Имитационное моделирование динамики лесных экосистем при различных лесохозяйственных и климатических сценариях

• Автор: Шанин, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 208 с. : ил.

Введение

Глава 1. Балансы углерода и азота в лесных экосистемах и факторы, влияющие на них

1.1. Круговорот углерода: основные понятия

1.2. Биологический круговорот азота

1.2.1. Влияние азотных удобрений и выпадений на продуктивность лесных экосистем

1.3. Факторы, влияющие на балансы углерода и азота

1.4. Режимы биологического круговорота

1.5. Влияние климатических изменений на баланс углерода в лесных экосистемах

Глава 2. Оценка и прогнозирование динамики лесных экосистем с помощью математического моделирования

2.1. Моделирование биологического круговорота элементов в лесных экосистемах

2.2. Моделирование лесных экосистем на региональном уровне
2.3. Моделирование биологического круговорота в наземных экосистемах: проблемы и перспективы
Глава 3. Система моделей ЕБ1МСЮ
3.1. Краткое описание назначения и функциональных особенностей
3.2. Основные уравнения
3.2.1. Подмодель роста отдельного дерева
3.2.2. Подмодель древостоя
3.2.3. Подмодель динамики органического вещества почвы 1ЮМиЬ
3.2.4. Статистический генератор почвенного климата БСЫББ
3.3. Области применения модели
3.4. Описание модуля пакетной обработки
3.4.1. Назначение модуля пакетной обработки, принципы работы
3.4.2. Конструктор сценариев: назначение и принципы
' работы
3.5. Параметризация модели
3.5.1. Параметризация характеристик почвы
3.6. Преобразование материалов лесоустройства во входные данные модели
3.6.1. Генерализация исходных данных
3.7. Верификация и анализ чувствительности модели
3.8. Интеграция с СоттопОТБ для визуализации данных и пространственного анализа

Глава 4. Объекты исследования и имитационные сценарии
4.1. Данковское лесничество (Московская область)
■ 4.1.1. Общая характеристика
4.1.2. Климат
4.1.3. Растительность и почвы
4.1.4. История природопользования
4.2. Мантуровское лесничество (Костромская область)
4.2.1. Общая характеристика
4.2.2. Климат
4.2.3. Растительность и почвы
4.2.4. История природопользования
4.3. Железнодорожное лесничество (Республика Коми)
4.3.1. Общая характеристика
4.3.2. Климат и геоморфология
4.3.3. Растительность и почвы
4.4. Лесохозяйственные сценарии
4.5. Климатические сценарии
Глава 5. Оценка динамики пулов углерода и азота при различных 115 режимах природопользования
5.1. Динамика основных пулов углерода
5.1.1. Динамика запасов углерода в разных типах леса
5.2. Чистая первичная продукция и эмиссия углекислого газа
5.3. Динамика общего запаса и баланс углерода в системе «лес-почва»
5.4. Динамика запасов азота
5.4.1. Динамика лесных экосистем при различных уровнях выпадения соединений азота с атмосферными осадками
5.5. Пространственный анализ результатов моделирования
5.6. Динамика видового состава и возрастной структуры древостоев
5.7. Сравнительный анализ динамики некоторых показателей
для разных объектов
5.8. Общие выводы по сценариям
Выводы
Список литературы

Введение
Лес - один из основных типов растительного покрова Земли, представленный многочисленными жизненными формами растений, среди которых главную роль играют деревья и кустарники, которые поглощают наибольшую долю поступающей солнечной энергии, накапливая органическое вещество. Травы, кустарнички, мхи, лишайники играют в лесных экосистемах второстепенную, хотя и важную, роль. Все компоненты, образующие лес, связаны между собой и с окружающей средой.
Из всей массы углерода, сконцентрированного в растениях земного шара, 92% содержится в лесных экосистемах. В растениях всех других экосистем суши аккумулировано только около 7% углерода, а в растительных организмах океана - менее 1%. Еще большая масса углерода законсервирована в мертвом органическом веществе лесов (детрите), а также в гумусе почв и торфяных отложениях лесных болот. Очевидно, что расширение площадей под лесами, как и повышение их продуктивности, способствовало бы если не нейтрализации, то замедлению процессов накопления углерода (в виде СОг) в атмосфере, что важно для предотвращения возникновения «парникового эффекта». Это возможно только в том случае, если площадь, продуктивность и биомасса лесов не будут уменьшаться. Более того, для интенсификации процессов связывания углерода должны приниматься меры к расширению площадей лесов, повышению их продуктивности. Такие рекомендации для всех стран содержатся в документах, касающихся лесов, принятых Конференцией Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию (КООНОСР) в 1992 году (например, в «Заявлении о принципах в отношении лесов»).
Человеческая деятельность привела к разомкнутости биогеохимического круговорота диоксида углерода (С02) в наземных экосистемах, следствием чего явился прогрессирующий рост его содержания в атмосфере, что катализирует парниковый эффект и может привести к непредсказуемым последствиям — это,

экосистема может терять вещество и энергию, при других - накапливать.
Так же как и периодический, переходной режим на многолетней шкале складывается из годовых циклов, которые флуктуируют от года к году. Однако если при периодическом режиме все параметры биологического круговорота флуктуируют вокруг средних величин, то при переходном режиме, колеблясь, они последовательно уменьшаются или увеличиваются до выхода на новый стационарный уровень.
В переходном режиме функционируют все экосистемы, находящиеся на любой стадии любого вида сукцессии и большинство агроэкосистем. Следовательно, большая часть биогеоценотического покрова Земли существует в том или ином переходном режиме.
В переходном режиме с потерями запасы вещества убывают со временем, вход меньше выхода, чистая первичная продукция не равна гетеротрофному дыханию. При данном режиме выполняются следующие условия: С>и>С>42, 1#сот1:, 1т<10иь МРРЖеэр, где (Д] и С>(2 - запасы вещества в экосистеме на момент времени ^ и 12.
В< переходном режиме с накоплением запасы вещества в экосистеме нарастают, вход больше выхода' и (или) чистая первичная продукция больше гетеротрофного дыхания. Выполняются следующие соотношения: ри<С(2, й^сопэ^ Ііп>І01и, КРРЖеэр и (или) КРРЖеяр+Іои,.
Дальнейшие работы (Титлянова, Тесаржова, 1991) выявили существование четвертого режима - смешанного.
Смешанный режим характеризуется тем, что одни подсистемы биологического круговорота функционируют в периодическом режиме, а другие - в переходном. В таком случае в многолетнем разрезе для первых будут выполняться условия стационарности, для вторых - условия переходного режима с накоплением или потерями.