Актуальні запаси органічного карбону в мортмасі та ґрунті лісових екосистем Стрийсько-Сянської Верховини на території Верхньовисоцького лісництва (ДП "Боринський лісгосп")

Проблема глобальної зміни клімату, спричиненої збільшенням концентрації парникових газів в атмосфері, призвела до значної активізації досліджень з депонування Карбону лісовими екосистемами. Відповідно до міжнародних кліматичних угод з побудови кадастрів парникових газів особливої актуальності набуло оцінювання бюджету Карбону у лісах на регіональному і національному рівнях (Volodymyrenko et al., 2016). Лісові екосистеми є найбільшим наземним депо атмосферного Карбону, а більше половини їх чистої первинної продукції надходить у грунт за рахунок трансформації лісового опаду та підстилки. Зміни в запасах Карбону у лісових екосистемах мають істотний вплив на глобальний бюджет Карбону (Grant et al., 2016).

Аналіз літературних джерел. В Україні в різних регіонах проведено низку досліджень з акумуляції органічного Карбону в лісових екосистемах. Проте тільки у роботі В. Пастернака (2011) оцінено запаси органічного Карбону у фітомасі, підстилці і стовбуровому фітодет- риті (Pasternak, 2011). У роботі П. Лакиди оцінено фіто-масу лісів України і запропоновано формули для оцінки запасів органічного Карбону в інших пулах вуглецю (Lakyda, 2002). У публікації І. Шпаківсьої і О. Мариске- вич наведено оцінку запасів органічного Карбону в лісових екосистемах Сколівських Бескид за даними лісової таксації з використанням відповідних коефіцієнтів (Shpakivska & Maryskevych, 2009). Проте, як зазначають інші дослідники, достовірніші результати можна отримати комбінуючи польові і розрахункові методи (Alekseyev & Berdsi, 1994; Grant et al., 2016). Зокрема, В. Рожак у своїй роботі описав особливості формування циклу органічного Карбону у лісових екосистемах Стрийсько-Сянської Верховини (Rozhak, 2014). І. Пи- жик і І. Шпаківська провели оцінку запасів органічного Карбону у лісовій підстилці і грубих деревних залишках на території РЛП " Надсянський" (пробні площі заклали на території Яблунського лісництва ДП " Боринсь- кий лісгосп") (v). Натепер залишається актуальним проведення детальних досліджень запасів органічного Карбону в мортмасі і лісових екосистем та верхніх горизонтах ґрунту на регіональному рівні, зокрема в експлуатаційних лісах.

Об'єктом дослідження є органічний Карбон у компонентах лісових екосистем Верховини.

Предмет дослідження - методи і засоби встановлення значення величини актуальних запасів (тта-1) органічного Карбону.

Мета дослідження - оцінити актуальні запаси органічного Карбону у мортмасі та ґрунті лісових екосистем Стрийсько-Сянської Верховини.

Для досягнення мети роботи поставлено такі основні завдання:

• аналіз лісівничо-таксаційних характеристик деревостанів регіону та інших літературних джерел, пов'язаних з темою і територією дослідження;

• підбір пробних площ на підставі лісотаксаційних матеріалів і консультацій з працівниками лісогосподарського підприємства;

• відбір зразків ґрунту і лісової підстилки і оцінювання запасів грубих деревних залишків;

• проведення лабораторних аналізів;

• проведення порівняння отриманих даних з даними попередніх досліджень досліджуваної території.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що вперше проведено комплексну регіональну оцінку депонування органічного вуглецю у компонентах лісових екосистемам Українських Карпат, його просторового розподілу на прикладі Стрийсько-Сянської Верховини, виявлено вплив на нагромадження вуглецю абіотичних та біотичних факторів, оцінено зменшення кількості його депонування внаслідок антропогенного вилучення деревини за різних способів лісокористування.

Територія дослідження. Дослідні полігони розташовані на території Стрийсько-Сянської Верховини - фізико-географічного району Українських Карпат в межах Турківського і Сколівського р-нів Львівської обл. у верхів'ях річок Опору, Стрию та Сяну (рис. 1). За даними дистанційного зондування Землі на підставі дешифрування супутникових знімків Landsat встановлено, що загальна площа Стрийсько-Сянської Верховини становить 130254 га, а площа вкрита лісом 60191 га (46,2 %) з переважанням хвойних лісів, які займають 29,3 % (Tsunyak et al., 2013). Дослідні площі було приурочено до території Верхньовисоцького лісництва ДП "Бо- ринське ЛГ". Загальна площа лісництва 2528 га, вкриті лісовою рослинністю землі - 2189,5 га, лісові культури становлять 15 % від вкритої лісом площі (Forestry, 2019). Верхньовисоцьке лісництво є експлуатаційним і на його території проводять різні лісогосподарські заходи, заготівлю деревини різними видами рубань та створення лісових культур, зокрема введення до складу деревостану модрини європейської.

Матеріали і методи дослідження. Для оцінки актуального запасу органічного Карбону мортмаси в експлуатаційних лісах Стрийсько-Сянської Верховини на території Верхньовисоцького лісництва провели дослідження його запасів та просторового розподілу з урахуванням лісотаксаційних характеристик (склад, повно - та та вік деревостану) та абіотичних умов території (висота н. р.м., експозиція та крутизна схилу).

На території лісництва заклали 22 дослідні ділянки (табл. 1 і рис. 1), на яких в 3-разовій повторюваності відбирали проби підстилки методом Скородумова за допомогою рамки зі сторонами 25 см (Skorodumov, 1939). Загалом було відібрано 66 зразків лісової підстилки.

На кожній пробній площі відбирали у 3-разовій повторюваності зразки ґрунту з Н та Нр горизонтів, загалом було відібрано 126 зразків ґрунту. Визначення мінеральної частини у підстилці здійснено методом сухого озолення у муфельній печі за температури 450500 °С впродовж 5-8 год (Vazhenyna, 1974).

У межах дослідних ділянок закладено пробні площі розміром 3x3 м та проведено облік лежачого і стоячого стовбурового фітодетриту (ламань) і пнів, після чого зроблено перерахунок на вміст Сорг.. До грубих деревних залишків зараховували гілки діаметром більше 1 см, сухі стоячі дерева заввишки більше 1,3 м та пні, висота яких менше 1,3 м (Bilous, 2014). Для розрахунків запасів Сорг. використали середню щільність мертвої деревини для цієї території 345 кг-м-3 (Rozhak, 2014). Для перерахунку вмісту органічного Карбону використовували коефіцієнт 0,52 для лісової підстилки і 0,50 для грубих деревних залишків (Chestnykh, Lyzhin & Koksharova, 2007).

Використовуючи програму Google Earth Pro, карту ґрунтів Турківського р-ну і координати, отримані під час польових досліджень, визначили типи ґрунтів, до яких приурочені дослідні ділянки. Для розрахунку запасів органічного Карбону використано дані щільності будови ґрунту (Golubets, 2007).

Результати дослідження та їх обговорення. Актуальні запаси органічного Карбону визначали у компонентах мортмаси: підстилці, грубих деревних залишках та органічній речовині ґрунтів.

Процес накопичення та розкладання мортмаси підстилки і грубих деревних залишків залежить від породного складу, віку, формули деревостану, зімкнутості та живого надґрунтового покриву лісової екосистеми, а кількість органічного Карбону в ґрунті є функцією процесів гуміфікації та мінералізації органічних решток, які потрапляють на поверхню ґрунту (Pyzhyk & Shpa- kivs'ka, 2018).

Рис. 1. Локалізація дослідних ділянок території Стрийсько- Сянської Верховини та Верхньовисоцького лісництва

Табл. 1. Коротка характеристика та локалізація дослідних ділянок на території Верхньовисцького лісництва Боринського ДЛГП

Мортмаса і ґрунт, завдяки своїм взаємозв'язкам і безпосередньому контакту між своїми компонентами, відіграють важливу роль у системі кругообігу органічного Карбону у лісових екосистемах. Вони водночас виступають резервуарами його довготривалого зберігання в екосистемі, з якого Карбон у доступній формі надходить різним живим організмам і депонується в атмосферу (Alekseyev & Berdsi, 1994; Banas et al., 2014; Chestnykh, Lyzhin & Koksharova, 2007; Golubets, 2007; Grant et al., 2016; Matsala & Bilous, 2017; Pyzhyk & Shpakivs'ka, 2018; Rozhak, 2014; Shpakivska & Maryskevych, 2009).

Встановлено, що запас підстилки у Верхньовисоць- кому лісництві змінюється від 8,17 тта-1 до 18,59 тта-1 (ПП № 19 і 12 відповідно), а органічного Карбону - від 3,94±0,24 тта-1 до 9,07±1,72 тта-1. Запаси грубих деревних залишків змінюються від 0,32 тта-1 до 5,73 тта-1, а Сорг. - від 0,16 тта-1 до 2,86 тта-1 (ПП № 6 і 4, 15). Повністю відсутня лісова підстилка на пробній площі № 11, що є наслідком проведення суцільної рубки головного користування на території близько 0,5 га в попередні роки.

У молодняках (вік деревостану 0-40 років) запас підстилки і органічного Карбону змінюється у діапазоні 8,17 тта"1 до 15,90 тта"1 для підстилки і від 3,94±024 тта"1 до 7,81±074 тта"1 для Сорг.. Запас грубих деревних залишків коливається у межах 0,32-5,18 тта"1, а органічного Карбону - від 0,16 тта"1 до 2,59 тта"1

У середньовікових деревостанах запаси лісової під" стилки та органічного Карбону коливаються у межах 9,42-15,80 тта"1 для лісової підстилки і від 4,36±064 тта"1 до 7,67±084 тта"1 для Сорг, а запас грубих деревних залишків і органічного Карбону - від 0,62 тта"1 до5,18 тта"1 і від 0,31 тта"1 до 2,59 тта"1 відповідно.

У пристигаючих лісах запас підстилки і Сорг змі" нюється в межах - від 8,48 тта"1 до 18,59 тта"1 і 4,29±062 - 9,07±1,72 тта"1. Запаси грубих деревних залиш" ків перебувають у діапазоні 0,35-4,24 тта"1, а органічного Карбону - 0,17-2,07 тта-1.

Стиглі та перестійні ліси характеризуються запасами підстилки від 10,61 до 16,25 тта-1, а запаси органічного Карбону коливаються в межах - 5,05±0,27 - 7,75±068 тта-1. Запас грубих деревних залишків коливається у межах від 3,00 до 5,73 тта-1, а Сорг. - 1,222,86 тта-1 відповідно.

Середнє значення запасів органічного Карбону у підстилці на території Яблунського лісництва, яке було розраховано на підставі даних лісової таксації, становило 4 т-га-1 (БИракіуака & МагуакеуусИ, 2009). Запаси органічного Карбону у лісових екосистемах Стрийсько- Сянської Верховини (дослідження також проводили на території ДП Боринське ЛГ) в межах 4,67-9,26 тга-1 (ЯскЬак, 2014).

Табл. 2. Запаси органічного Карбону у мортмасі лісових екосистем Верхньовисоцького лісництва

За результатами наших польових досліджень встановлено, що запаси Сорг. у Яблунському лісництві мають більшу просторову варіабельність - 2,05-11,04 тта- 1 (Ру7Иук & БЬракіуа'ка, 2018). Раніше було встановлено, що запаси Сорг. у грубих деревних залишках у лісових екосистемах Стрийсько-Сянської Верховини змінюються від 3,83 тга-1 до 23,50 тга-1 у ДП "Боринське ЛГ" (ЯшИак, 2014). Середні запаси органічного Карбону у стовбуровому фітодетриті, розраховані за даними лісової таксації, у Яблунському лісництві становили 0,9 т-га-1 (БИракіуака & МагуакеуусИ, 2009). Під час польових досліджень, які ми здійснили у 2016 р., з'ясовано, що запаси Сорг. грубих деревних залишків змінюються від 0,71 т-га-1 до 8,63 т-га-1 (Ру7Иук & БИракіуа'ка, 2018).

Основними типами ґрунтів на території дослідження є бурі лісові та дерново-буроземні ґрунти. Відповідно до детальної карти ґрунтового покриву Турківського р- ну, дослідні ділянки приурочені до різних підтипів бурих лісових ґрунтів (з різним рівнем щебенюватості, змитості та потужності ґрунтового профілю з проявами різних елементарних ґрунтотвірних процесів: опідзо- лення та оглеєння) і дерново-буроземних ґрунтів (Осіи- Ьеіа, 2007).

Встановлено, що запаси органічного Карбону у шарі ґрунту 0,0-0,25 м коливаються від 32,00±1,68 тта-1 до 56,48±0,46 тта-1. Середні запаси Сорг. у ґрунті на досліджуваній території становлять 46,56 тта-1.

Загалом отримані дані збігаються з результатами інших дослідників. Так, було встановлено, що у лісових екосистемах ДП Боринське ЛГ запаси Сорг. у ґрунті змінюються від 35,23 до 43,37 тта-1 для глибини 0,0-0,20 м (Я^Иак, 2014). Середні запаси Сорг. у ґрунтах Яблунського лісництва становили 62,00 тта-1 для глибини 0,00,50 см (БИракіуака & МагуакеуусИ, 2009). органічний карбон деревний екосистема

Суцільні рубки можуть зумовлювати значний вплив на запаси органічного Карбону не лише в лісовій підстилці, але і в ґрунтовому профілі. Наприклад, на пробній площі № 11 Верхньовисоцького лісництва дослідні ділянки також заклали на бурих лісових глибоких ґрунтах, проте запаси органічного Карбону тут значно відрізняються від інших пробних площ, закладених на такому самому типі ґрунту (табл. 3). Така значна різниця пов'язана з тим, що на ПП № 11 після суцільної рубки було майже на всій площі зруйновано Н і частково Нр горизонти внаслідок робіт лісозаготівельної техніки і наступного зсуву, який стався після знищення рослинного покриву.

Табл. 3. Вміст і запаси органічного Карбону у шарі Грунту 0-0,25 м у лісових екосистемах Верхньовисоцького лісництва

Можна вважати, що внаслідок суцільної рубки відбулася втрата в середньому 20-27 тта-1 органічного Карбону. Встановлено, що сумарний запас органічного Карбону у лісовій підстилці, грубих деревних залишках і ґрунті на досліджуваній території змінюється від 34,47 тта-1 до 63,77 тта-1 (рис. 2).

Рис. 2. Сумарний запас органічного Карбону у досліджуваних екосистемах

Найбільші запаси органічного Карбону зосереджені у ґрунті - 79,3-90,9 % на дослідних ділянках, вкритих лісом. Частка запасів Сорг, які припадають на лісову підстилку, становить 7,9-16,1 %, а в грубих деревних залишках міститься лише 0,3 %-4,8 % від загального запасу органічного Карбону. На зрубі частка органічного

Порівняння результатів наших досліджень і досліджень, проведених раніше на цій території, попри незначні розбіжності, засвідчує, що отримані дані - у межах просторової варіабельності та є репрезентативними для досліджуваної частини Стрийсько-Сянської Верховини. Проте, варто звернути увагу, що для території Ве- рехньовисоцького лісництва зафіксовано досить низькі запаси Сорг. у грубих деревних залишках. Це, на нашу думку, може бути пов'язано з тим, що грубі деревні залишки використовує місцеве населення як паливо, оскільки нема обмеження природоохоронного режиму, як, наприклад у Яблунському лісництві, яке належить до регіонального ландшафтного парку "Надсянський". Збільшення запасів грубих деревних залишків у заповідних лісових екосистемах також зафіксували і польські вчені (Ваше еї аі., 2014).

Висновки

На території Верхньовисоцького лісництва ДП "Боринське ЛГ", що розташоване в південно-західній частині Стрийсько-Сянської Верховини сумарні запаси органічного Карбону в мортмасі лісових екосистем та 0-25 см шарі ґрунту становлять 38,75-63,77 т-га" 1. На дослідній ділянці після проведення суцільної рубки у грудні 2016 р. зафіксовано найменші запаси органічного Карбону - 34,47 т-га-1.

Запаси органічного Карбону у підстилці досліджуваних екосистем становлять 3,94±0,24 - 9,07±172 тта-1. У лісовій підстилці зосередженого 7,9-16,1 % від загального запасу органічного Карбону. Запаси Сорг. у грубих деревних залишках коливаються від 0,16 т-га-1 до 2,68 тга- 1 (0,3 % до 7,2 % від сумарного запасу Сорг). Запаси органічного Карбону у шарі ґрунту 0-0,25 м становлять 32,00±0,17 - 56,48±0,31 тта-1. Саме у ґрунті зосереджено найбільші запаси органічного Карбону серед усіх досліджуваних блоків - 79,27-92,83 %.

Суцільні рубки можуть істотно зменшувати запаси органічного Карбону в мортмасі. Так, на ділянці планової суцільної рубки ялинового лісу віком 50-70 років на площі 0,5 га повністю знищено лісову підстилку, верхній гумусовий і частково перехідний горизонти ґрунту. Порівнюючи цю ділянку із пробними площами, на яких є схожий рослинний покрив та тип ґрунту, встановлено, що втрати Сорг. внаслідок суцільних рубок можуть становити на цій території 20-27 тга-1.

Отримані дані актуальних запасів органічного Карбону у мортмасі і ґрунті лісових екосистем є репрезентативними для досліджуваної території і можуть бути використані для прогнозних оцінок їх змін внаслідок лісокористування на території Стрийсько-Сянської Верховини.

Література

1. Alekseyev, V. A., & Berdsi, R. A. (Ed.). (1994). Carbon in ecosystems of forests andpeatlands of Russia. Krasnoyarsk: VC SO RAN. [In Russian].

2. Bilous, A. (2014). Method of forest dead biomass research. Bioresursy tapryrodokorystuvannia. Silviculture, 6(3-4), 134-145.

3. Chestnykh, O. V., Lyzhin, V. A., & Koksharova, A. V. (2007). The Carbon reserves in litters of forests of Russia. Forestry, 6, 114-121. [In Russian].

4. Golubets, A. M. (Ed.) (2007). Conceptual principles of sustainable development of the mountain region. Lviv: Polly. [In Ukrainian].

5. Lakyda, P. I. (2002). Phytomass of the forests of Ukraine. Ternopil': Zbruch. [In Ukrainian].

6. Pasternak, V. P. (2011). Bioproductivity of North-Eastern Ukrainian forests in the context of climate change. Diss. Kyiv: National University of Life and Environmental Sciences.

7. Rozhak, V. P. (2014). Pools and fluxes of carbon within forest ecosystems of Stryi-San Highland (Ukrainian Carpathians). Biology and valeology: a collection of scientific works, 16, 85-95. Kharkiv: KhNPU.

8. Shpakivska, I. M., & Maryskevych, O. G. (2009). Estimation the reserves of organic carbon in the forest ecosystems of Eastern Beskydy. Forestry andforest melioration, 115, 176-180.

9. Skorodumov, A. S. (1939). Opredelenye tolshchyny lesnoy podstylky. Lesnoe khozyaystvo: mezhvuz. sb. nauchn. tr., 12, 41-47. [In Russian].

10. Tsunyak, A. M., Chaskovs'kyy, O. H., & Korol', M. M. (2013). Landcover distribution of Stryj-Sjan sublimity on the basis of Landsat satellite images. Scientific Bulletin of UNFU, 23(14), 2731. [In Ukrainian].

11. Vazhenyna, Y. H. (Ed.). (1974). Methods for the determination of trace elements in soils, plants and waters. Moscow: Kolos. [In Russian].

Анотація

Досліджено запаси органічного Карбону (Сорг) на території Стрийсько-Сянської Верховини у Верхньовисоцькому лісництві ДП "Боринський лісгосп" (Львівська обл., Турківський р-н). Оцінено запаси Сорг_ у трьох пулах: лісова підстилка, грубі деревні залишки і ґрунт. Було закладено 22 пробні площі, на яких у 3-разовій повторюваності відібрано зразки підстилки та ґрунту (з Н і Нр горизонтів). Пробна площа № 11 розташована на території, де було проведено суцільну рубку, під час якої знищено шар лісової підстилки, а після зсув частково або повністю знищив Н і Нр горизонти ґрунту на площі близько 0,5 га. На кожній пробній площі було закладено ділянку розміром 3x3 м, на якій проводили облік мертвої деревини (мертва деревина діаметром більше 1 см, пні та мертві стоячі дерева). Вміст органічної речовини у підстилці визначено методом сухого озолення, для перерахунку на запаси органічного Карбону використано коефіцієнт 0,52. Вміст Сорг. у ґрунті визначено методом Нікітіна, а його запаси - з урахуванням щільності будови ґрунту в шарі 0,0-0,25 м. Для визначення запасу органічного Карбону у грубих деревних залишках використано коефіцієнт 0,50 і середнє значення щільності мертвої деревини 345 кг-м-3. Встановлено, що запаси органічного Карбону в підстилці змінюються від 3,94±0,24 тга-1 до 9,07±1,72 т-га-1, запаси Сорг. у грубих деревних залишках коливаються в діапазоні 0,16-2,86 т-га-1, а у ґрунті - від 32,00±0,17 т-га-1 до 56,97±0,31 т-га-1. Сумарні запаси органічного Карбону в мортмасі та ґрунті досліджуваних екосистем становлять 34,4763,77 тта-1. Розраховано, що втрати органічного Карбону у мортмасі і ґрунті на пробній площі № 11 становлять приблизно 20-27 тта-1. Ключові слова: Українські Карпати; лісова підстилка; мертва деревина; органічна речовина; парникові гази.

Forest ecosystems are one of the largest regulators of the carbon cycle on the planet. They are able to absorb and accumulate a large amount of carbon in their components. The study was carried out in the territory of Stryi-Sianska Verkhovyna in the Verkhnivysotsky Forestry (Lviv Region of Turkivsky District). Organic carbon stocks were evaluated in three large pools of forest litter, coarse wood residues and soil. Twenty two sample plots were selected on the territory of the Verkhnivysotsky Forestry. For each plot, samples of forest litter (n = 3) and soil (n = 3) were selected, and the coarse wood debris stock (CWD) was calculated as well. Soil samples were selected from H and Hp horizons. The stock of dead wood was calculated on the area of 9 m2, which was located on each sample plot. The content of organic matter in forest litter and soil was determined by the method of dry combustion and Nikitina method. To determine the organic carbon stock we used correction coefficients (for forest flooring -0.52 and 0.50 for CWD) and average value dead wood density of 345 kh m3 and soil bulk density. Forest litter reserves in the studied ecosystems are 8.17 18.59 t'ha-1. Stocks of coarse woody debris range from 0.32 to 5.73 fha'1. Organic carbon stock is 34.47-63.77 fha'1. We have investigated that organic carbon stock in soil ranges from 32.00 to 56.48 t'ha-1, in forest litter - 3.74-9.07 t'ha-1 and in coarse wood debris - 0.16-2.68 t'ha-1. In the soil its concentration equals 79.27-92.83 % of the total organic carbon stock, in the forest litter - 7.95-16.11 % and in the CWD - 0.31-7.17 %. Sample plot number 11 is located on the area where deforestation occurred. During the period of deforestation, forest floor was fully destroyed here and H soil horizon was damaged or destroyed. In the spring, the landslide that occurred here caused even greater destruction of the H and Hp soil horizons. We have estimated that the losses of organic carbon in the area are approximately 20-27 t'ha-1. In general, the data obtained are representative of the area and can be used in further studies of organic carbon stocks in the forest ecosystems of the Stryi-Sianska Verkhovyna.

Keywords: The Ukrainian Carpathians; forest litter; coarse wood debris; organic matter; greenhouse gases.

Размещено на Allbest.ru