THE ROLE OF SWAMPS IN CARBON SEQUESTRATION

РОЛЬ БОЛОТ В ДЕПОНИРОВАНИИ УГЛЕРОДА

Научная статья

Залесов С.В.*

ORCID: 0000-0003-3779-410X,

Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

* Корреспондирующий автор (Zalesovsv[at]m.usfeu.ru)

Аннотация

На основании литературных и ведомственных материалов, а также результатов собственных исследований предпринята попытка оценки роли болот в депонировании углерода из воздуха. Отмечается, что содержание углерода в торфяной залежи зависит от типа и вида торфа. В отличие от лугов, сельскохозяйственных угодий и лесов болота депонируют углерод в органической массе на многие сотни и даже тысячи лет. Скорость торфоотложения зависит от лесорастительной зоны (подзоны). В лесостепи она в 5,5 раза превышает таковую в тундре. Последнее свидетельствует, что при повышении температуры и сохранении гидрологического режима накопление торфа, а следовательно, и депонирование углерода усилится.

Имея данные о запасах торфа, можно легко подсчитать объемы задепонированного в них углерода.

В плане недопущения ускорения разложения верхних слоёв торфа можно рекомендовать минимизацию антропогенного воздействия на болота. В частности, нецелесообразно осушение верховых болот с низким содержанием в торфе питательных элементов. Недопустимо повреждение живого напочвенного покрова болотных экосистем, поскольку последний восстанавливается довольно медленно, а отсутствие живого напочвенного покрова способствует изменению температурного режима и высыханию верхних слоев торфа. В конечном счете, это приводит к ускоренному разложению торфа и выделению углекислого газа.

Ключевые слова: изменение климата, парниковые газы, депонирование углерода, углекислый газ, болота, органическая масса.

THE ROLE OF SWAMPS IN CARBON SEQUESTRATION 

Research article

Zalesov S.V.*

ORCID: 0000-0003-3779-410X,

Ural State Forestry Engineering University, Yekaterinburg, Russia

* Corresponding author (Zalesovsv[at]m.usfeu.ru)

Abstract

On the basis of literature and departmental materials, as well as the results of our own research, an attempt was made to assess the role of swamps in the sequestration of carbon from air. It is noted that the carbon content in the plat deposit on the type and kind of plat. Unlike meadows, agricultural lands and forests, a swamp stores carbon in an organic mass for many hundred and even thousands of years. The rate of peat deposition depends on the forest zone (subzone). In the forest-steppe, it is 5.5 times higher than that in the tundra. The latter indicates that with an increase in temperature and preservation of the hydrological regime, the accumulation of plat and consequently, the deposition of carbon will increase.

Having the data on plat reserves makes it easy calculate the amount of carbon deposited in them.

To prevent of the upper layers of plat accelerated decomposition, it is possible to recommend minimizing at anthropogenic impact on the swamps. In particular, it is inappropriate to drain raised bogs with a low content of nutrients in them. It is unacceptable to damage living ground cover of swamp ecosystems, sine the latter is restored rather slowly, the absence of a living ground cover contributes a change in a temperature regime and drying of the upper layers of plat. As a result, it leads to an acceleration of plat decomposition and carbon dioxide release.

Keywords: changing of the climate, greenhouse gasses, carbon sequestration, carbon dioxide, swamps, organic matter.

Введение

На современном этапе развития человечества одной из наиболее важных проблем является проблема изменения климата [1]. Наблюдающиеся в последние десятилетия процессы аридизации климата обуславливают, в свою очередь, ряд негативных последствий. В частности, увеличивается вероятность возникновения природных пожаров, повышения уровня мирового океана, интенсивности таяния многолетней мерзлоты, опустынивания территорий, ранее занимаемых степными экосистемами.

Одной из причин меняющегося климата ученые считают увеличение в атмосфере доли парниковых газов. К последним относится, прежде всего, углекислый газ, доля которого в составе воздуха увеличивается за счет вулканической деятельности, а также сжигания твердого и жидкого топлива, прежде всего, каменного угля и нефти.

Изучением вопросом депонирования углекислого газа занимаются в настоящее время многие ученые. Именно в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу и депонировании атмосферного углерода видится решение проблемы глобального потепления.

Большинство исследователей в качестве фактора депонирования углерода из атмосферы видят лесные насаждения [2], [3], [4]. Не подвергая сомнению данное заключение, считаем возможным отметить, что не менее важное значение в данном процессе играют болота.

Целью наших исследований являлось установление роли болот в накоплении и консервации углекислого газа.

Объекты и методика исследований

В процессе проведения исследований была проанализирована научная и ведомственная литература по депонированию углекислого газа из воздуха болотными экосистемами.

На основе данных, полученных учеными в различных регионах страны, выполнены расчеты объема задепонированного углерода на территории стационара «Северный», расположенном в Уральском учебно-опытном лесхозе (УУОЛ) Уральского государственного лесотехнического университет (УГЛТУ). Указанный стационар расположен в подзоне южной тайги Урала.

Детальная характеристика стационара «Северный» подробно описана в работах профессора А.С. Чиндяева с соавторами [5], [6].

Обсуждение и результаты

Болота, как и лесные экосистемы обеспечивают постоянный сток в них углекислого газа из атмосферы. На первый взгляд лесные экосистемы превосходят болотные по уровню депонирования, поскольку характеризуются, как правило, большими показателями текущего прироста органической массы. Однако преимущество болот заключается в том, что они являются единственными наземными экосистемами, в которых атмосферный углерод, будучи депонированным в торфяных залежах, исключается из дальнейшего оборота и накапливается в них в течение многих сотен лет и тысячелетий.

Если учесть, что в ряде субъектов Российской Федерации болота занимают огромные площади [7] и являются доминирующим элементом ландшафта, то становится понятной их роль в депонировании углерода. Так, в Ханты-Мансийском автономном округе – Югра на долю болот приходится 34,64% площади лесного фонда, а запасы накопленного в них торфа превышают 40 млрд т [8]. В целом же торфяные почвы Российской Федерации, по данным ученых института Лесоведения РАН содержат более 113 млрд т углерода.

Естественно, что типы и виды торфов существенно различаются, что не может не сказываться на содержании в них углерода [9]. Последнее наглядно подтверждается материалами таблицы 1.

 

Таблица 1 – Среднее содержание углерода в органической массе различных типов и видов торфов

Тип торфа	Вид торфа	Содержание углерода, %
Низинный	Древесный	58,0
	Древесно-осоковый	58,5
	Древесно-тростниковый	58,6
	Тростниковый	57,8
	Шейхцериевый	57,7
	Осоково-гипновый	57,8
	Осоково-сфагновый	57,0
Переходный	Древесно-тростниковый	59,7
	Шейхцериевый	58,4
	Осоковый	58,6
	Осоково-сфагновый	58,0
	Сфагновый	56,6
Верховой	Сосново-пушицевый	61,3
	Пушицевый	59,3
	Шейхцериевый	57,9
	Пушицево-сфагновый	57,6
	Шейхцериево-сфагновый	57,0
	Фускум	53,4
	Магелланикум	54,1
	Комплексный	54,2

 

В целом же по данным С.Н. Тюремнова [9] среднее содержание углерода в низинных торфах составляет 58, в переходных 58,3 и в верховых 56,9% от их органической массы.

Потепление климата, по мнению ряда ученых, приведет к ускорению разложения верхних слоев торфа и выделению в атмосферу углекислого газа, т.е. задепонированный в торфе углерод вновь будет возвращаться в атмосферу. Данная точка зрения, естественно, нуждается в проведении исследований. Однако не следует забывать, что депонирование углерода в торфяной залежи обусловлено не низкими температурами, а гидрологическим режимом. Именно недостаток кислорода сдерживает на болотах разложение органических остатков, поэтому если болота не высохнут, то существенного ускорения разложения органической массы ожидать не следует. Кроме того, повышение температуры обусловит изменение видового состава растительности болот и тем самым увеличивает скорость торфонакопления. Последнее подтверждается данными О.Л. Лисс с соавторами [10], которые проанализировали скорость торфонакопления в Западной Сибири по лесорастительным зонам (подзонам): тундра – 0,3; лесотундра – 0,35; северная тайга – 0,37; средняя тайга – 0,57; южная тайга – 0,72; предлесостепь – 1,1; лесостепь (рям) – 1,64 и лесостепь (займище) 0.73 мм/год. Другими словами, скорость торфоотложения в условиях лесостепи в 5,5 раза превышает таковую в тундре, а следовательно, увеличение температуры ускорит накопление торфяной залежи и тем самым консервацию в органической массе углекислого газа, изъятого из атмосферы в процессе ее создания.

Депонирование углерода из воздуха происходит за счет фотосинтеза живого напочвенного покрова (ЖНП). Зная формулу фотосинтеза [11],

6СО₂ + Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

можно легко подсчитать массу поглощенного углекислого газа и выделяемого кислорода. В процессе фотосинтеза при связывании растениями в своих тканях 1,0 т углерода из атмосферы утилизируется 3,67 т углекислого газа и выделяется 2,67 т кислорода. Кроме того, следует учитывать, что около 35% получаемого кислорода остается в тканях растений в виде углеводородов.

Исследуемый стационар «Северный» представляет собой верховое болото площадью 150 га. Болото сформировалось в межувальном понижении. В поперечном сечении торфяная залежь представляет конфигурацию котловины. Максимальная мощность торфяных отложений составляет 6,8 м. Торф представлен в основном сфагновым и пушицево-сфагновыми видами. Таким образом, если ежегодное отложение органической массы в торфяной залежи составляет 0,73, то ее нижние слои начали формироваться около 9,5 тыс. лет назад.

Высокая зольность торфа стационара «Северный» объясняется двумя факторами. Первым из них являются промышленные поллютанты. Вторым – периодически повторяющиеся лесные пожары. Если учесть, что в процессе последних выгорала часть верхних слоев почвы, то можно со всей ответственностью утверждать, что депонирование углерода торфяной залежью имеет продолжительность около 10 тыс. лет. Естественно, при депонировании углерода луговой, лесной или сельскохозяйственной растительностью речь о столь длительном периоде депонирования углерода идти просто не может.

Объемная масса торфа варьируется от 0,6 до 0,15 г/см³. Общий объем торфа при этом, накопленный болотом стационара «Северный» составляет 6750,0 тыс. м³. Следовательно, масса накопленного торфа составляет в пересчёте на сухое вещество 2700 тыс. т. При этом масса органического вещества достигает 2484,0 тыс. т, а масса содержащегося в нем углерода 1473,0 тыс. т.

Таким образом, только при формировании торфяной залежи стационара «Северный» из атмосферного воздуха в результате фотосинтеза было изъято 5405,9 тыс. т углекислого газа. Речь при этом идет лишь об углероде, который задепонирован в торфяной залежи.

В то же время следует отметить, что вызванное осушением изменение гидрологических условий способствует высыханию и разложению верхних горизонтов торфа. В этом случае создается ситуация, когда выделение углекислого газа, вызванное разложением торфа, может превысить показатели его депонирования. Кроме того, необходимо отметить, что живой напочвенный покров (ЖНП), произрастающий на болоте, характеризуется медленным восстановлением и ростом. Последнее вызывает необходимость исключения повреждения живого напочвенного покрова. Игнорирование данной рекомендации также приводит к изменению температурного и гидрологического режима верхних слоев торфа и, как следствие этого, к его ускоренному разложению.

Выводы

1. Болота являются важнейшим объектом депонирования углерода из атмосферного воздуха.
2. Скорость торфообразования зависит от лесорастительной зоны (подзоны), т.е. от температурного режима.
3. Содержание углерода в торфяной залежи зависит от типа и вида торфа.
4. Болота депонируют углерод на многие сотни и тысячи лет. Так, нижние слои торфяной залежи стационара «Северный» сформировались 9,5-10,0 тыс. лет назад.
5. На 150 га верхового болота стационара «Северный» за период его существования задепонировано 1473,0 тыс. т углерода, что эквивалентно изъятию из атмосферного воздуха 5405,9 тыс. т углекислого газа.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Berdsi P. Climate change of nature / R. Birdsey, Y. Pan // Nature Climate Change. 2011. P. 444-445.
2. Бобкова К.С. Годичный сток углерода в лесные фитоценозы Европейского севера России / К.С. Бобкова, В.В. Тужилкина, Э.П. Галенко // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пушкино, 2003. С. 34-35.
3. Усольцев В.А. Оценка угледепонирующей способности лесов: от пробной площади – к автоматизированной системе пространственного анализа / В.А. Усольцев, В.П. Часовских, М.П. Воронов и др. // Лесная таксация и лесоустройство. 2008. № 1 (39). С. 183-190.
4. Усольцев В.А. Депонирование углерода лесами Уральского региона России (по состоянию Государственного учета лесного фонда на 2007 г.) / В.А. Усольцев. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2018. 265 с.
5. Чиндяев А.С. Общая характеристика стационара «Северный» в Уральском учебно-опытном лесхозе / А.С. Чинядев, Л.А. Бирюкова // Актуальные проблемы осушения лесов на Среднем Урале. – Свердловск: УрО АН СССР, 1989. С. 171-173.
6. Чиндяев А.С. Гидролесомелиоративные стационары / А.С. Чиндяев // Опытное лесохозяйственное предприятие Уральской лесотехнической академии. Научные и производственные объекты учебного научно-производственного комплексного лесохозяйственного предприятия. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. акад. 1995. 131 с.
7. Константинов В.К. Реконструкция и эксплуатация лесоосушительных систем: Обзорн. информ. / В.К. Константинов, Г.Б. Великанов, Ю.А. Добрынин. – М.: ВНИИЦ лесресурс, 1996. 58 с.
8. Геологические основы использования торфяных болот и лесов Среднего Приобья / Под общей редакцией д.т.н. К.И. Лопатина. Тверь: ООО «Издательство «Триада», 2012. 296 с.
9. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения / С.Н. Тюремнов. М.: Недра, 3-е изд. 1976. 487 с.
10. Лисс О.Л. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение / О.Л. Лисс, Л.И. Абрамова, Н.А. Аветов и др. Тула: Гриф и К⁰, 2001. 584 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Berdsi P. Climate change of nature / R. Birdsey, Y. Pan // Nature Climate Change. 2011. P. 444-445.
2. Bobkova K.S. Godichnyy stok ugleroda v lesnyye fitotsenozy Yevropeyskogo severa Rossii [ Annual carbon sink in forest phytocenoses of the European North of Russia] / K.S. Bobkova, V.V. Tuzhilkina, E.P. Galenko // Emission and sink of greenhouse gases in the territory of Northern Eurasia. Push-cinema, 2003. P. 34-35. [in Russian]
3. Usoltsev V.A. Otsenka ugledeponiruyushchey sposobnosti lesov: ot probnoy ploshchadi – k avtomatizirovannoy sisteme prostranstvennogo analiza [Assessment of the coal-depositing capacity of forests: from a trial plot to an automated system of spatial analysis] / V.A. Usoltsev, V.P. Chasovskikh, M.P. Voronov et al. // Forest inventory and forest management. 2008. No. 1 (39). P. 183-190. [in Russian]
4. Usoltsev V.A. Deponirovaniye ugleroda lesami Ural'skogo regiona Rossii (po sostoyaniyu Gosudarstvennogo ucheta lesnogo fonda na 2007 g.) [Carbon deposition by the forests of the Ural region of Russia (according to the State accounting of the forest fund for 2007)] / V.A. Usoltsev. - Yekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2018.265 p. [in Russian]
5. Chindyayev A.S. Obshchaya kharakteristika statsionara «Severnyy» v Ural'skom uchebno-opytnom leskhoze [General characteristics of the hospital "Severny" in the Ural training and experimental forestry] / A.S. Chinyadev, L.A. Biryukova // Actual problems of forest drainage in the Middle Urals. - Sverdlovsk: Ural Branch of the Academy of Sciences of the USSR, 1989. P. 171-173. [in Russian]
6. Chindyayev A.S. Gidrolesomeliorativnyye statsionary [Hydroforestry hospitals] / A.S. Chindyaev // Experimental forestry enterprise of the Ural Forestry Academy. Research and production facilities of the educational research and production complex forestry enterprise. Ekaterinburg: Ural. state forestry engineering. acad. 1995.131 p. [in Russian]
7. Konstantinov V.K. Rekonstruktsiya i ekspluatatsiya lesoosushitel'nykh si-stem: Obzorn. inform. [Reconstruction and operation of forest drying systems: Review. inform.] / VC. Konstantinov, G.B. Velikanov, Yu.A. Dobrynin. - M .: VNIITs lesresurs, 1996.58 p. [in Russian]
8. Geologicheskiye osnovy ispol'zovaniya torfyanykh bolot i lesov Srednego Priob'ya [Geological foundations of the use of peat bogs and forests of the Middle Ob region] / Edited by Dr. Sc. K.I. Lopatin. Tver: Triada Publishing House, 2012. 296 p. [in Russian]
9. Tyuremnov S.N. Torfyanyye mestorozhdeniya [Peat deposits] / S.N. Prisonov. Moscow: Nedra, 3rd ed. 1976.487 p. [in Russian]
10. Liss O.L. Bolotnyye sistemy Zapadnoy Sibiri i ikh prirodookhrannoye znacheniye [Swamp systems of Western Siberia and their nature conservation value] / O.L. Liss, L.I. Abramova, N.A. Avetov et al. Tula: Grif and K0, 2001. 584 p. [in Russian]