Carbon Pools and Flows in Coniferous-Deciduous Forests and Clearcutting
- Authors: Dymov A.A.1, Osipov A.F.1, Startsev V.V.1, Gorbach N.M.1, Severgina D.A.1, Ogorodnyaya S.A.2, Kutyavin I.N.1, Manov A.V.1
-
Affiliations:
- Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
- Lomonosov Moscow State University
- Issue: No 11 (2024)
- Pages: 1545-1557
- Section: ORGANIC MATTER OF SOILS OF SECONDARY FOREST ECOSYSTEMS
- URL: https://rjsvd.com/0032-180X/article/view/677873
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X24110084
- EDN: https://elibrary.ru/JOLIOK
- ID: 677873
Cite item
Abstract
The results of a quantitative assessment of carbon pools and fluxes in a mid-taiga coniferous-deciduous forest and their changes after clear-cutting are presented. It was shown that up to 14.7 kg C/m2 accumulated in the original forest. The main reserves are concentrated in the biomass of the tree stand (62.4%), soil (35.5%), biomass of ground cover plants (1.1%) and large woody debris (1.0%). During the cutting process, 6.57 kg C/m2 is removed as part of the stem wood (44.8% of the total carbon reserves of the ecosystem or 71.79% of the carbon of the biomass of the tree stand). In the first year after logging, 8.1 kg C/m2 was detected in the ecosystem. Of these, 7.1% of carbon reserves are in forest vegetation, 66.8% (5.4 kg C/m2) are concentrated in the soil. During clearing, the share of large woody residues increases significantly (1.9 kg C/m2) (23.4% of ecosystem reserves) due to the appearance of logging residues that have died as a result of felling, which in the future will have an impact on the flow of carbon dioxide into the atmosphere from its territory. As a result of clear cutting, the supply of wood litter to the soil surface is reduced by 42 times. The decomposition of organic matter inherited and produced during wood harvesting slightly (≈ 10%) increased the supply of carbon through soil respiration. Logging leads to a decrease in carbon removal from litter. The data obtained will be used in assessing the impact of clear-cutting on the carbon cycle of taiga ecosystems.
Keywords
Full Text
##article.viewOnOriginalSite##About the authors
A. A. Dymov
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1284-082X
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
A. F. Osipov
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1563-8587
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
V. V. Startsev
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6425-6502
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
N. M. Gorbach
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5099-6868
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
D. A. Severgina
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3464-2744
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
S. A. Ogorodnyaya
Lomonosov Moscow State University
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7612-2544
Russian Federation, Moscow, 119991
I. N. Kutyavin
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7840-1934
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
A. V. Manov
Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: aadymov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5070-0078
Russian Federation, Syktyvkar, 167982
References
- Аккумуляция углерода в лесных почвах и сукцессионный статус лесов / Под ред. Лукиной Н.В. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018. 232 с.
- Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / Под ред. Таскаева А.И. М.: Наука, 1997. 116 с.
- Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера / Под ред. Бобковой К.С., Галенко Э.П. СПб.: Наука, 2001. 278 с.
- Бобкова К.С., Машика А.В., Смагин А.В. Динамика содержания углерода органического вещества в среднетаежных ельниках на автоморфных почвах. СПб.: Наука, 2014. 270 с.
- Бобкова К.С., Тужилкина В.В. Содержание углерода и калорийность органического вещества в лесных экосистемах Севера // Экология. 2001. № 1. С. 69–71.
- Богатырев Л.Г., Демин В.В., Матышак Г.В., Сапожникова В.А. О некоторых теоретических аспектах исследования лесных подстилок // Лесоведение. 2004. № 4. С. 17–29.
- Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
- Ведрова Э.Ф. Биогенные потоки углерода в бореальных лесах Центральной Сибири // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2011. № 1. С. 77-89.
- Долгая В.А., Бахмет О.Н. Свойства лесных подстилок на ранних этапах естественного лесовозобновления после сплошных рубок в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2021. № 1. 65–77. https://doi.org/10.31857/S0024114821010022
- Дымов А.А., Бобкова К.С., Тужилкина В.В., Ракина Д.А. Растительный опад в коренном ельнике и лиственно-хвойных насаждениях // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2012. № 3. С. 7–18.
- Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор литературы) // Почвоведение. 2017. № 7. С. 787–798.
- Дымов А.А. Сукцессии почв в бореальных лесах Республики Коми. М.: ГЕОС, 2020. 336 c. https://doi.org/10.34756/GEOS.2020.10.37828
- Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М., Севергинa Д.А., Кутявин И.Н., Осипов А.Ф., Дубровский Ю.А. Изменения почв и растительности при разном числе проездов колесной лесозаготовительной техники (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1426–1441. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110028
- Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Шуляк П.П., Честных О.В. Влияние пожаров и заготовок древесины на углеродный баланс лесов России // Лесоведение. 2013. № 5. С. 36–49.
- Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М., 1981. 263 с.
- Крышень А.М. Растительные сообщества вырубок Карелии. М.: Наука, 2006. 262 с.
- Кузнецов М.А. Влияние условий разложения и состава опада на характеристики и запас подстилки в среднетаежном чернично-сфагновом ельнике // Лесоведение. 2010. № 6. С. 54–60.
- Лесотаксационный справочник для северо-востока европейской части Российской Федерации (нормативные материалы для Ненецкого автономного округа, Архангельской, Вологодской областей, Республики Коми). Архангельск: Правда Севера, 2012. 672 с.
- Лиханова Н.В., Бобкова К.С. Пулы и потоки углерода в экосистемах вырубки ельников средней тайги Республики Коми // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 2. С. 91–100. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-091-100
- Лукина Н.В. Глобальные вызовы и лесные экосистемы // Вестник РАН. 2020. № 6. С. 528–532. https://doi.org/10.31857/S0869587320060080
- Молчанов А.Г., Курбатова Ю.А., Ольчев А.В. Влияние сплошной вырубки леса на эмиссию СО2 с поверхности почвы // Известия РАН. Сер. биологическая. 2017. № 2. С. 190–196.
- Мухортова Л.В., Ведрова Э.Ф. Вклад крупных древесных остатков в динамику запасов органического вещества послерубочных лесных экосистем // Лесоведение. 2012. № 6. С. 55–62.
- Наквасина Е.Н., Ильинцев А.С., Дунаева А.-А.П. Восстановительные сукцессии повреждений почвенного покрова при проведении рубок ухода в ельнике черничном северной тайги // Лесной вестник. 2021. Т. 25. № 6. С. 11–19. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-6-11-19
- Осипов А.Ф., Тужилкина В.В., Дымов А.А., Бобкова К.С. Запасы фитомассы и органического углерода среднетаежных ельников при восстановлении после сплошнолесосечной рубки // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2019. № 2. С. 215–224. https://doi.org/10.1134/S0002332919020103
- Осипов А.Ф. Влияние сплошной рубки на дыхание почвы среднетаежного сосняка черничного Республики Коми // Лесоведение. 2022. № 4. С. 395–406. https://doi.org/10.31857/S0024114822030111
- Осипов А.Ф., Старцев В.В., Прокушкин А.С., Дымов А.А. Запасы углерода в почвах лесов Красноярского края: анализ роли типа почвы и древесной породы // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 1. С. 67–74. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-1-067-074
- Осипов А.Ф., Старцев В.В. Дымов А.А. Влияние сплошной рубки на эмиссию СО2 с поверхности подзолистой почвы среднетаежного хвойно-лиственного насаждения (Республика Коми) // Почвоведение. 2024. № 5. С. 728–737. https://doi.org/10.31857/S0032180X24050066
- Оценка лесов Сибири в условиях глобальных изменений / Под ред. Соколова В.А. и др. СПб.: Наукоемкие технологии, 2023. 326 с.
- Панов А.В., Онучин А.А., Зражевская Г.К., Шибистова О.Б. Структура и динамика пулов органического вещества на вырубках в сосняках лишайниковых среднетаежной подзоны Приенисейской Сибири // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2012. № 6. С. 658–666.
- Паутов Ю.А., Ильчуков С.В. Пространственная структура производных насаждений на сплошных концентрированных вырубках в Республике Коми // Лесоведение. 2001. № 2. С. 27–32.
- Побединский А.В. Изучение лесовосстановительных процессов. М., 1966. 65 с.
- Подзолистые почвы центральной и восточной частей европейской территории СССР. Л.: Наука, 1981. С. 118–152.
- Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
- Приказ Минприроды России от 27.05.2022 N 371 “Об утверждении методик количественного определения объемов выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов”. Официальный интернет-портал правовой информации http://pravo.gov.ru, 29.07.2022
- Птичников А.В., Карелин Д.В., Котляков В.М., Паутов Ю.А., Боровлев А.Ю., Кузнецова Д.А., Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И. Применимость международных индикаторов оценки нейтрального баланса деградации земель к бореальным лесам России // Доклады РАН. 2019. Т. 489. № 2. C. 195–198. https://doi.org/10.31857/S0869-56524892195-198
- Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / Под ред. Кудеярова В.Н. и др. М.: Наука, 2007. 315 с.
- Робакидзе Е.А., Торлопова Н.В., Бобкова К.С. Химический состав жидких атмосферных осадков в старовозрастных ельниках средней тайги // Геохимия. 2013. № 1. С. 72–83. https://doi.org/10.7868/S001675251211009X
- Старцев В.В., Севергина Д.А., Дымов А.А. Динамика содержания водорастворимых форм углерода и азота почв в первые годы после сплошной рубки // Почвоведение. 2024. № 6. С. 797–812. https://doi.org/10.31857/S0032180X24060028
- Стороженко В.Г. Устойчивые лесные сообщества. Теория и эксперимент. Тула: Гриф и К., 2007. 192 с.
- Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Смагина М.В., Глаголев М.В., Шевченко Е.М., Хайдапова Д.Д., Губер А.К. Моделирование динамики органического вещества почв. М.: Изд-во МГУ, 2001. 120 с.
- Тебенькова Д.Н., Гичан, Д.В., Гагарин Ю.Н. Влияние лесоводственных мероприятии на почвенныи углерод: обзор // Вопросы лесной науки. 2022. Т. 5. № 4. С. 21–58. https://doi.org/10.31509/2658-607x-202252-116
- Тужилкина В.В. Структура фитомассы и запасы углерода в растениях напочвенного покрова еловых лесов на северо-востоке европейской России // Растительные ресурсы. 2012. Т. 48. № 1. С. 44–50.
- Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв. М.: ГЕОС, 2011. 266 с.
- Щепащенко Д.Г., Мухортова Л.В., Мартыненко О.В., Коротков В.Н., Карминов В.Н. Применение минеральных удобрений в лесном хозяйстве и углеродный бюджет лесов // Агрохимия. 2023. № 9. С. 81–96. https://doi.org/10.31857/S0002188123090107
- Almaraz M., Simmond M., Boudinot F.G., Di Vittorio A.V., Bingham N., Khalsa S.D.S., Ostoja S. et al. Soil carbon sequestration in global working lands as a gateway for negative emission technologies // Global Change Biol. 2023. V. 29. P. 5988–5998. https://doi.org/10.1111/gcb.16884
- Chertov O., Komarov A., Loukianov A., Mikhailov A., Nadporozhskaya M., Zubkova E. The use of forest ecosystem model EFIMOD for research and practical implementation at forest stand, local and regional levels // Ecological Modelling. 2006. V. 194. P. 227–232.
- Fu Y., Feng F., Zhang X., Qi D. Changes in fine root decomposition of primary Pinus koraiensis forest after clear cutting and restoration succession into secondary broad-leaved forest // Appl. Soil Ecol. 2021. V. 158. P. 103785. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103785
- IPCC Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva: IPCC, 2007. 104 p.
- Karelin D., Goryachkin S., Zazovskaya E., Shishkov V., Pochikalov A., Dolgikh A., Sirin A. et al. Greenhouse gas emission from the cold soils of Eurasia in natural settings and under human impact: controls on spatial variability // Geoderma Reg. 2020. V. 22. P. e00290. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2020.e00290
- Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Khoroshaev D., Myakshina T., Sapronov D., Zhmurin V. Temperature sensitivity of soil respiration in two temperate forest ecosystems: the synthesis of a 24-year continuous observation // Forests. 2022. V. 13. P. 1374. https://doi.org/10.3390/f13091374
- Kutyavin I.N. Vertical-fractional structure of aboveground phytomass of the tree layer of pine forests in the northern ural foothills (Komi Republic) // Contemporary Problems of Ecology. 2021. V. 14. P. 743–749. https://doi.org/10.1134/S1995425521070118
- Mamkin V. Mukhartova Yu.V., Diachenko M., Kurbatova J. Three-year variability of energy and carbon dioxide fluxes at clear-cut forest site in the European southern taiga // Geography Environment Sustainability. 2019. V. 12(2). P. 197–212. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2019-13
- Morozov G., Aosaar J., Varik M., Becker H., Lõhmus K., Padari A., Aun K., Uri V. Long-term dynamics of leaf and root decomposition and nitrogen release in a grey alder (Alnus incana (L.) Moench) and silver birch (Betula pendula Roth.) stands // Scand. J. For. Res. 2018. V. 34. P. 12–25. https://doi.org/10.1080/02827581
- Osipov A.F., Bobkova K.S., Dymov A.A. Carbon stocks of soils under forest in the Komi Republic of Russia // Geoderma Reg. 2021. V. 27. P. e00427. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2021.e00427
- Portillo-Estrada M., Korhonen J.F.J. Pihlatie M., Pumpanen J., Frumau A.K.F., Morillas L., Tosens T., Niinemets Ű. Inter- and intra-annual variations in canopy fine litterfall and carbon and nitrogen inputs to the forest floor in two European coniferous forests // Annals Forest Sci. 2013. V. 70. P. 367–379. http://dx.doi.org/10.1007/s13595-013-0273-0
- R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, 2022. https://www.R-project.org/
- Scharlemann J.P., Tanner E.V.J., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Manag. 2014. V. 5. P. 81–91. https://doi.org/10.4155/cmt.13.77
- Schepaschenko D., Moltchanova E., Shvidenko A., Blyshchyk V., Dmitriev E., Martynenko O., See L., Kraxner F. Improved estimates of biomass expansion factors for russian forests // Forests. 2018. V. 9. P. 312. https://doi.org/10.3390/f9060312
- Smith P., Cotrufo M.F., Rumpel C., Paustian K., Kuikman P.J., Elliott J.A., Mcdowell R. et al. Biogeochemical cycles and biodiversity as key drivers of ecosystem services provided by soils // Soil. 2015. V. 1. P. 665–685.
- Woziwoda B., Parzych A., Kopeć D. Species diversity, biomass accumulation and carbon sequestration in the understorey of post-agricultural Scots pine forest // Silva Fennica. 2014. V. 48. P. 23.
Supplementary files
