Углерода у древесных видов на юге штата огайо и томской области



Скачать 106.33 Kb.
Дата01.05.2016
Размер106.33 Kb.
СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА У ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ НА ЮГЕ ШТАТА ОГАЙО И ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Данченко А.М.1, Williams R2. Данченко М.А.1, Мельник С.А.1, Nicodemus M2.

1. Томский государственный университет (Томск), 2. Огайский государственный университет (США)
Были изучены Pinus nigra, P. rigida x taeda, P. strobus, P. sylvestris, Acer negundo, Fraxinus pennsylvanica, и Platanus occidentalis на юге Огайо и P. sylvestris в Томске. За исключением P. sylvestris, у хвойных видов было выявлено большее количество углерода по сравнению с лиственными породами.
Выявлению уровня накопления и сохранения углерода в водных и наземные экосистемах стало уделяться большое внимание в связи с проблемой влияния повышенного содержания углекислого газа в атмосфере на глобальное потепление. Так как растительность лесов содержит более 75% всего запаса углерода в растительности надземных экосистем, наибольшее внимание было уделено роли лесов в уменьшении парникового эффекта. Соответственно, в последнее время особое внимание было уделено возможности более точно и безошибочно измерять количество углерода, который содержится и связывается в лесах.

Для более точного измерения углерода, находящегося в биомассе стволов леса на корню, продуктивность должна быть учтена как на уровне отдельного дерева, так и на уровне леса в целом. Это подразумевает взаимодействие биологических, почвенных и климатических факторов при росте одного дерева, что определяет количество углерода в биомассе стволов лесной экосистемы.

Перестойные леса, в которых находится большое количество углерода, являются менее эффективными для связывания дополнительного углерода в биомассе по сравнению с молодыми сильными деревьями. Следовательно, для будущего необходимо понимать динамику связывания углерода в молодых лесах, а значит и молодых деревьев.

На уровне одного дерева многие факторы влияют на количество углерода и уровень, на котором происходит его накопление. Этими факторами являются: вид, участок, возраст дерева и полнота насаждения. В разных географических регионах деревья будут различаться по их способности сохранять углерод в различных компонентах дерева в результате разницы в климате, особенно количестве осадков и температуре, что влияет на накопление и расщепление углерода, а также почвенные и географические факторы. Все эти различия на уровне одного дерева соответственно будут влиять на уровень связывания углерода и общее количество углерода на уровне всего леса. Таким образом, настоящая работа представляет данные на уровне одного дерева для деревьев растущих на юге Огайо и юге Томска.

На юге штата Огайо были выбраны 16 пробных площадей, на которых были отобраны молодые деревья: клен американский (Acer negundo L.), ясень зеленый (Fraxinus pennsylvanica Марш.), платан (Platanus occidentalis L.), сосна австралийская (Pinus nigra Арнольд), сосна восточная белая (P. strobus L.) и гибрид Pinus rigida Милл. x P. taeda L.

У сосны обыкновенной (P. sylvestris L.), произрастающей в Томской области был проведен аналогичный отбор образцов в средневозрастных естественных насаждениях. Были отобраны и срублены на уровне земли средние модельные деревья. Диаметр был измерен с точностью до 0,01 см с помощью цифрового штангенциркуля, а длина деревьев с точностью до 0,1 см.

Деревья были разделены на компоненты: ствол, ветви и листва. Была также произведена случайная выборка образцов с целью определения содержания влаги и процента углерода. Ветви были отделены от ствола и взвешены, из них была взята выборка. Ствол разрезался на части удобные для следующей обработки по длине и взвешивался. Взяты так же образцы ствола у основания, с участков составляющих 25%, 50% и 75% от всей длины ствола, и с вершины. Все эти образцы вместе были исследованы для определения содержания влаги и углерода во всем деревьям. Крупные деревья были взвешены с точностью до 0,05 кг, а мелкие до 0,01 г.

Произвольно отобранные образцы были подвержены сушке в печи при температуре 60о С в течении 72 часов и снова взвешены для определения процента влаги. Высушенные образцы были взвешены с точностью до 0,01 г.

Высушенные образцы были перемолоты на мельнице Уили до размера способного пройти сквозь 2 мм сито, чтобы подготовить их к анализу углерода. Образцы были проанализированы совместно с корпорацией Элементар Америкас, с помощью Анализатора Сжигания Углеродного Азота Варио Макс. Данное исследование определяет количество углерода как процентное содержание сухой массы. Процентное содержание углерода по отношению к сухой массе было определено для составляющих листвы и древесины с корой.

Данные процента содержания углерода были подвержены дисперсионному анализу с целью проверки на наличие различий между видами и компонентами дерева. Величина приемлемого содержания углерода применена к общей массе высушенной древесины и коры, а также листвы для определения количества углерода в каждом компоненте деревьев. Был применен регрессионный анализ для составления уравнений содержания углерода по компонентам и для дерева в целом. При анализе были также использованы следующие предварительные переменные: диаметр корневой шейки (Drc), диаметр на высоте груди (Dbh) и общая высота дерева. Так как некоторые образцы деревьев были менее 1,3 м высотой, Dbh не применялся при анализе этих видов в целях сохранения большего количества образцов для анализа. Для определения уравнений, наиболее подходящих для имеющихся данных, была использована величина R2 и проведено сравнение прогнозируемых данных с разностью.



Результат и обсуждение

Дисперсионный анализ углерода показал, что различия между видами и между компонентами существенные при F01. Тестирование неоднородного ареала по методу Дункана было проведено на процентном содержании углерода для определения местонахождения существенных различий. За исключением сосны обыкновенной, у хвойных было выявлено большее количество углерода в целом, чем у изученных лиственных. Содержание углерода больше в листве, чем в древесине, за единственным исключением этой тенденции, найденной у американского клена.

Из всех хвойных Pinus rigida Милл. x P. taeda L. содержит наибольшее количество углерода, хотя не значительно больше, чем сосна белая. Не было выявлено значительной разницы между содержанием углерода в хвое сосны австралийской и восточной белой. Однако содержание углерода в хвое сосны обыкновенной было значительно меньше, чем во всех остальных изучаемых хвойных. Различие в содержании лиственного углерода у хвойных составило 3,21%. Не было выявлено значительной разницы между содержанием углерода в древесине сосны австралийской, сосны восточной белой и Pinus rigida Милл. x P. taeda L. Однако содержание углерода в древесине этих видов было значительно выше, чем у сосны обыкновенной. Различие в содержании углерода составило 3,76%.

Содержание углерода в сосне обыкновенной соизмеримо с лиственными породами. Содержание углерода у нее было статистически сходно с кленом американским и платаном.

Из всех лиственных, платан содержит наибольшее количество углерода в древесине и листве, ясень зеленый содержит наименьшее количество в древесине, а американский клен – наименьшее количество в листве. Не было выявлено значительного различия в содержании углерода в древесине американского клена и платана, но в древесине ясеня зеленого количество было значительно меньше. Хотя были выявлены существенные различия в содержании углерода в древесине лиственных пород, разница между наибольшим и наименьшим содержанием составили всего лишь 0,6%. Платан содержит наибольше углерода в листве, а клен американский наименьшее в группе лиственных. Каждое лиственное дерево содержит существенно различное количество углерода в листве, однако разница между наибольшим и наименьшим показателем составила 3,56%, что больше, чем разница в содержании углерода в древесине.

Средний процент содержания углерода для хвойных видов, выявленный в ходе этого исследования в Соединенных Штатах, составил 51,14% и 51,70% в древесине и листве соответственно (51,41% в целом), а для лиственных видов этот процент составил 47,42% и 47,78% в древесине и листве соответственно (47,60%). Эти величины сопоставимы, хотя немного меньше, чем результаты исследования Коча (1989), где среднее содержание углерода для деревьев США было 52,1% – хвойных и 49,1% – лиственных. Значения содержания углерода, выявленные при этом исследовании, и составляющие 47,48% и 48,83% в древесине и хвое соответственно, для сосны обыкновенной, произрастающей на юго-западе Сибири, немного меньше, чем данные, опубликованные в других источниках. По данным Алексеева и Бирдсей (1998) эти величины составляют 49,5% и 51,6% в древесине и листве соответственно, для сосны обыкновенной в России. Это является показателем изменчивой природы содержания углерода, на что оказывают влияние климатические условия, а также возраст и генотип.

Общее содержание углероду (древесина плюс хвоя) для всех хвойных было выше, чем для лиственных, и составило 50,6% массы сухого вещества, тогда как у лиственных этот процент составил 47,6%.

Для имеющихся данных лучше всего подходит нелинейное уравнение, учитывающее только диаметр дерева: С = b1(D)b2

где С – общее количество углерода в надземной части дерева, D – диаметр дерева, а b1 и b2 – вычисленные коэффициенты. Эта форма уравнения применялась Лайо и др. (2002) для нахождения соотношения между углеродом и диаметром дерева.

Для всех видов, за исключением сосны восточной белой и сосны обыкновенной, был применен диаметр корневой шейки, а не диаметр на высоте груди (Dbh) . Большинство деревьев, отобранных для данного исследования, были менее 1,3 м высотой и не имели измеримого диаметра на высоте груди. Поэтому, для увеличения количества образцов, был применен диаметр корневой шейки (Drc). Dbh был применен для сосны восточной белой и сосны обыкновенной, так как все деревья этих видов были выше 1,3 м.

Для очень молодых деревьев, для которых был применен Drc, не было выявлено статистических различий между всеми уравнениями, основанными на 95% уверенности в коэффициентах уравнений. На данном этапе развития дерева слишком рано определять различается ли количество связанного углерода и его уровень среди этих видов. Также сложно на такой ранней стадии развития определить играют ли какую-нибудь роль различия в участках и если да, то какую.

Уравнения углерода для сосны восточной белой и сосны обыкновенной различия не значительны, основываясь на 95% ограничении коэффициентов уравнений. Однако, используя спроецированные тенденции для имеющихся данных можно предположить, что, в конечном счете, сосна обыкновенная будет содержать больше углерода при данном диаметре по сравнению с сосны восточной белой. Эти данные не будут противоречить различиям в плотности древесины, так как специфическая масса сосны обыкновенной, высушенной в печи (0,51) больше, чем масса сосны восточной белой (0,31) (Алден, 1997).

По сравнению с лиственными породами, у сосны австралийской P nigra P. taeda L. наблюдается большее скопление углерода в листве, чем у лиственных. У лиственных видов соотношение углерода, содержащегося в листве, к углероду, содержащемуся в древесине, уменьшается по мере увеличения размера дерева. Это соотношение возрастает для сосны австралийской сосны по мере увеличения размера дерева, и остается сравнительно постоянным для Pinus rigida Милл. P. taeda L.

У сосны восточной белой наблюдается большее скопление углерода в хвое, чем у сосны обыкновенной. Это может быть результатом более высокой плотности древесины сосны обыкновенной по сравнению с восточной белой сосной. Соотношение углерода, содержащегося в листве, к углероду, содержащемуся в древесине, уменьшается по мере увеличения размера дерева для обоих видов. Факт уменьшения этого соотношения был также обнаружен для леса на корню для различных лесов России по мере старения дерева (Алексеев и Бирдсей 1998).



Заключение.

Содержание углерода для видов, изученных при этом исследовании, близко к среднему показателю 50% от всей массы дерева, повсеместно приведенной в литературе. Содержание углерода в хвойных видах, за исключением сосны обыкновенной, было немного выше 50%, тогда как в лиственных – ниже. Так как содержание углерода различается для различных видов, можем обоснованно предположить, что содержание углерода разных видов деревьев будет составлять примерно 50% от общей массы сухого вещества при отсутствии известных процентных значений углерода. Основываясь на процентных значениях углерода, обнаруженных при данном исследовании, использование значения 50%, когда реальное значение количества может быть немного больше или меньше в пределах 4%–6%, может быть ошибочным.

Ограниченное различие в размерах деревьев при этом исследовании ограничивает применение полученных уравнений углерода. Из этого исследования сложно выявить различия в биомассе и, соответственно, углероде, так как рост дерева, в зависимости от вида и участка, не был различим для молодых деревьев. Однако, из всех изученных лиственных, у ясеня зеленого был выявлен больший потенциал для накопления и хранения углерода. Из всех очень молодых деревьев наибольший потенциал был обнаружен у Pinus rigida Милл. P. taeda L.

Сложность составления уравнений биомассы и углерода усложняется с увеличением размера дерева в связи с большей сложностью взятия образцов. Образцы деревьев больших диаметров должны быть взяты по компонентам, а показатели после измерения их биомассы добавлены к существующим данным для разработки регрессии биомассы. Архитектоника дерева является важным моментом при оценке углерода надземной части леса. Плотность кроны, форма, и размер определяется видом и полнотой насаждения. Следовательно, это влияет на концентрацию углерода в листве и древесине. Большая концентрация биомассы в листве может повлечь большую концентрацию углерода в листве дерева, так как листва обычно содержит большее количество углерода, и большая область фотосинтеза является причиной большей продуктивности древесины дерева. Это может быть свойственно лесам с меньшей полнотой насаждения. Однако так как леса с большей полнотой насаждения могут содержать больше углерода в древесине, чем в листве, благодаря большему числу деревьев и большей способности аккумулировать лесного мертвого покрова, эти леса сохраняют больше углерода.


Литература

Alexeyev, V.A.; Birdsey, R.A., eds. 1998. Carbon storage in forests and peatlands of Russia. Gen. Tech. Rep. NE-244. Radnor, PA: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Northeastern Forest Experiment Station. 137 p.

Aysel, Muammer and Dogu, Kerem. 1997. Effect of surface roughness for Pinus nigra and Pinus brutia cut in tangential and radial direction. Student essays selected for the travel award. XI World Forestry Congress, Antalya, Turkey, 13 to 22 October 1997. 8 p.

Koch, P. 1989. Estimates by species group and region in the USA of: I. Below-ground root weight as a percentage of ovendry complete-tree weight; and II. Carbon content of tree portions. Consulting report. 23pp.


Comparison of Carbon Content and Carbon Equations for Tree Species in Southern Ohio and Tomsk, Russia


Authors:

Anatoly Danchenko, Department of Forestry, Tomsk State University, 36 Lenin Avenue, Tomsk, Russia, 634050. Phone: +7-3822-249929. Email: amd2000@mailru.com.

Matvei Danchenko, Department of Forestry, Tomsk State University, 36 Lenin Avenue, Tomsk, Russia, 634050. Phone: +7-3822-249929. Email: amd2000@mailru.com.

Sergey Melnik, Department of Forestry, Tomsk State University, 36 Lenin Avenue, Tomsk, Russia, 634050. Phone: +7-3822-234465.

Roger A. Williams, School of Natural Resources, The Ohio State University, 210 Kottman Hall, 2021 Coffey Road, Columbus, OH 43210-1085, USA Phone: (614) 688-4061. Email: williams.1577@osu.edu. FAX: (614) 292-7432

Michael A. Nicodemus, Department of Forestry & Natural Resources, Forestry Building, Purdue University, 195 Marsteller Street, West Lafayette IN 47907-2033, USA. Phone: (765) 494-9590. Email: mnicodem@purdue.edu.

Abstract: Trees ranging in age from 2 to 26 years, that were planted on marginal and abandoned agricultural lands, and reclaimed grassland in southern Ohio, and from naturally regenerated forests on xeric sites in Tomsk, Russia, were sampled for biomass and carbon content. Species include Pinus nigra, P. rigida x taeda, P. strobus, P. sylvestris, Acer negundo, Fraxinus pennsylvanica, and Platanus occidentalis from southern Ohio and P. sylvestris from Tomsk, Russia. With the exception of P. sylvestris, conifer species displayed higher carbon content than hardwoods based on percent of dry weight. Carbon content in conifer species was 51.14% and 51.70% in the wood and foliage respectively, compared with 47.42% and 47.78% for wood and foliage, respectively, in hardwoods. P. sylvestris displayed 47.48% and 48.83% carbon content for wood and foliage, respectively. Aboveground tree carbon equations indicated that P. rigida x taeda and Fraxinus pennsylvanica displayed the greatest initial trend of carbon sequestration. With the exception of P. sylvestris, conifers demonstrated a higher allocation of carbon to crown foliage than hardwoods. The allocation of carbon to wood and foliage is determined by tree architecture, specifically crown density, shape, and size, which are determined and influenced by species and stand density.

Keywords: biomass , hardwoods, conifers, specific gravity


Реферат. Были взяты образцы биомассы для определения углерода у деревьев с возрастом от 2 до 26 лет, посаженых на неплодородных землях и заброшенных сельскохозяйственных угодьях, а также на восстановленных сенокосных угодьях на юге Огайо и в естественных сосновых модальных лесах Тимирязевского лесничества Томской области. Были рассмотрены Pinus nigra, P. rigida x taeda, P. strobus, P. sylvestris, Acer negundo, Fraxinus pennsylvanica, и Platanus occidentalis на юге Огайо и P. sylvestris в Томске. За исключением P. sylvestris, у хвойных видов было выявлено большее количество углерода по сравнению с лиственными породами на основе процента содержания в массе сухого вещества. Содержание углерода у хвойных пород составило 51,14% и 51,70% в стволе и хвое соответственно, по сравнению с 47,42% и 47,78% в стволе и листве, у лиственных видов. Для P. sylvestris эти показатели равнялись 47,48% и 48,83% содержание углерода в стволе и хвое соответственно.

Уравнения углерода надземной части дерева показали, что P. rigida x taeda Fraxinus и pennsylvanica содержат наибольший начальный потенциал для связывания углерода. За исключением P. sylvestris, у хвойных пород была выявлена большая концентрация углерода в листве кроны по сравнению с лиственными видами. Содержание углерода в стволе и кроне определяется плотностью кроны, формой и размером дерева, полнотой насаждения и видовой принадлежность дерева.


Ключевые слова: биомасса, лиственные, хвойные, ствол, крона, углерод.








База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал