Потери углерода из растительности и почв Западной

Потери углерода из растительности и почв
Западной Сибири за 200 лет хозяйственного использования
земель
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
А.А. Титлянова, С.Я. Кудряшова, Н.П. Косых
На площади, которую теперь занимают агроценозы, ранее существовали разные экосистемы –
от хвойных лесов до сухих степей
степей.. За 150 лет было распахано 3,2 млн
млн.. га лесных, 16 млн
млн.. га
луговых и степных земель
земель.. Их место заняли поля зерновых, кормовых, технических культур и
паровые поля.
поля.
Основываясь на данных Н.И. Базилевич и собственных данных мы рассчитали общие запасы
растительного органического вещества (РОВ) предшествующих экосистем и заменивших их
агроценозов (табл.1).
Потери углерода РОВ, в связи с распашкой земель на юге Западной Сибири
Таблица 1.
Ландшафтные
регионы
Запасы С, млн. т
прошлый растительный
покров
Потери РОВ,
млн. т
агроценозы
Южная тайга
175,4
6,6
168,8
Лесостепь
289,1
59,6
229,5
61,0
19,8
41,2
Горные ландшафты
0,6
0,3
0,3
Долины рек
0,9
0,4
0,5
572,0
86,7
440,3
Степь
Всего
Потери РОВ достигли 440 млн. т
Наряду с потерями РОВ происходила
органического вещества, ПОВ (табл
(табл.. 2).
избыточная
минерализация
почвенного
Лесостепь потеряла около 30%
30% ПОВ, степь - 27%
27%.
Потери углерода ПОВ, в связи с культивацией земель на юге Западной Сибири
Таблица 2.
Ландшафтные
регионы
Запасы С, млн, т
прошлый
растительный покров
Потери ПОВ, млн.
т
агроценозы
216
179
37
Лесостепь
2590
1822
768
Степь
1116
812
304
Горные ландшафты
17
10
7
Долины рек
17
10
7
2834
1120
Южная тайга
Всего
3954
Суммарные потери углерода РОВ и ПОВ оцениваются в 1560 млн.т.
Потери углерода начались приблизительно в 1800 г., и круговорот углерода на
территории, занятой сейчас агроценозами, прошел несколько этапов.
Этап 1 – до 1800 г.
СО2
15
NPP=147
Вход С
527
РОВ
Гумификация РОВ
15
3954
ПОВ
Минерализация ПОВ
Естественные экосистемы находились в стационарном режиме:
режиме:
вход С в экосистему за год, т.е. чистая первичная продукция (NPP
NPP)) составляла
147 млн
млн.. т С за год, а запас РОВ - 527 млн
млн.. т С за год ,
за счет дыхания растений в атмосферу уходило 132 млн
млн..т С за год,
в почву, в процессе гумификации поступало 15 млн
млн.. т С за год,
такое же количество освобождалось в процессе минерализации ПОВ
ПОВ..
NPP=132
NPP=
132
СО2
13,2
527
Вход С
РОВ
322
Гумификация РОВ
Поступление с
органическими
удобрениями 0,2
Отчуждение
с урожаем 2,4
Этап 2 – переходный режим в агроценозах 1800
1800--1930 гг.
3954
ПОВ
13,4
СО2
Минерализация ПОВ
NPP (вход С снижается)
Идет вырубка лесов и распашка целины
Запасы РОВ падают с 527 до 322 млн
млн.. т С, но потерь почвенного С практически не
происходит, благодаря типу сибирского землепользования
землепользования::
Шесть лет поле под посевом (ПОВ падает), девять лет под залежью - (ПОВ
восстанавливается) и два года под паром
NPP=82
NPP=
82
Вход С
СО2
7,4
322
Поступление с
органическими
удобрениями 1.4
Отчуждение
с урожаем 1,4
Этап 3 – переходный режим в агроценозах с 1930 по 1970
3954
ПОВ
РОВ
87
Гумификация РОВ
32,8
СО2
2991 Минерализация ПОВ
С началом коллективизации исчезла залежнозалежно-паровая система земледелия
земледелия.. Поля работают
непрерывно и начиная с 1930 г. ПОВ уменьшается во всех пахотных почвах
почвах.. Почва вышла из
стационарного режима
режима..
С растительными остатками за год она получает только 7,4 млн
млн.. т. С, а теряет при
минерализации 32,
32,8 млн
млн.. т. Всеобщая распашка и замена естественной растительности
сельскохозяйственными культурами приводит к резкому снижению ПОВ
ПОВ..
Около 40 лет экосистемы находятся в переходном режиме с потерями.
NPP=56,5
NPP=
56,5
87
СО2
3,4
Поступление с
органическими
удобрениями 1.9
Отчуждение
с урожаем
22,5
Этап 4 19701970-1990 гг. – приближение переходного режима к стационарному.
13,1
2991
СО2
Минерализация ПОВ
Вход С
РОВ
Гумификация РОВ
ПОВ
2834
Низкий вход С (NPP)
NPP) из которого около половины отчуждается с урожаем.
урожаем.
Минерализационный поток из РОВ составляет 30,
30,6, а гумификационный только 3,4 млн
млн.. т С
за год
год.. Почва пока теряет больше С, чем получает за счет гумификации.
гумификации.
Однако без последующих нарушений агроценоз постепенно выйдет на колеблющийся,
но в многолетнем разрезе стационарный режим
режим..
Для его достижения требуется внесение удобрений и щадящие методы обработки почвы
почвы..
Так шла история превращения естественных экосистем в агроценозы
В результате использования земель
земель:: распашка, выпас, интенсивный выпас,
сенокошение растительный облик Западной Сибири изменился и вместе с
растительностью изменилась чистая первичная продукция – ключевая величина
круговорота..
круговорота
NPP – это обозначение чистой первичной продукции, то есть того количества
растительного органического вещества, которое создается экосистемой за единицу
времени на единице площади
площади.. Соответственно изменению использования земель
изменилось и распределение NPP
NPP..
Мы демонстрируем две карты NPP:
восстановленного (т.е. неизмененного) растительного покрова южной части
Западной Сибири и сегодняшнего для той же территории.
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДУКЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЗА 200 ЛЕТ
Изменения, произошедшие в растительном покрове:
1. В связи с распашкой исчез контур высокопродуктивных степей лесостепной зоны и пойменных лугов
2. Контур с продукцией 11-16 т/га/год остался только по заливным лугам
3. Основную площадь современного растительного покрова занимает контур, с продукцией 8,1-11 т/га/год:
агроценозы, косимые луга, степи с выпасом, используемые леса
4. На юге превалируют нераспаханные сухие степи и продукция контура не изменилась. Сосняки на севере средней тайги
вырубаются и используются человеком, в связи с чем продукция понизилась с 8-6 до 6-4 т/га/год.
5. Северо-западный контур восстановленного покрова имел самую низкую продукцию 2-4 т/га/год
Исследование последних лет позволяют увеличить продукцию до 6-8 т/га/год.
Таким образом, за 200 лет на территории юга Сибири произошли изменения
глобального характера
В заключение продемонстрируем несколько графиков.
1. Как распределяются площади между экосистемами в разных административных областях
Западной Сибири.
Сибири.
Новосибирская обл. S=16961 тыс.га
Алтайский край S=16790,2
S=16790,2 тыс.га
Омская обл. S=13970 тыс. га
7%
0%
26%
0%
24%
2%
Томская обл. S=30794
S=30794 тыс.га
18%
0%
43%
0%
8%
3%
30%
31%
2,2% 0%
4,1%
8,8%
35%
24,1%
37%
6%
30%
60,8%
леса
болота
травяные экосистемы
агроценозы
высокогорные экосистемы
нарушенные земли
2. Как распределена продукция (NPP
(NPP),
), т.е. производство фитомассы, выделение О2 и
потребление СО2 по тем же административным областям.
областям
Новосибирская обл. NPP=78.5 C*106 т в год
15%
0%
1%
Алтайский край NPP=71,1
NPP=71,1 C*106 т в год
22%
0%
0,1%
11%
Омская обл. NPP=68,9
NPP=68,9 C*106 т в год
25%
1%
30%
18%
1%
0%
Томская обл. NPP=96,4
NPP=96,4 C*106 т в год
27%
2% 0%
51%
1%
18%
42%
44%
12%
42%
37%
леса
болота
травяные экосистемы
агроценозы
высокогорные экосистемы
нарушенные земли