площади 95

Глава 4. Определение запаса углерода в надземной фитомассе березовых насаждений семенного и порослевого происхождения в колочной лесостепи

4.1. Результаты определения запаса углерода в фитомассе отдельных деревьев

4.2. Модели и таблицы запасов углерода в фитомассе на уровне древостоя ПО

Глава 5. База данных о запасах углерода в фитомассе березовых

насаждений Северной Евразии и их географический анализ 117

5.1. Структуризация базы данных по основным массообразующим показателям, построение эмпирических моделей и возрастных трендов запаса углерода в березняках 117

5.2. География распределения запасов углерода, полученных по материалам базы данных 132

Глава 6. Составление таблиц хода роста березовых насаждений по за

пасу углерода в их фитомассе по регионам Северной Евразии 146

6.1. Принципы агрегации моделей для оценки углерода в фитомассе с

региональными таблицами хода роста древостоев 147

6.2. География табличных показателей запасов углерода 148

Глава 7. Расчет верхних пределов запаса органического углерода в

березовых насаждениях Северной Евразии и их география 153

7.1. Моделирование верхних пределов массообразующих показателей древостоев 153

7.2. Моделирование верхних пределов запаса углерода в фитомассе древостоев

7.3. Географические закономерности распределения предельного запаса углерода в фитомассе древостоев 159

Заключение 165

Литература 168

Приложения 1  

Введение к работе:

Актуальность темы.

Накопление углеродсодержащих газов С02, СО, СЩ, хлорофлюороуг-леродов и др., из которых абсолютно преобладает первый, приводит к так называемому парниковому эффекту как следствию минимизации фитомассы растительного покрова планеты при одновременной максимизации содержания С02 и других парниковых газов в атмосфере (Межжерин, 1994). Согласно прогнозам (Gammon et al., 1985), в ближайшие 200—300 лет содержание СОг в атмосфере может подняться в 10 раз и за сравнительно короткое время достичь уровня, который уже был на Земле 100 млн лет назад. Исходя из этой тенденции в следующем столетии может наступить глобальное потепление климата с непредсказуемыми и необратимыми катастрофическими последствиями.

Но есть и противоположная точка зрения, согласно которой сегодня наиболее реальна перспектива антропогенной потери устойчивости биосферы, которая по своей опасности для человечества превалирует над последствиями глобального потепления, антропогенный характер которого пока не доказан (Сун и др., 2001; Тарко, 2001; Яншин, 2001; Котляков, 2001; Иноземцев, 2002; Кондратьев, 2002). Более того, деятельность Международной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и решения ООН по вопросам глобального потепления иногда характеризуются как «примеры недобросовестного использования науки для решения геополитических проблем» (Демирчян и др., 2002. С. 45). Сторонниками подобной точки зрения являются геофизики и метеорологи, специалисты по теории и истории климата Земли. Показателен в этом отношении результат исследований, проведенных на Урале Из приведенной диаграммы очевидно следует, что температура поверхности Земли в средневековье (1100-1200 гг.) была примерно на 0,4 °С выше температуры в XX веке (1900-1980 гг.), и «теперешнее потепление -пока еще естественный процесс» (Демежко, 2003«. С. 5).

В качестве одного из вариантов решения проблемы компенсации антропогенных выбросов СОг предлагаются приемы повышения продуктивности фитомассы лесов (Dyson, 1977) и интенсификации лесного хозяйства (Winjum et al., 1993). Потенциальный уровень глобальной компенсации содержания углерода в атмосфере составляет около 10 Гт/год, в том числе в тропиках, умеренной и бореальной зонах соответственно 70, 20 и 10 % (Global ВЮМЕ Program, 1991).

Последние расчеты (Brown, 1996) показывают, что путем интенсивных лесоводственных мероприятий в течение предстоящих 50 лет можно скомпенсировать 11—15 % антропогенных выбросов СОг в атмосферу за тот же период. При этом предполагается но существу тройной эффект: депонирование излишков углерода, повышение ресурсного потенциала и улучшение природной среды (Яблоков, 1995).

Однако климатические изменения влекут за собой трудно предсказуемые последствия для самих лесов на уровнях растения, экосистемы, биома (Krauchi, Xu, 1995). Разные виды растений имеют разные адаптивные реакции. Поскольку на ближайшие десятилетия предсказываются изменения климата более существенные, чем за последние тысячелетия, легко приспосабливающиеся виды будут находиться в лучших условиях. Быстрое изменение климата может вызвать разрушение лесных экосистем, снижение их продуктивности и возобновительной способности. Если в ближайшие 50 лет среднегодовая температура поднимется на 1,5 °С, то граница лесов в Европе и Северной Америке сместится к северу на 200 км. При более существенных климатических изменениях бореальные хвойные леса Европы продвинутся на крайний север Скандинавии, широколиственные неморальные леса сместятся из Англии в Шотландию, а склерофильная растительность Средиземноморья достигнет Англии (Holdgate, 1995). Сейчас невозможно предвидеть последствия такого перераспределения растительного покрова для планетарной фитомассы лесов и интенсивности связывания ими атмосферного углерода.

Среди наземных экосистем эффективность фотосинтеза лесов (0,33 %) намного выше по сравнению с агроценозами (0,25 %) и травянистой растительностью (0,1 %) (Агесс, 1982). Поэтому Международной Конвенцией ООН но климату, принятой в 1992 г., предусмотрено максимально облесить земли, неудобные для других видов пользования. В США разрешение на строительство новых тепловых станций на ископаемом топливе связано с обязательствами облесения соответствующих площадей в странах тропического пояса, ежегодно теряющих вследствие рубок более 3 млрд. т фитомассы. В лесах умеренной зоны лесопосадки ежегодно проводятся на площади около 1 млн. га. Однако роль такого процесса, видимо, ограничена. Подсчитано, что для компенсации всех антропогенных выбросов углекислоты в атмосферу потребуется засадить площадь размером с Европу — от Атлантики до Урала (Nilsson, 1992). Нереально изыскать такие свободные площади в мире, где население составляет 6 млрд. человек, а к середине XXI столетия необходимо будет обеспечить средствами существования 8,5—10 млрд. людей.

В этой связи наряду с облесением предполагается замена ископаемого топлива "энергетической" древесиной путем переключения энергетики на активный углеродный цикл. Данная проблема экономическая: сегодня стоимость 1 кВт/ч составляет 1,5—2,0 пенса, а "энергетические" плантации становятся рентабельными при его цене 3—5 пенсов (Holdgate, 1995).

Новую экономическую значимость приобретает биосферная роль лесов в целом, предстоит смена приоритетов в системе кадастровой оценки лесных земель. При необходимости компенсации антропогенных выбросов СОг получает стоимостную оценку каждая тонна депонируемого лесной растительностью углерода. Эти оценки варьируют и разных странах от 2-31 (Winjum et a 1., 1993) до 79 (Hoen, Solber, 1994) американских долларов, а в расчете на 1 га лесопокрытой площади — от 80 до 1700 (Winjum et al., 1993) и даже до 3000 (Медведев, 1997) долларов.

Предстоит не просто смена парадигм в лесоводстве и лесопользовании (Тупыця, 1977; Тепляков, 1994; Уткин, 1995), но глубокая перестройка всей экономики. В рамках международных соглашений предполагается распределение квот на выбросы углекислоты. Увеличение таких квот в одних странах за счет компенсирующего снижения выбросов в других получило название углеродного кредита. Имеется в виду увеличение квоты НА выброс СОг от энергетики одних стран за счет их инвестиций и лесовосста-новления в других. В пределах страны такой принцип может быть перенесен и на отношения между регионами. Предусматривается не только плата за загрязнение в ходе экологизации системы налогообложения, но и формирование особого рынка разрешений на загрязнение (Гусев, Гусева, 1996).

В этой связи мировое научное сообщество проявляет повышенный интерес к изучению биологической продуктивности и углерододепони-рующей способности лесов, необходимым для оценки их роли в глобальных экологических циклах. Реализации этой задачи на примере естественных березовых лесов Северной Евразии посвящена настоящая работа.

Исследования автора проводились в 2002-2004 гг. в рамках проектов «Оценка запасов углерода и углеродно-кислородного бюджета в лесных экосистемах Уральского региона» и «Картирование углерододепонирующей емкости лесных экосистем Уральского региона», гранты РФФИ №№ 01-04-96424 и 04-05-96083 (руководитель проектов - профессор Усольцев В. А.).

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - изучение структуры органического углерода, депонируемого в фитомассе березовых насаждений, на двух уровнях - локальном и глобальном. В первом случае ставилась цель оценки распределения углерода в фитомассе березняков семенного и порослевого происхождения в условиях колочных лесов, а во втором - анализировались географические особенности распределения по регионам Северной Евразии запасов углерода в фитомассе березняков, полученных: (а) по материалам сформированной базы данных, (б) по таблицам хода роста березняков по запасу углерода и (в) по предельным (по условию самоиз-реживания) густотным траекториям. В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования были:

• изучить особенности структуры органического углерода, депонируемого в фитомассе березняков семенного и порослевого происхождений в условиях колочных лесов;

• на основе привлечённых и собственных экспериментальных данных о фитомассе березовых древостоев выявить зональные и провинциальные закономерности распределения запаса углерода в них;

• составить таблицы хода роста березняков по содержанию углерода в их фитомассе по регионам Северной Евразии и установить географические закономерности его распределения;

• выявить зональные и провинциальные закономерности изменения предельных запасов углерода в фитомассе березовых древостоев.

Научная новизна. Впервые выполнена сравнительная оценка березняков семенного и порослевого происхождения по содержанию углерода в их фитомассе в условиях колочных лесов. Собрана наиболее полная коллекция экспериментальных данных о запасах углерода в фитомассе березовых насаждений Северной Евразии, существенно превышающая объем всех известных сводок подобных данных. Это позволило впервые для березняков разработать систему универсальных региональных моделей для оценки запасов углерода в фитомассе и проанализировать на их основе географические закономерности распределения запасов углерода: а) полученных непосредственно по материалам пробных площадей, б) взятых из составленных таблиц хода роста естественных бе 10

резняков по содержанию углерода в их фитомассе и в) рассчитанных по предельным густотным траекториям.

Практическая значимость работы состоит в разработке нормативных материалов, необходимых при расчетах углеродного бюджета лесных экосистем Северной Евразии, при реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения березовых насаждений Северной Евразии. Результаты работы могут быть полезны при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня.

Разработанные нормативы используются Свердловской лесоустроительной экспедицией (имеется справка о внедрении) при устройстве березовых лесов.

Обоснованность выводов и предложений. Использование обширного экспериментального материала и современных методов статистического анализа, системный подход при содержательном анализе фактических материалов и интерпретации полученных результатов, реализация поставленных задач на уровне многофакторных регрессионных моделей, использование современной вычислительной техники и адекватных компьютерных программ определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов и предложений. 

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертации от сбора экспериментального материала до анализа и обработки полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса», Вологда, 2003; 2-й Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», Белгород, 2004; на 5-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса», Брянск, 2004; на % Международной научно-практической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития», Брянск, 2004.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и 4 приложений. Список использованной литературы включает 250 наименований, в том числе 48 иностранных. Текст иллюстрирован 19 таблицами и 45 рисунками. 

Подобные работы
Ефименко Олег Александрович
Структура и география первичной продукции еловых насаждений (На примере Северной Евразии)
Белоусов Евгений Владимирович
Структура и география первичной продукции культур сосны обыкновенной : На примере Северной Евразии
Богословская Ольга Анатольевна
Запасы углерода в насаждениях некоторых экотонов и на лесопокрытых площадях Уральского региона
Филиппов Алексей Валерьевич
Оценка запасов углерода в фитомассе березняков Северной Евразии и их география
Канунникова Ольга Владимировна
Оценка запасов и годичного депонирования углерода в фитомассе лесов Свердловской области и Башкирии
Терентьев Виталий Викторович
Структура и география годичного прироста фитомассы естественных сосняков : На примере Северной Евразии
Ромадина Юлия Анатольевна
Комплексная оценка влияния КВЧ-излучения на особенности биологии вредителей запасов зерна : На примере доминирующих видов Среднего Поволжья
Чернов Алексей Владимирович
География и геоэкологическое состояние русел и пойм рек Северной Евразии
Апухтина Ирина Викторовна
Совершенствование методики оценки запасов месторождений железистых кварцитов на основе трехмерного компьютерного моделирования
Шаклеин Сергей Васильевич
Разработка количественных методов оценки запасов угля на основе геометризации для АСУ шахт и разрезов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net