Купить осаго с диагностической картой также читайте.
             Электронный журнал BioDat

ОЦЕНКА И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ УГЛЕРОДНОГО И АЗОТНОГО БАЛАНСОВ В ОСНОВНЫХ БИОМАХ РОССИИ

Б.Н. Моисеев (ВНИИЛМ), И.О. Алябина (Институт экологического почвоведения МГУ)
(опубликована: Известия РАН. Серия географическая. 2007, № 5, с. 1-12.)

ВВЕДЕНИЕ

                Исследования последних лет и моделирование климатических процессов показали, что в результате изменения климата изменится экологическая продуктивность и биоразнообразие, увеличится опасность исчезновения некоторых уязвимых видов. Как ожидается, произойдет существенное нарастание случаев нарушений функционирования экосистем в результате таких негативных явлений, как пожары, засуха, нашествие вредителей, инвазия чужеродных видов. Эти процессы создают угрозу значительного ущерба или полного разрушения некоторых уникальных экосистем и вымирания находящихся под угрозой видов. Эффект увеличения концентрации СО2 в бореальной зоне приведет к повышению чистой первичной продуктивности растительного покрова, однако климатические изменения в аридной зоне могут привести к снижению годовой продукции экосистем. Некоторые глобальные модели позволяют предположить, что чистое связывание углерода земными экосистемами в первой половине XXI столетия будет повышаться, затем стабилизируется или начнет снижаться. Модели производства зерновых культур показывают, что в некоторых районах с умеренным климатом потенциальный сбор урожая увеличится в случае небольшого увеличения температуры, но снизится в случае значительных температурных изменений [13].
                В этой связи целью данной работы было создание базы данных по пространственному размещению показателей биологической продуктивности экосистем, данных углеродного баланса, чтобы спрогнозировать возможные последствия изменений климата. Картографирование этих индикаторов выявит территории, где наиболее целесообразно выделение и создание так называемых "киотских лесов", т.е. лесных культур, созданных на сельхозугодьях в соответствии со ст. 3.3 Киотского протокола (КП) к Рамочной конвенции по изменению климата (РКИК). Кроме того, это поможет выделить "управляемые леса" в соответствии со ст.3.4 КП.
                В цели работы входили также расчет и картографирование основных показателей  азотного баланса в биомах России, что даст возможность выявить регионы, где недостаток доступных форм азота почв может послужить лимитирующим фактором повышения продуктивности растительного покрова в связи с потеплением климата. Кроме того, это поможет определить районы, где тяжелые атмосферные выпадения соединений азота могут вызвать эвтрофирование экосистем и необратимые изменения растительного покрова (снижение видового разнообразия, появление сорных и чуждых видов и т.п.).

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД

                В качестве методической основы принят балансовый способ расчетов основных потоков углерода и азота в растительных экосистемах и биомах, находящихся в квазистационарном состоянии.
                По карте растительности масштаба 1:2 500 000 [5] было выделено 10 типов  биомов: полярные пустыни; тундры; редкостойные леса и кустарники;  леса северной тайги; леса средней тайги; леса южной тайги; смешанные и лиственные леса; луга, пастбища и пашни; болота; а также прочие биомы, включающие земли поселений, водоемы и др. (рис.1). Для каждой из 3470 трапеций сети (1 х 1 градус) была создана база данных по биомам на всю территорию России. Площади лесов, болот и сельскохозяйственных угодий были скорректированы по данным Государственного учета лесного фонда и Росземкадастра на 01.01.2003 г.


Рис.1. Преобладающие биомы в трапециях сети 1х1 градус.

Расчеты углеродного баланса

                Расчеты углеродного баланса осуществлялись следующим образом. В первую очередь рассчитали годовой экосистемный цикл продукции фитомассы:

СNPP = СFall + СLive,                                    (1)
где СNPP – углерод чистой первичной продукции фитомассы; СFall – годичный естественный опад листьев/хвои и отпад стеблей, ветвей и стволов; СLive – годичный прирост живой фитомассы в биоме.
                Экосистемный углеродный баланс рассчитали как:
СNEP = СNPP – СRh,                                     (2)
где СNEP – чистая экосистемная продукция фитомассы; СRh – гетеротрофное дыхание микроорганизмов /редуцентов (в данной работе – гетеротрофное дыхание почвы). На постоянных пробных площадях по исследованию биологической продуктивности экосистем СNEP обычно находят по формуле:
СNEP = СLive + СMort,                                    (2a)
где СMort - чистый годичный прирост мертвой фитомассы в экосистеме.
                Таким образом, годовой экосистемный цикл углерода можно записать в обобщенном виде:
СNPP= СFallLiveRhLiveMort.
                В экосистемный цикл не входят потери фитомассы, вызванные внешними факторами и негативными воздействиями. Поэтому полный углеродный баланс обычно рассчитывают на уровне биомов.
                В данной работе биомный баланс для лугов и пастбищ рассчитали без учета гетеротрофного дыхания:
СNBP = СNРP –СLoss – СLeach,                            (3)
где СNBP – чистая биомная продукция фитомассы лугов и пастбищ; СLoss – потери фитомассы в виде выноса урожая и потребления консументами; СLeach – потери органического вещества с суммарным стоком воды.
                Мы полагаем, что гетеротрофное дыхание в луговых и пастбищных экосистемах осуществляется в основном за счет органического вещества дернины и подземной мортмассы, так как значительная часть надземной фитомассы выносится с урожаем и не поступает в гетеротрофный блок. В данном случае нас интересует текущий годовой баланс углерода фитомассы, а не баланс углекислого газа.
                Следует также отметить, что площадь пашен в данной работе рассматривается в едином биоме лугов и пастбищ. Углеродный и азотный балансы этой категории сельскохозяйственных земель требуют более детальных исследований на локальном уровне и в данной работе не обсуждаются.
                Расчеты углеродного баланса для лесных и других биомов рассчитали по формуле :
СNBP = СNЕP –СLoss – СLeach                             (4)
где СLoss – потери фитомассы в результате пожаров, рубок леса, нашествия вредителей и болезней.
                При определении СNEP было учтено гетеротрофное дыхание почв. Содержание углерода в фитомассе ([С6Н10О5]n) приняли в размере 50% от сухой массы вещества.

               Источники данных по биологической продуктивности биомов:
               СNPP – рассчитали и картографировали (рис. 2) по оригинальной методике, используя исходные данные NASA по приходу и поглощению фотосинтетически активной радиации (ФАР) растительным покровом в трапециях сети 1х1 градус [24]. Методика расчета NPP подробно изложена в работе [10].


Рис. 2. Плотность чистой первичной продукции - СNPP углерода фитомассы,
кг С/га*год.

                СFall – рассчитали по данным Н.И. Базилевич с соавторами, приведенным в виде процентной доли от CNPP в условиях разных экологических регионов России (рис. 3). В зависимости от типа биомов и сукцессионного возраста экосистем доля опада и отпада изменяется от 40% (сукцессии) до 100% (климакс) [2, 9].


Рис.3. Плотность фитомассы углерода годичного естественного опада листьев/хвои и отпада ветвей и стволов - СFall, кг С/га*год.

                СRh – условно приняли в размере гетеротрофного дыхания почв по данным карты [18].
                СLoss – потери в лесах (при рубках, пожарах, в очагах вредителей и болезней леса) рассчитали по официальным отчетным данным Федерального агентства лесного хозяйства МПР России за 2003 г. Для лугов и пастбищ потери за счет урожая приняли в размере от 20% (северные биомы) до 50% (южные биомы); для других биомов - от 1% (тундра) до 20% (поселения, водные объекты и проч.) от значений СNPP (экспертные оценки).
                СLeach - рассчитали по данным суммарного стока воды (база данных NASA по трапециям сети 1х1 град.) и по содержанию органического углерода в природных водах: от 1 мг С/л (горные условия) до 100 мг С/л (заболоченные территории) [4].

Расчеты азотного баланса

                Известно, что азот в основном поглощается растениями из почвенных растворов непосредственно в форме NH4+ и NH3- ионов. Органические соединения азота, образующиеся в процессе усвоения азота растениями, снова попадают в почву в виде растительных остатков или продуктов жизнедеятельности животных. Они минерализуются в почве непосредственно или после гумификации в процессе длительного периода разложения растительных остатков. Продуктом минерализации органического азота является раствор аммиака (процесс аммонификации), который в благоприятных условиях окисляется хемоавтотрофными бактериями до NO2- и NO3- (процесс нитрификации).         Минеральный азот может затем снова усваиваться растениями из почвенного раствора. Эта трансформация азота в экосистеме часто называется "круговоротом" или циклом азота для того, чтобы подчеркнуть тот факт, что азот, содержащийся в экосистеме, может теоретически проходить снова через одни и те же фазы (гумус, живые микроорганизмы, почвенный раствор, растения и т.д.). Этот внутренний «круговорот» однако незамкнутый. Азот из внешнего цикла поступает в почвы с сухими и влажными атмосферными осадками, фиксируется из атмосферы микроорганизмами, а также происходят потери его в окружающую среду (выщелачивание из почвы с суммарным стоком воды, в процессе денитрификации, эрозии почв и пожаров) [3, 6, 8, 14].
                В работе были раздельно учтены внутренний и внешний циклы азотного баланса, которые взаимно дополняя друг друга, определяют сбалансированность потоков N в экосистеме. Ежегодное поступление азота на поверхность почвы рассчитали как (внутренний цикл):

Nfall = NNPP – NLive ,                                       (5)
где Nfall – азот, поступающий на поверхность почвы с опадом листьев/хвои и с отпадом отмерших стеблей, веток, стволов деревьев; NNPP – содержание N в чистой первичной продукции; NLive –  депонирование N в живой фитомассе.
                 Азотный баланс внешнего цикла (как разность между входными и выходными потоками для экосистем)  рассчитали следующим образом:
Nbal = (Ndep + Nfix ) - (Nden + Nleach + Nloss ) ,                   (6)
                где входные потоки:
                 Ndep - выпадения соединений азота из атмосферы на поверхность почвы с сухими и влажными осадками; Nfix - фиксация азота в ходе усвоения молекулярного азота атмосферы и построения из него азотистых соединений микроорганизмами почвы;
                выходные потоки;
                Nden - денитрификация в процессе дыхания микроорганизмов почвы; Nleach - выщелачивание из почвы соединений азота с суммарным стоком воды; Nloss – потери азота в результате пожаров, рубок, выноса с урожаем и проч.
                Параметры внутреннего цикла не вошли в уравнение (6), так как в работе было принято допущение о стационарном состоянии систем, при котором параметры внутреннего цикла не влияют существенно на внешние потоки и не изменяют полный азотный баланс.

                Источники данных по азоту:
                Ndep - сухие и влажные выпадения соединений азота приняли по усредненным годовым данным Международного синтезирующего центра - Восток за 1987-1991 гг. [22], а также по картосхеме из доклада, сделанного на Всемирном Саммите в Иоханнесбурге в 2002 году [www.johannesburgsummit.org] (рис.4).


Рис.4. Плотность сухих и влажных выпадений-Ndep соединений азота, кг N/га*год.

                Nfix - приняли по рекомендациям международного семинара по критическим нагрузкам соединений азота [19] в размере 0.5 - 3 кг N/га*год. Пространственное размещение оценок провели в зависимости от ранга нитрифицирующей способности  почв, которая тесно коррелирует с типами почв.
                Nleach рассчитали по формуле:

Nleach = 0.001Runoff * С(N),                              (7)
где: Runoff - суммарный сток воды по данным NASA, м3/га*год [24]; С(N) - концентрация азота в поверхностных водах, г/м3 [4].
                По литературным источникам [20, 23, 25] построили уравнение регрессии корреляционной связи C(N) c cуммарными выпадениями азота : C(N) = 0.06 + 0.072*Ndep (r=0.77; SEE=0.13). Из уравнения следует, что при выпадениях N = 1...5...10...20 кг/га средняя концентрация N в поверхностных водах составит: С(N)= 0,1...0,4...0,8...1,5 мг/л.
                Nden рассчитали по экспериментальным данным, приведенным в работе [26]. На их основе составили уравнение регрессии вида: Nden = 0.04+0.3*Ndep (r=0.86; SEE=0.11). Из уравнения следует, что при выпадениях N = 1...5...10...20 кг/га скорость денитрификации Nden = 0,2...1...2...4 кг/га*год.
                NNPP - рассчитали по формуле:

NNPP = 0.001NPP * С(N) ,                                 (8)

где NPP - чистая первичная продукция фитомассы, кг с.в./га*год; С(N) - концентрация азота в фитомассе (по литературным источникам приняли в размере 8 - 13 г N/кг с.в. ( табл.1).

Таблица 1
Концентрация азота в фитомассе по литературным источникам

РегионыФракцииС(N), г N/кгИсточники
Лесная зона СССРВсе фракции13-5Родин, Базилевич, 1965 [14]
Сев.-Зап. РоссииСтволы 2.0Кранкина, Хэрмон,1997 [7]
ШвецияСтволы ВетвиХвоя1...0.76...215…10Rosen,1991 [23]
ЕвропаСтволыВетви1...1.53.5...4.5Mapping critical loads..., 1991 [22]
ЕвропаCтволы1...0.5Kuylenstierna, Chadwick, 1989 [21]
СССРСтволы2,0…3,1Оськина, 1990 [11]
ЗауральеСтволы2,0…5,0Фирсова, Павлова, Прокопович,1990 [17]

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Баланс углерода

                По нашим расчетам, чистая первичная продукция углерода - CNPP во всех биомах России составляет 2745 млн т С/год (табл.2). Ее средняя плотность (без полярных пустынь) изменяется от 0,5 (тундра) до 3,0 т С/га*год (смешанные и лиственные леса). Наиболее продуктивными (до 7 т С/га*год) оказались биомы лугов и пастбищ лесостепной зоны (см. рис. 2).
                Чистая экосистемная продукция - CNEP или чистый прирост живой и мертвой фитомассы определяется в основном климатическими факторами (рис.5), однако, она во многом зависит от сукцессионного возраста экосистемы. Удельная плотность CNEP максимальна в молодняках и средневозрастных биоценозах и приближается к нулю в фазе климакса. CNEP может иметь и отрицательное значение, но только в случае сильной деградации экосистемы. Таких экосистем немного - они выделяются на локальном уровне в промышленных районах и в нашей работе не рассматриваются. В тех случаях, когда гетеротрофное дыхание почвы - Rh было больше значений CNPP, мы приравнивали CNEP к нулю. Таким образом, в балансовых расчетах участвовали только положительные и нулевые значения CNEP.


Рис. 5. Плотность создания чистой экосистемной продукции - CNEP углерода,
кг С/га*год.

                Нулевые и близкие к нулю удельные значения CNEP отмечены в северной зоне, где много биомов в фазе климакса, а также в южных лесостепных и степных районах, где гетеротрофное дыхание почвы близко или превосходит значение CNPP. Высокие удельные значения выявлены в таежной зоне в молодняках, формирующихся в местах интенсивных рубок и пожаров 60-70х годов прошлого века, а также в южных высокопродуктивных средневозрастных насаждениях (см. рис. 5).
                 В некоторых северных районах ЕТР, Сибири и на Камчатке отмечены довольно высокие значения CNEP, которые обусловлены низким уровнем гетеротрофного дыхания и характеризуются значительной долей мортмассы. В условиях холодного климата скорость разложения фитомассы уступает скорости поступления растительного опада и отпада, поэтому в северных биомах запас мертвой фитомассы может превосходить запас живой [1, 2, 9].
                Значение CNEP в пересчете на всю площадь биомов составляет 919 млн т С/год, из них 662 млн т С/год - чистая экосистемная продукция лесов и 164 млн т С/год - лугов и пастбищ (табл.2).
                Средние ежегодные потери фитомассы - СLoss (сенокошение, пастьба скота) наиболее высоки на продуктивных луговых и пастбищных биомах (до 3000 кг С/га*год) и в сумме составляют 168 млн т С/год. В лесах суммарные потери достигают 97 млн т С/год за счет пожаров и рубок в таежной зоне (рис.6).


Рис. 6. Средняя плотность потерь фитомассы - CLoss, кг С/га*год.

                Суммарный углеродный баланс биомов - положительный и составляет более 630 млн т С/год. Наибольший вклад дают леса средней тайги - 206 млн т С/год. В целом биомы лесов ежегодно накапливают 528 млн т С/год (табл.2).

Таблица 2
Основные показатели углеродного баланса в биомах России,
млн тС/год

БИОМЫПлощадь, млн гаСоставляющие приходной части углеродного балансаПотери углеродаБаланс
CNBP
CNPPCNEPCMortCLiveCfallCRhCLeachCLoss
Полярные пустыни2,60,1 00 0 0,10,100 0,0
Тундра235,910926197101834222
Редкостойные леса, кустарники172,1143693336107772463
Северная тайга159,23621687394267198915144
Средняя тайга258,3574248751744023311429206
Южная тайга194,55551292610345354993386
См. и лиственные леса99,02934893825630241529
Луга, пастбища, пашни220,944716416147139307216851
Болота154,216552252713812711735
Прочие земли и водоемы213,1971631339242119-4
Все биомы1709,827459192806391899221556291631

                Наибольшие значения плотности биомного углеродного баланса - до 4,6 т С/га*год (в эту цифру входит и прирост мортмассы) отмечены в лесной зоне, в местах с преобладанием молодняков и средневозрастных древостоев (рис.7). В зонах интенсивного сельскохозяйственного воздействия отмечены отрицательные значения углеродного баланса. Они особенно высоки (до - 800 кг С/га*год) в южных районах страны.


Рис. 7. Плотность углеродного биомного баланса - CNBP, кг С/га*год.

                Отрицательные величины углеродного баланса для значительной части регионов страны объясняются целым рядом причин. Во-первых, потеря некоторой доли органического углерода экосистемами возможна в ходе перестройки их функционирования, например, в тундрах в процессе климатических изменений, а также в связи с их промышленным освоением. В литературе имеются данные о возможной трансформации мерзлотных лесных почв из накопителя углерода в источник углекислого газа в результате потепления климата [20].
                Другой причиной отрицательных значений биомного баланса может быть деградация почв, характерная для южных регионов страны. Вероятно, в ходе деградации в деструкцию (минерализацию) вовлекаются запасы гумуса прошлых лет или веков, превышающие ежегодное поступление фитомассы опада и отпада.
                Третьей причиной, как уже отмечалось, могут быть высокие потери фитомассы в результате пожаров и концентрированных рубок. Такие потери преобладают в зоне интенсивного лесопользования.
                Еще одной причиной подобных результатов могут служить неточности исходных данных. В частности, очень приблизительны, согласно указанию авторов, оценки дыхания почв [18]. По нашим расчетам, эта оценка существенно завышена для некоторых районов страны, особенно, для регионов с преобладанием болотных почв. Исходя из теоретических положений газообмена, в экосистеме, находящейся в стационарном состоянии, гетеротрофное дыхание не должно превышать значений опада и отпада, т.е. CRh <= Cfall. В этом случае гетеротрофное дыхание всех биомов страны будет составлять не более 1900 млн т С/год.
                В.А. Соловьев [15] впервые определил объемы СО2, выделяемого в атмосферу в процессе грибного разложения надземного древесного детрита в таежных лесах России. По его данным, эмиссия С-СО2 при разложении древесины грибами в таежной зоне составляет в среднем 15 кг С/га в год и значительно уступает почвенному гетеротрофному дыханию. Поэтому эта составляющая углеродного баланса в нашей работе не рассматривалась.

Баланс азота

                Валовое содержание азота в почве может быть очень высоким, а в черноземах достигает 10 и более тонн N на 1 га [3, 6]. Однако почти 99% его связано в органических соединениях, в том числе и в гумусе, поэтому он недоступен для растений и обычно выступает в качестве основного лимитирующего фактора роста растений. Азот аммонийных и нитратных соединений, поглощенных микробными клетками, включается в органические полимеры и временно выводится из круговорота, так как он становится недоступным для растений. При фиксации азота микроорганизмами происходит его восстановление; разложение органических азотсодержащих соединений (аммонификация) приводит к освобождению азота в форме аммиака, который далее окисляется последовательно до нитритов и нитратов (нитрификация). Окисленный азот вновь восстанавливается до молекулярного в процессе денитрификации.         Аммонийные и нитратные формы соединений азота ассимилируются растениями и микроорганизмами, что приводит к временному закреплению азота в органических веществах, его иммобилизации в микробной биомассе [3, 6, 8]. Запасенные в почве соединения азота служат компенсирующей базой для внутреннего и внешнего циклов азота.

Внутренний цикл

                Ежегодные суммарные поступления азота на всю поверхность почвы с опадом и отпадом составляют 21,4 млн т N/год, тогда как долговременное депонирование в живой фитомассе достигает 9,6 млн т N/год. Таким образом, в чистой первичной продукции содержится около 31 млн т азота. Среднее соотношение C/N достаточно высокое (табл. 3), что свидетельствует о значительной доли древесины в общей фитомассе и о недостатке азота в бореальной зоне. Отмечено закономерное возрастание показателя C/N с юга на север.

Таблица 3
Средняя плотность содержания азота в фитомассе биомов, кг N/га*год

БИОМЫПлощадь, млн гаNNPPNfallNliveC/N
Полярные пустыни2,61,01,00,0100
Тундра235,93,63,10,597
Редкостойные леса172,110,07,52,583
Северная тайга159,210,88,02,883
Средняя тайга258,326,318,18,280
Южная тайга194,536,729,96,880
См. и лиственные леса99,038,033,14,978
Луга, пастбища, пашни220,941,112,728,449
Болота154,211,69,71,993
Прочие земли и водоемы213,16,72,64,166
Итого/Средние значения1709,818,112,55,688

                По данным Т. Пристовой [12], между показателями скорости разложения и величиной соотношения С/N существует тесная отрицательная связь. Из этого следует, что чем выше температура окружающей среды, тем быстрее происходит деструкция мортмассы, тем меньше соотношение C/N.
                Наибольшая плотность поступления азота на поверхность почвы (до 78 кг N/га*год) с опадом и отпадом выявлена в зоне смешанных и лиственных лесов (рис.8). Однако для чистой первичной продукции содержание азота наиболее высокое в фитомассе лугов и пастбищ (вместе с северными лугами среднее содержание азота составляет 41,1 кг N/га*год, а показатель C/N=49).


Рис. 8. Плотность поступлений азота на поверхность почвы с опадом и отпадом - Nfall, кг N/га*год.


Внешний цикл

                Суммарные входные потоки азота составляют 7,4 млн т N/год, из них сухие и влажные выпадения - 6,0 млн т N/год , а фиксация - 1,4 млн т N/год. Наибольшая плотность выпадений азота с осадками достигает 30 кг N/га*год и отмечена в местах скопления промышленных предприятий и ТЭЦ. Средние удельные значения фиксации азота не превышают 3 кг/га*год, их наибольшие величины расположены в основном в южных районах страны с преобладанием плодородных почв.

Таблица 4
Основные удельные показатели азотного баланса биомов, кг N/га*год

БИОМЫПлощадь,
млн га
Входные потокиВыходные потокиБаланс,
Nbal
NdepNfixNleachNdenNloss
Полярные пустыни2,60,20,00,10,00,10,0
Тундра235,91,50,30,60,50,20,5
Редкостойные леса172,12,30,51,00,70,30,8
Северная тайга159,22,30,61,50,70,40,3
Средняя тайга258,33,21,01,41,01,40,4
Южная тайга194,55,01,31,51,52,21,1
См. и лиственные леса99,07,41,91,62,31,93,5
Луга, пастбища, пашни220,94,90,90,91,515,4-12,0
Болота154,23,00,52,10,90,50,0
Прочие земли и водоемы213,13,70,70,61,21,31,3
Итого/Средние значения1709,83,20,81,21,02,0-0,2

                Суммарные потери органического азота - Nloss составили 4,9 млн т N/год, из них 3,4 млн т N/год - потери лугов и пастбищ. Наибольшая плотность потерь (до 52 кг N/га*год) отмечена в южных районах с интенсивным ведением сельского хозяйства (рис. 9).


Рис. 9. Средняя плотность потерь органического азота - Nloss, кг N/га*год.


                Биомный баланс азота рассчитали как разность между входными и выходными потоками N. Положительная разница означает накопление (иммобилизацию) азота в почве, отрицательное значение – дефицит азота во внешнем цикле, который, возможно, компенсируется за счет запасов в гумусе почв. Суммарные выходные потоки азота составляют 8,8 млн т N/год, из них 2,0 млн т - потери со стоком воды, 1,9 млн т - денитрификация и 4,9 млн т - потери азота с выносом урожая, а также в результате пожаров и рубок леса. Таким образом, общий баланс азота по стране отрицательный и составил -1,4 млн т N/год.
                Наибольшие отрицательные значения азотного баланса (более 50 кг N/га*год) отмечены в районах интенсивного сельскохозяйственного освоения биомов (рис. 10). В целом дефицит азота в биомах лугов и пастбищ составляет - 2,6 млн т N/год. Обширные районы отрицательных значений баланса выделены также в лесной зоне ЕТР и Центральной Сибири, где распространены лесные пожары, и концентрированные рубки. В целом во всех других биомах (кроме луговых и пастбищ) суммарный азотный баланс близок к нулю или слабо положительный.


Рис. 10. Удельный годовой баланс органических соединений азота - Nbal, кг N/га*год.

                В процессе работы была сделана попытка к объединению внутреннего и внешнего циклов азота. Однако возникли трудности методического характера, например, в какую часть экосистемного баланса (приходную или расходную) следует отнести азот, депонированный в живой части чистой экосистемной продукции? Каковы потоки в ходе иммобилизации и минерализации азота в гумусе почв или потоки, выходящие из "внутрипочвенного" цикла? По-видимому, методически более правильно было бы рассмотрение полного баланса, который бы включал и почвенный цикл азота. Однако достаточным количеством данных мы не располагали. Следует отметить, что изучение массообмена азота почв связано с большими трудностями, поэтому количественные оценки баланса и отдельных миграционных потоков азота, выполненные разными исследователями на разных уровнях детализации, сильно различаются [3, 6, 8, 14, 25].

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

                1. Ежегодное накопление углерода в растительном покрове страны значительно превосходит эмиссию С-СО2 в результате гетеротрофного дыхания и потерь от внешних негативных воздействий. Чистый прирост углерода (биомный баланс) составляет более 630 млн т С в год. Судя по опубликованным данным [13, 16], этот прирост углерода перекрывает промышленную эмиссию C-CO2 в Российской Федерации более, чем на 100 млн т С/год.
                2. Создание "киотских лесов" по ст. 3.3 Киотского протокола следует проводить в лесной зоне (в основном, в подзоне смешанных и лиственных лесов), где азотный баланс положительный. Необходимо учитывать, что прирост углерода в таких лесных культурах не превышает 1 т С/га*год и будет составлять незначительную долю от общего чистого прироста лесов. Следует уточнить ст. 3.3 Киотского протокола, с целью значительного увеличения углеродной квоты для территорий с аридным климатом, где создание лесных культур связано с большими трудностями и риском.
                3. Так называемые "управляемые леса" по ст. 3.4 Киотского протокола должны быть выделены в зоне положительного биомного баланса углерода, главным образом, в подзонах северной и средней тайги. В эту категорию должны войти все леса особо охраняемых территорий. Резервные леса следует исключить из рассмотрения.
                4. Атмосферные выпадения соединений азота наиболее опасны в северных районах Западной Сибири и в районе г. Норильска. Здесь возможно эвтрофирование тундровых и водных экосистем.
                5. Наибольшие потери органического азота происходят в биомах с преобладанием землепользования сельскохозяйственного направления, удаленных от промышленных центров, где атмосферные выпадения азота на уровне фоновых, а также в лесных биомах, подверженных пожарам и экстенсивным рубкам.
                6. Отрицательный годовой баланс азота в естественных экосистемах, неподверженных негативным нагрузкам, можно, по-видимому, объяснить неполным учетом потока соединений азота, поступающего в результате поглощения растениями доступных форм солей азотной кислоты и аммония из органических соединений, запасаемых в гумусе почв прошлых лет. "Внутрипочвенный" баланс соединений азота требует дополнительных исследований и расчетов.
                7. Если исключить из рассмотрения биомы лугов и пастбищ, то в целом по стране годовой баланс азота близок к нулю, т.е. потери компенсируются приходом соединений азота из атмосферы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
2. Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 297 с.
3. Болотина Н.И. Запасы гумуса и азота в основных типах почв СССР // Агрохимическая характеристика почв СССР. М.: Наука, 1976.
4. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. Л.,1988. 239 с.
5. Карта растительности СССР (для ВУЗов). Масштаб 1:4 000 000. М., 1990. Векторизация ЦОДП.
6. Ковда В.А. Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. М.: Наука, 1987. 143 с.
7. Кранкина О., Хермон М. Запасы питательных веществ и динамика древесного детрита в бореальных лесах Северо-западной России // Устойчивое развитие бореальных лесов. - М.,1997.-С.46-50.
8. Кудеяров В.Н. О биогеохимическом цикле азота // Биогеохимические циклы в биосфере. М.: Наука, 1976. С. 190 – 197.
9. Материалы к картам продуктивности восстановленного и актуального растительного покрова СССР, М. 1:35 млн. (запас фитомассы, продукция, мортмасса, гумус). Отчет по теме, рук. А.А. Тишков. М., 1991.
10. Моисеев Б.Н., Алябина И.О. Оценка потоков и баланс органического углерода в основных биомах России//Использование и охрана природных ресурсов в России, № 1, 2004. С.61-69.
11. Оськина Н.В. Содержание химических элементов в единице надземной фитомассы и годичной продукции в лесах бореального и умеренного поясов (по данным советских и зарубежных исследований) // Проблемы лесоведения и лесной экологии. Тезисы докладов, часть 1, М.: Наука, 1990. с.278-281.
12. Пристова Т. Характеристика наземного опада растений и лесной подстилки в лиственно-хвойном насаждении / Институт биологии Коми НЦ УрО РАН , 2005 [komifor.narod.ru]
13. Рамочная конвенция ООН об изменении климата. Первые десять лет / РКИК ООН, 2004, 101 с.
14. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности. Наука, М.-Л.,1965. 253 с.
15. Соловьев В.А. Оценка скорости разложения детрита в лесных экосистемах по выделению СО2 / Отчет о НИР , СПбГЛТА, 2001.
16. Третье национальное сообщение Российской Федерации. Межведомственная комиссия Российской Федерации по проблемам изменения климата. М., 2002. 158 с.
17. Фирсова В.П., Павлова Т.С., Прокопович Е.В. Круговорот азота в еловых биоценозах Среднего Урала // Проблемы лесоведения и лесной экологии. Тезисы докладов, часть 1, М.: Наука, 1990. с.293-295.
18. Хакимов Ф.И., Деева Н.Ф., Ильина А.А. Эмиссия СО2 почвенным покровом // Природные ресурсы и экология России. Федеральный атлас. Под ред. Н.Г. Рыбальского и В.В. Снакина. М.: НИА-Природа, 2002. С. 86-87 с.
19. Effects of nitrogen and ozone // Report prepared by the International Cooperative Programme under the Working Group on Effects, 1996. 77 p.
20. Jenkinson, D. S., Adams, D. E. and Wild, A. Global warming and soil organic matter// Nature 351, 1991. pp.304-306.
21. Kuylenstierna J.C.I., Chadwick M.J. The relative sensitivity of ecosystems in Europe to the indirect effects of acidic depositions//Regional Acidification Models. Springer-Verlag, Berlin, 1989.
22. Mapping Critical Loads for Europe. CCE technical report, N 1, 1991. 86 p.
23. Rosen K. The critical load of nitrogen to Swedish forest ecosystems. SUAS, Upsala, 1991.
24. Sellers P.J. et al. A global 1 by 1 degree NDVI data set for climate studies. Part 2: The generation of global fields of terrestrial biophysical parameters from satellite data. - International Jornal of Remote Sensing,. 1994,. 15(17),. pp. 3519-3545.
25. Schlesinger and D. Tilman. Human alteration of the global nitrogen cycle: sources and consequences// Ecol. Appl., 7, 1997, pp.737-750.
26. Warfvinge P., Sverdrup H., Rosen K. Calculating critical loads for N to forest soils, 1992, 12 p.