Пожары и круговорот углерода в бореальных лесах - Fire and carbon cycling in boreal forests

Высокоинтенсивный верховой пожар - типичный режим пожара в северных лесных регионах.

Наземные экосистемы найдены в северной части (или тайга ) регионы Северной Америки и Евразии занимают менее 17% поверхности суши, но содержат более 30% всего углерода, присутствующего в наземном биоме.[1] С точки зрения хранения углерода бореальный регион состоит из трех экосистем: бореальный лес, торфяник, и тундра. Обширные области земного шара вносят большой вклад в выбросы углерода в атмосферу из-за повышения температуры и опасности возникновения пожара. Высокие северные широты испытают самый значительный рост потепления на планете в результате увеличения выбросов парниковых газов в атмосферу, что поставит под угрозу сток углерода в этих областях. В дополнение к выбросу углерода в результате таяния вечной мерзлоты, лесные пожары высокой интенсивности станут более распространенными и, таким образом, будут способствовать высвобождению накопленного углерода. Это означает, что бореальный лес и его пожарный режим становятся все более значимым фактором в определении глобального углеродный бюджет.

Бореальные леса также являются важным экономическим фактором, особенно в России и Канаде, и неопределенность характера пожаров в будущем в результате изменения климата является одним из основных факторов, учитываемых в планах управления лесным хозяйством. Снижение разрешенных лесозаготовок могло бы стать решением долгосрочной неопределенности пожарных циклов.[2]

Круговорот углерода в бореальных лесах

Часть серии о
Цикл углерода
Формы органического вещества. Webp
По регионам

Хотя леса умеренного пояса и тропические леса в целом покрывают вдвое больше земли, чем бореальные леса, бореальные леса содержат на 20% больше углерода, чем два других вместе взятых.[1] Бореальные леса подвержены глобальному потеплению, потому что обратная связь по альбедо льда / снега на него значительно влияет температура поверхности, поэтому изменения альбедо поверхности и инфракрасной излучательной способности, вызванные пожарами, более значительны, чем в тропиках.[3]

Бореальные лесные пожары в значительной степени способствуют увеличению содержания парниковых газов в атмосфере. Большие бореальные пожары производят достаточно энергии для образования конвективных столбов дыма, которые могут проникать в тропосферу и иногда пересекать тропопаузу. Кроме того, низкие температуры в бореальных регионах приводят к низкому уровню водяного пара. Этот низкий уровень водяного пара в сочетании с низким уровнем солнечного излучения приводит к очень низкому фотохимическому производству ОН радикал, который является химическим веществом, контролирующим время жизни большинства тропосферных газов в атмосфере. Следовательно, выбросы парниковых газов при бореальных лесных пожарах будут иметь более продолжительный срок службы над лесом.[3]

Пожарный режим

В пожарные режимы бореальных лесов в Канаде и в России различны. В России климат более сухой, и большинство пожаров вызвано деятельностью человека. Это означает, что пожары меньшей интенсивности случаются чаще, чем в Канаде, и что большая часть выбросов углерода в результате пожаров приходится на Россию.[нужна цитата ] Практика ведения лесного хозяйства в России связана с использованием тяжелой техники и масштабных сплошных рубок, что приводит к изменению топливных комплексов. Сообщается, что эта практика приводит к тому, что районы превращаются в травянистые степи, а не восстанавливаются в новые леса. Это может привести к сокращению интервалов возврата к пожару. Производственные практики в России также создают дополнительную пожарную опасность (серьезные разрушения в Российской Федерации затронули около 9 миллионов га). Радиоактивное загрязнение на площади около 7 миллионов га создает опасность пожара, поскольку огонь может перераспределять радионуклиды.[4]

Большинство бореальных лесных пожаров в Канаде возникает из-за освещения. Следовательно, в Канаде в среднем меньше пожаров, но гораздо выше частота пожаров высокой интенсивности, чем в России, с частотой возгорания 57% в Канаде по сравнению с 6% в России.[5] Естественный огневое вращение через бореальные леса Канады и Аляски - от одного до нескольких столетий.

Торфяники и тундра

Средние глобальные температуры с 2010 по 2019 год по сравнению со средним базовым уровнем с 1951 по 1978 год. В северных регионах потепление происходит быстрее, чем в других местах. Источник: НАСА.

Огонь косвенно играет роль в обмене углеродом между земной поверхностью и атмосферой, регулируя режимы почвы и влажности, включая смену растений, фотосинтез и микробные процессы в почве. Почва в бореальных регионах является значительным поглотителем углерода в мире; Почва бореальных лесов содержит 200 Гт углерода, в то время как бореальные торфяники содержат 400 Гт углерода. В самых северных районах вечной мерзлоты содержится 10 355 ± 150 мкг органический углерод почвы (SOC) в верхних 0–3 м, и 21% этого углерода находится в резервуаре органического слоя почвы (SOL), обнаруженном в верхних 30 см грунтового слоя.[6]

Глубина органического слоя почвы является одним из факторов контроля вечной мерзлоты, приводя к обобщению двух областей в бореальном лесу: толстого слоя почвы и тонкого слоя почвы. Плотный органический грунт изолирует грунт от более теплых летних температур и способствует развитию вечной мерзлоты. Хотя вечная мерзлота сохраняет почву влажной зимой, в летние месяцы верхние органические горизонты почвы иссушаются. С повышением средней температуры вечная мерзлота тает более быстрыми темпами и, соответственно, увеличивается продолжительность сезона пожаров. Когда интервал без пожаров (FFI) уменьшается, потеря SOL может привести к смене домена на тонкий слой почвы, что приведет к меньшему накоплению углерода в почве, большей уязвимости к пожарам и уменьшению вечной мерзлоты. В черных еловых лесах уменьшение FFI может разрушить сукцессионные траектории, открывая дверь для вторжения лиственных деревьев и кустарников, что также дополнительно увеличивает уязвимость к пожарам.[6]

Данные о хранении углерода в вечная мерзлота региона, а также активность пожаров в бореальных лесах редка, что является серьезным препятствием для определения точного баланса углерода. Экспертная оценка показывает, что к 2100 году район вечной мерзлоты станет чистым источником углерода.[7]

Повышение температуры лесной подстилки на 5-10 градусов Цельсия после пожара значительно увеличит скорость разложения на годы после пожара, что временно превратит почву в чистый источник углерода (а не поглотитель) на местном уровне.[1]

Пожар увеличивает биогенные выбросы NO и N20 из почвы.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Касишке, Эрик С. (2000). «Бореальные экосистемы в глобальном углеродном цикле». Экологические исследования. Экологические исследования. 138: 19–30. Дои:10.1007/978-0-387-21629-4_2. ISBN  978-1-4684-9532-4.
  2. ^ Дэниел, Колин Дж .; Тер-Микаэлян, Михаил Т .; Уоттон, Майк Б.; Рейфилд, Бронвин; Фортин, Мари-Жозе (2017). «Включение неопределенности в планирование управления лесным хозяйством: заготовка древесины, лесные пожары и изменение климата в бореальных лесах». Экология и управление лесами. Elsevier B.V. 400: 542–554. Дои:10.1016 / j.foreco.2017.06.039.
  3. ^ а б c Левин, Джоэл С .; Кофер III, Уэсли Р. (2000). «Выбросы от бореальных лесных пожаров и химия атмосферы». Экологические исследования. 138: 44–45.
  4. ^ Goldammer, Johann G .; Штоки, Брайан Дж. (2000). «Евразийская перспектива пожара: размер, управление, политика и научные требования». Экологические исследования. 138: 53.
  5. ^ де Гроот, Уильям Дж .; Кантин, Алан С .; Фланниган, Майкл Д.; Soja, Amber J .; Gowman, Lynn M .; Ньюбери, Элисон (2013-04-15). «Сравнение режимов бореальных лесных пожаров в Канаде и России». Экология и управление лесами. Мега-огненная реальность. 294 (Дополнение C): 23–34. Дои:10.1016 / j.foreco.2012.07.033.
  6. ^ а б Хой, Элизабет Э .; Турецкий, Мерритт Р .; Касишке, Эрик С. (2016). «Более частое сжигание увеличивает уязвимость бореальных лесов черной ели на Аляске». Письма об экологических исследованиях. 11 (9): 095001. Bibcode:2016ERL .... 11i5001H. Дои:10.1088/1748-9326/11/9/095001. ISSN  1748-9326.
  7. ^ Эбботт, Бенджамин У .; Джонс, Джереми Б.; Schuur, Эдвард А. Г .; III, Ф. Стюарт Чапин; Боуден, Уильям Б .; Брет-Харт, М. Синдония; Эпштейн, Говард Э .; Фланниган, Майкл Д.; Хармс, Тамара К. (2016). «Биомасса практически не компенсирует выброс углерода вечной мерзлоты из почв, ручьев и лесных пожаров: экспертная оценка». Письма об экологических исследованиях. 11 (3): 034014. Bibcode:2016ERL .... 11c4014A. Дои:10.1088/1748-9326/11/3/034014. ISSN  1748-9326.