В Карельском научном центре РАН, по словам его руководителя, члена-корреспондента РАН Ольги Бахмет, исследование содержание углерода в лесных экосистемах проводится давно: ученые изучают, какие факторы влияют на накопление или, наоборот, эмиссию (выброс) углерода в атмосферу, как влияют на этот процесс рубка деревьев, мелиорация, то есть осушение болот, и другие факторы.
- Долгое время мы изучали эти вопросы прежде всего для понимания происходящих в природе превращений: как соединения углерода поступают из атмосферы и накапливаются в растениях, как после в целом происходит миграция веществ из растений (деревьев, кустарников, трав, мхов и пр.) в почву, грунтовые воды, – говорит Ольга Николаевна. – Но в последнее время появился еще запрос общества на подсчет единиц углерода, расчет его накопления и выделения в атмосферу (углекислый газ является одним из основных парниковых газов), связанный с изменениями климата. Наш заповедник Кивач стал одной из пяти тестовых площадок для отработки международных методик подсчета углерода именно в преобладающих на нашей территории сосновых лесах. Широколиственные леса в этом плане изучают в Нижегородской области, ельники – в республике Коми, есть еще два полигона в степной зоне и на болотах.
Справка «МК». Карбоновый полигон — это территория, занятая различными экосистемами (лесными, болотными, степными и др.), на которых создаются экспериментальные площадки для подсчета концентрации парниковых газов для оценки эмиссии (выбросов) или депонирования (связывания) их в определенных условиях.
Россия занимает первое место в мире по площади, занятой лесами – 46,6 % территории страны. То есть, по идее, она больше связывает углерод, чем выбрасывает. И тем не менее в 1994 году наше правительство подписало рамочную конвенцию ООН по изменению климата, то есть взяло на себя обязательство по ограничению выбросов влияющих на климат парниковых газов.
– В нашей стране огромные площади заняты лесами и болотами, которые активно накапливают, депонируют CО2, – говорит Ольга Бахмет. – Однако для того чтобы международное сообщество засчитало нам такую «ретроспективную» фиксацию, необходимы конкретные цифры единиц углерода, выбрасываемого предприятиями и, наоборот, удерживаемого на природных территориях. Причем измерение содержания депонированного в лесах и на болотах CO2 должно основываться на международных методиках. Их-то мы и отрабатываем сейчас на наших территориях. Мы должны доказать мировому сообществу, что в нашей стране имеются хорошие условия для депонирования углерода, в противном случае, с учетом выбросов этого парникового газа на предприятиях и лесных пожаров, нас могут ждать серьезные штрафы за несоизмеримую разницу между выбросами и поглощением CO2.
* * *
Итак, мы – на одном из тестовых полигонов, где ученые отрабатывают ту самую методику подсчета углерода. Это участок заповедного леса площадью четыре квадратных километра. Он показательный – сосны не вырубались здесь последние 180-200 лет, что очень ценно для сохранения углерода.
Проходим с директором Института леса КарНЦ РАН Александром Крышенем, главным научным сотрудником этого института, доктором биологических наук Натальей Галибиной и старшим научным сотрудником, кандидатом биологических наук Гульнарой Ахметовой на одну из 30 площадей полигона размером 50 на 50 метров.
– Мы старались выбрать площадки без болот, рек, дорог, – поясняет Александр Крышень. – Нас интересуют на них четыре основных пула углерода: это почва, которая, по предварительным данным, удерживает до 50 процентов углерода, живые деревья, живой напочвенный покров (это мох, брусника, черника) и древесина отмершая — сухостой или поваленные деревья.
Первое, что бросается в глаза на участке – это пометки на деревьях: горизонтальные полоски, начерченные краской.
- Это места замеров диаметра ствола деревьев, которые мы делаем на высоте 1,3 метра от основания ствола, чтобы через определенное время посмотреть насколько дерево приросло по диаметру, – поясняет Наталья Галибина.
– И какие выводы вы делаете, зная диаметр ствола?
– Помимо диаметра измеряется еще и высота дерева. Потом с помощью специальных формул мы считаем объем стволовой древесины. Затем, зная ее плотность и содержание углерода, можно будет посчитать запас углерода на всей нашей экспериментальной площадке.
Проходим дальше в лес и, не замечая оградительной красной ленточки, едва не проваливаемся в яму (прикопку). Рядом с ней – различные измерительные приборы.
– При помощи таких прикопок мы изучаем наш основной пул углерода — почву, – поясняет Гульнара Ахметова. – Отбор проб почвы на содержание углерода мы проводим по горизонтам, это слои почвы, расположенные друг над другом.
– В каком же слое почвы больше накапливается углерода?
– В верхнем, который называется подстилкой и формируется из отмерших корней, трав, мха и других растительных остатков.
Сам живой напочвенный покров – травы, кустики брусники, черники, лишайники – биологи исследуют отдельно. С площадки 25 на 25 сантиметров они собирают все растения, включая ветки и сухие листья, и отвозят в аналитическую лабораторию института. Там все это высушивают, делят на фракции и определяют содержание углерода и азота с использованием CHN-анализатора. Примерно так же анализируется содержание веществ и в частях живой и отмершей древесины.
– В рамках нашего полигона мы, кроме всего прочего, изучаем транспорт углерода по проводящим тканям ствола в почву, – рассказывает Наталья Галибина. – Важно понять, какой объем его за единицу времени проходит в почву, в корни, какие скорости этого процесса характерны для каждой древесной породы.
Для оценки проводимости флоэмы (ткани сосудистых растений) важен также водный потенциал дерева. Для его изучения специалисты Института леса раза три в каждый сезон поднимаются к кроне сосен, чтобы отрезать верхние ее веточки. Используют для этого настоящее альпинистское снаряжение, – ведь некоторые деревья достигают высоты 10-этажного дома!
И наконец, еще один методический подход – это оценка соотношения ядровой (мертвой) и заболонной (живой) древесины в стволе дерева.
– Для этого буравом диаметром 5 миллиметров отбираем керн, поясняет Галибина. – Внутренняя часть керна – ядровая древесина, содержит больше углерода. Эти сведения будут использованы для точных расчетов содержания углерода в древесине и в лесном сообществе в целом.
Полученные данные по запасу углерода в основных компонентах экосистемы на тестовом полигоне, как в Карелии, в дальнейшем будут использованы для разработки методов исследований на аналогичных территориях в других регионах страны. Всего в России планируется создать более 1300 полигонов разного уровня. Собирая информацию со всех них и используя математические модели, ученые смогут делать прогнозы о том, как будет развиваться ситуация с накоплением углерода в лесах, болотах и степях в будущем.