Построение концептуальных и математических моделей

зональных типов наземных экосистем

Номер гос. регистрации: 01200117398.

Исполнители темы История создания и развитие научного направления

Полевые исследования Научная деятельность и достигнутые результаты

Участие в международных и национальных проектах, программах и грантах

Современное состояние Не только наука

Исполнители темы

Руководитель темы -

в.н.с., д.б.н. Карелин Дмитрий Витальевич

Профессор, д.б.н.

Замолодчиков Дмитрий Геннадьевич

С.н.с., к.б.н.

Честных Ольга Владиславовна

М.н.с.

Иващенко Андрей Иванович

История создания и развитие научного направления

Основатель и первый руководитель темы в период с 1979 по 1994 г. - старший научный сотрудник биологического факультета, д.б.н. Тагир Габдулнурович Гильманов. Направление было создано по инициативе профессора Вадима Дмитриевича Федорова на возглавляемой им кафедре гидробиологии. В 1970-х В.Д.Федоров задумал создать на базе кафедры гидробиологии кафедру общеэкологического направления. Для этого он активно приглашал и собирал под свое крыло талантливых экологов, способных организовать в университете обучение активно развивающемуся в мировой науке системному экологическому подходу и моделированию. Созданный им в эти и последующие годы коллектив преподавателей и исследователей из разных областей биологии, математики, химии и физики оказал огромное влияние на дальнейшее развитие теоретической экологии в СССР и России.

Несомненно, одним из главных движителей экологической мысли на кафедре гидробиологии и общей экологии стал Т.Г. Гильманов. В соавторстве с В.Д. Федоровым он выпускает в 1980 году учебник для ВУЗов «Экология», до сих пор уникальный по своему уровню. Им читались авторские спецкурсы по системной экологии и популяционной динамике.

Одной из заслуг Т.Г. Гильманова является популяризация и постепенный сдвиг в сознании классических биологов, не принимавших новый динамический подход с применением математических моделей. Созданная Т.Г. Гильмановым научная школа и группа молодых исследователей успешно существовали до 1994 года, когда он окончательно переехал в США.

За период с 1980 по 1994 г. в рамках НИР в коллективе было защищено 6 кандидатских диссертаций (среди них: «Моделирование продукционного процесса древесного яруса экосистемы ельника-кисличника южной тайги» (Честных О.В., 1986), «Моделирование динамики численности и биоэнергетики популяций рептилий» (Замолодчиков Д.Г.,1989), «Имитационное моделирование динамики численности и биоэнергетики лесных насекомоядных птиц (Paridae, Passeriformes)» Карелин Д.В.,1990) и одна докторская («Теоретические основы математического моделирования экосистем» Т.Г Гильманов, 1992). Под руководством научной группы студентами факультета ежегодно защищались дипломы и курсовые. Ученики Т.Г. Гильманова подхватили упавшее знамя, и в 1994 году тема была утверждена в качестве одной из НИР на кафедре зоологии позвоночных животных и общей экологии в измененной редакции. Новым руководителем темы стал к.б.н., н.с. Карелин Д.В.

Ведущей идеей Т.Г. Гильманова было последовательное создание членами рабочей группы своеобразного «банка динамических математических моделей», которые в дальнейшем можно было бы инкорпорировать в более сложные блоковые модели экосистем и биосферы. В период с 1980 по 1991 год основное внимание группы уделялось проблемам имитационного моделирования динамики численности и биоэнергетики отдельных таксонов позвоночных (рептилий, птиц, мышевидных грызунов, сусликов, ластоногих) животных и растений (белый саксаул), но помимо этого развивалось и направление моделирования сообществ и наземных экосистем в целом (степи, ельники). Главным методом исследований оставалось имитационное моделирование на ЭВМ. Вплоть до 1989 года (начало эры массового появления персональных компьютеров в СССР и России) все модели реализовывались на БЭСМ-6.

Помимо моделирования, сотрудники занимались сбором собственных полевых данных для проверки и дополнения своих моделей: на Звенигородской биостанции (Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.В., Воронин М.В.), опытном стационаре в районе Джанибек в Северном Казахстане (Гильманов Т.Г., Замолодчиков Д.Г., Иващенко А.И., Белоглазов М.А., Карелин Д.В.), в биосферном заповеднике Репетек и Сюнт-хасардагском заповеднике в Туркмении (Гильманов Т.Г., Карелин Д.В.), на Куршской косе, Северо-Западном Кавказе (1986-88 гг., Д.В. Карелин), острове Врангеля (Карелин Д.В., Воронин М.В.), а также в Приморье, Прибайкалье и на Западном Саяне (Д.В. Карелин).

В 1987-88 гг. группа совместно с институтом проблем управления АН СССР и Институтом эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР принимала участие в наблюдениях, учетах и моделировании в рамках масштабного национального проекта по изучению экосистем котловины озера Убсу-Нур. В эти годы организованы две летние экспедиции в Туву и Монголию. В 1990 году Т.Г. Гильманов знакомится с Уолтером Ошелем (Walter Oechel), профессором университета Сан-Диего (Калифорния, США). Это сотрудничество становится знаковым для научного коллектива на многие годы вперед. В 1991-92 годах на Аляске сотрудники группы (Карелин Д.В., Бочкарев С.В., Иващенко А.И.) принимают участие в полевых измерениях баланса углекислого газа в составе международной группы под руководством проф. В. Ошеля по изучению влияния глобального потепления на функционирование арктических экосистем.

В 1992 году академиком А.С. Исаевым организуется Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (ЦЭПЛ РАН), где Т.Г. Гильманов получает лабораторию и приводит с собой основных сотрудников (Замолодчикова Д.Г., Честных О.В., Карелина Д.В.). После отъезда Т.Г. Гильманова в США, Д.Г. Замолодчиков становится лидером научной группы в ЦЭПЛ РАН. Начинается многолетняя работа по созданию баз данных и моделированию различных резервуаров и потоков углеродного баланса лесов РФ на основе данных Государственного учета лесов СССР и Рослесхоза. Параллельно продолжаются исследования в российских и североамериканских тундровых экосистемах в плодотворном сотрудничестве с группой проф. В. Ошеля. В 1993-94 гг. организованы сезонные экспедиции в тундры Западного Таймыра по изучению и моделированию их углеродного баланса. В 1995 – 96 гг. проводятся полевые наблюдения в районе большеземельской тундры в окрестностях г. Воркуты (Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.В., Иващенко А.И.). В эти годы там создается полевой стационар «Тальник» по мониторингу состояния мерзлотных экосистем в условиях меняющегося климата, успешно функционирующий и сейчас. В 1997 г. группа выигрывает конкурсный проект японского института Инновационных технологий Земли по изучению влияния геотермальных источников на углеродный баланс. В 1997-98 гг. с этой целью проводятся экспедиции на Восточную Чукотку. В 1999 г. продолжаются измерения потоков диоксида углерода на стационаре «Тальник». В 1998-99 годах начинается освоение метода турбулентной ковариации на Аляске (Д.В. Карелин, Д.Г. Замолодчиков). С 2000 года организованы стационарные круглогодичные наблюдения за динамикой потоков CO₂, паров воды и энергии на стационаре «Лаврентия» (Восточная Чукотка), которые продолжаются с небольшими перерывами до 2005 г.

По мере сокращения масштабов полевых исследований в тундрах, лаборатория биосферных функций леса ЦЭПЛ РАН все активнее участвует в подготовке РФ к подписанию Киотского протокола к рамочной конвенции ОНН по изменениям климата. С этой целью создаются базы данных по пулам и потокам углерода, методики по пересчету лесоинвентаризационной информации в запасы углерода, динамические и регрессионные модели углеродного баланса лесов РФ. После подписания Россией Киотского протокола (2004 г.) эта работа становится для исследовательской группы преобладающей.

Полевые исследования

Полевые измерения потоков C-CO₂, паров воды, энергии и активного слоя мерзлоты, а также оценка их факторов за 15 полевых сезонов (1993-2007 гг.) проводилась в 10 географических точках российской криолитозоны: в Большеземельской тундре («Тальник» (1996, 1999: 67º 20′N, 63º 44′E), пос. Хальмер-Ю (1995: 67º 57′N, 64º 40′E)), на Северо-Западном Таймыре: пос. «Кресты» (1993-94: 70º 51′N, 89º 54′E), на стационаре «Агапа», одной из точек МБП (1993: 71º 26′N, 89º 14′E), р. Пуре (1993: 72º 17′N, 85º 45′E), стационаре «Тарея», одной из точек МБП (1993-94: 73º 15′N, 90º 36′E), озере Ая-Турку (1994: 73º56′N, 91º 54′E)), а также на Чукотском п-ове: в районе мыса Чаплино (1997: 64º 26′N, 172º 30′W), в районе о.Иони (1998: 65º 48′N, 173º 22′W) и пос. Лаврентия (2000-н.в.: 65°36¢N, 171°03¢W)).

За период исследований было организовано 6 полевых стационаров, из которых 2 Международную программу мониторинга активного слоя CALM (1998 – н.в.).

Сбор материалов проводился в периоды активной вегетации растений (июль-август), а также в периоды завершения снеготаяния (июнь), завершения вегетации и установления постоянного снежного покрова (сентябрь-октябрь). С июля 2000 г. по 2005 г. в окрестностях пос. Лаврентия проводился круглогодичный инструментальный мониторинг и натурные наблюдения за изменениями климата, динамикой потоков водных паров, диоксида углерода, и баланса солнечной радиации на границе раздела «тундровая растительность-атмосфера», а также сопутствующих экологических факторов (влажности почвы, глубины протаивания, проективного покрытия (растений). Потоки атмосферных газов оценивались, в этом случае, как микрометеорологическим ковариационным методом, так и с помощью закрытых камер.

Начиная с 1999 г. проводятся ежегодные 3-х кратные кратковременные экспедиции (в период с июня по сентябрь) на стационар «Тальник», где проводится комплекс стандартных измерений активного слоя, почвенных характеристик, запасов фитомассы, проективного покрытия, потоков метана. На этом стационаре установлены измерительные датчики, автоматически регистрирующие температуры воздуха и почвы. Кроме того, в 1996, 1998-99 гг. здесь проводились летние и зимние газиметрические наблюдения с помощью камер.

Всего в российской тундровой зоне проводились работы в 29 различных типах наиболее характерных микроместообитаний в широтном диапазоне от арктической до южной тундры (65º - 74ºN) и от 63ºE до 172ºW по долготе, что составляет около 50% разнообразия тундровых экосистем РФ и 70% по их площадному представительству. Дополнительная информация была получена во время экспедиций на Северный склон (North Slope) п-ва Аляска (США) (влажные осоковые, полигональные и кочкарные тундры, июнь-сентябрь 1991 г.; влажные осоковые и полигональные тундры июнь-август 1999 г.), и п-ов Сюард (послепожарные кочкарные тундры, июнь-август 2001 г.).

Научная деятельность и достигнутые результаты

1991-1994: Начаты полевые работы по измерению потоков CO₂ на границе раздела «почва и тундровая растительность – призменый слой атмосферы» камерным методом. Осваивается методика в ходе двух экспедиций на Аляску. Первые самостоятельные исследования проводятся на Западном Таймыре. В ЦЭПЛе РАН начата инвентаризация данных Государственного учета лесов с целью оценки углеродного бюджета и основных пулов углерода РФ.

1995-1996: Усовершенствована модель углеродного баланса основных тундровых экосистем, разработанная на оригинальных материалах. Фенологический подблок для модуля "растительность" зоны тундры дополнен новой полевой информацией по надземной фитомассе и газовому инфракрасному анализу потоков CO₂

в тундровых экосистемах, полученной в ходе исследований в Большеземельской кустарниковой тундре, а также метеоданными Обнинского центра. Главное внимание уделено вычислению основных параметров углеродного баланса экосистем, включая оценку живой надземной фитомассы, мортмассы, первичной продукции, темнового и подземного дыхания и общего углеродного баланса. Получено, что южные кустарниковые тундры, несмотря на то, что в целом демонстрируют большие величины потоков по сравнению с Таймырской типичной тундрой, - также имеют близкий к нулю ландшафтный баланс углерода, что подтверждает взгляд на современные тундровые ассоциации, как на климаксное сообщество. Исключение составляют послепожарные пирогенные ряды сукцессии. Проведена проверка модели на материалах по Большеземельской тундре и составлен прогноз изменения состояния сообществ в регионе в соответствии с климатическими трендами за последние 40 лет. Модель адекватно описывает сезонные и годичные углеродные потоки в зависимости от климата, запасов надземной фитомассы и почвенной температуры. Получено, что экосистемы южной тундры могут превратиться в источник углерода при краткосрочном повышении температуры внутри сезона, однако долговременные температурные тренды не позволяют предполагать такой трансформации. Начато построение компьютерных карт и геоинформационных систем для тундровой зоны России в целом, позволяющих рассчитывать и наглядно демонстрировать пространственное распределение основных параметров тундровых экосистем типичной тундры Таймыра (сезонная динамика запасов фитомассы, оценка годичной продукции, потоков углерода и т.д.) с требуемой точностью.

В июне-июле 1996г. продолжены экспедиционные полевые исследования потоков углерода в южных тундрах (район Воркуты) с акцентом на изучении запасов живой надземной фитомассы, роли вечной мерзлоты, подземного и темнового дыхания, и роли фотосинтеза отдельных фракций растительности в общем балансе. Особое внимание уделено влиянию температурного оптимума фотосинтеза арктических растений на общий баланс углерода. Найдено, что повышение температуры в тундре может не только повышать скорость деструкции органического вещества, но и подавлять фотосинтез арктических видов с низким оптимумом этого процесса. Выяснена "критическая" величина среднесуточной температуры воздуха (+14.5С) при переходе которой углеродный баланс в различных географически тундровых регионах меняет знак, т.е. ландшафт из стока становится источником углерода в виде CO₂, и наоборот. Причем эти процессы обратимы. Последнее следует рассматривать как прямое свидетельство одного из следствий гипотезы глобального потепления, а именно превращения арктических экосистем из стока в источник углерода для атмосферы в результате потепления через механизм преобладания валового дыхания над фотосинтезом.

Продолжен сбор литературной информации по составу накопленной органики в тундровых сообществах, споро-пыльцевому анализу, эволюции и роли криогенных и пирогенных сукцессий в функционировании тундровых экосистем; роли азотного баланса и сезонной динамики оттаивания мерзлотного грунта. Выявлена существенная роль начальных ("молодых" - 1-10 лет) стадий пирогенных рядов сукцессий в южной тундре, являющихся "стоком" углерода, наряду с заболоченными тундровыми ассоциациями.

На оригинальных материалах по Таймырской тундре построена вспомогательная математическая аналоговая модель сезонной динамики оттаивания вечной мерзлоты, отличающаяся от традиционных решений задачи Стефана (совместно с М.В.Глаголевым). В ходе ее верификации выяснилось, что в начальный период оттаивания мерзлоты (середина июня - начало июля) происходит резкое, скачкообразное увеличение глубины оттаивания, которое затем постепенно растет до конца вегетационного сезона. Аналогичный скачок наблюдается и в конце сезона, когда верхний слой почвы промерзает за несколько суток.

Выполнен обзор и рассчитаны параметры углеродного цикла одной из наименее изученных лесообразующих древесных пород России - кедрового стланика (Pinus pumila), являющейся доминантом на северо-востоке страны в климатически наиболее суровых местообитаниях.

1997-1998: Проведены сравнительные полевые исследования потоков углерода и сопряженных экологических параметров в тундровых и термальных экосистемах Чукотской тундры с акцентом на изучении первичной продукции, запасов живой подземной фитомассы и мортмассы, роли вечной мерзлоты, почвы и скорости разложения в общем балансе. Работы проводились в июле-августе 1997г. в Провиденском районе на юго-востоке Чукотского п-ва по договору с правительством ЧАО (стационар «Чаплино»). Установлены закономерности функционирования тундровых экосистем в условиях длительной естественной экспозиции при высоких температурах грунтовых вод и повышенном содержании углекислого газа в районе термальных источников, что рассматривается как естественная модель возможных последствий потепления климата. Уровень валовой продукции и запасы фитомассы найдены существенно зависящими от почвенных температур. В то же время чистый сток и общие запасы углерода в почве максимальны в диапазоне почвенных температур от 10 до 15С. Более высокая валовая продукция в экосистемах с повышенным CO₂ и температурой почвы больше обязана запасам зеленой фитомассы на единицу площади, чем изменениям физиологических характеристик фотосинтеза самих растений. Обогащение окружающего воздуха CO₂ в районах активности CO₂-газирующих ключей дополнительно к воздействию температуры, приводит к снижению фотосинтетической эффективности изученных видов тундровых растений (на сухой вес ассимилирующих органов), и не затрагивает их дыхательные характеристики. Арктические виды при высоких температурах менее экономичны (уровень дыхания выше), чем термальные. Длительная акклимация собственно аркто-альпийских видов (карликовая березка, вороника, ряд карликовых ив) к температуре не сопровождается изменениями дыхания, но способствует увеличению их фотосинтетической эффективности.

Завершена и реализована феноменологическая модель углеродного баланса тундровых и лесотундровых экосистем России на материалах 1993-97гг., а также в результате обработки литературных материалов и баз данных по продуктивности экосистем и климату. Модель проверена на имеющихся полевых и литературных материалах и составлен прогноз по состоянию различных тундровых сообществ в зависимости от сценариев изменения климата. Модель дает более адекватный прогноз по состоянию различных тундровых сообществ в зависимости от сценариев изменения климата по сравнению в предыдущей версией. Продолжены, начатые в 1997г., сравнительные полевые исследования потоков углерода и сопряженных экологических параметров в тундровых экосистемах Чукотки, находящихся в условиях длительного естественного подогрева и повышенной концентрации углекислого газа. Работы проводились в июле-августе 1998г. в Чукотском районе на крайнем востоке Чукотского п-ва («Иони»).

Продолжено начатое в 1993 г. изучение биосферных функций леса и их изменений под влиянием глобального изменения климата и антропогенного воздействия. Проведена оценка экологического потенциала лесов России и их роли в стабилизации биосферных процессов. Для этой цели выполнен анализ изменчивости конверсионных коэффициентов и аллометрических уравнений для определения запасов углерода в фитомассе лесных экосистем. В применении к лесам России впервые были рассчитаны конверсионные коэффициенты по преобладающим породам древостоев в пределах групп возраста, на основе которых были получены оценки содержания углерода в фитомассе лесов России. На следующем этапе проработки проблемы рассмотрено влияние географического положения на величину конверсионных коэффициентов. Полученные конверсионные коэффициенты рекомендованы для решения задач, связанных с инвентаризацией запасов углерода в лесных насаждениях. Это относится к углеродной оценке древостоев с известным значением возраста, либо возрастного класса. Особую актуальность такие задачи обретают при реализации международных проектов по углеродному кредиту. Найденные коэффициенты оптимальны при углеродной интерпретации данных таблиц хода роста, что позволяет использовать лесоводческие данные для экологических оценок скорости первичной продукции и деструкции в лесах.

Проведен анализ распределения ФАР и радиационного баланса на территории лесной и тундровой зон России, с целью их использования при разработке алгоритмов для расчетов потенциальной продуктивности лесов России. Определены индексы листовой поверхности насаждений лесообразующих пород России с учетом их географического положения. Проведена оценка запасов углерода в почвенном пуле лесов России по литературным данным.

1999: Освоены основные методические приемы исследований и получены предварительные результаты в рамках многолетней международной программы по изучению динамики углеродных потоков, водяного пара и энергии в приземном (пограничном) слое атмосферы в тундровой зоне Берингии в связи с глобальными изменениями современного климата. Впервые получены сезонно-динамические характеристики климата, СО₂, Н₂О и энергии на п-ве Аляска (США) на различных уровнях обобщения: в закрытых камерах (мелкий масштаб) и микрометеорологическим методом (стационарные башни и специальные самолеты: средний и крупный масштабы), что позволяет проводить взвешенные ландшафтные оценки потоков в зоне Берингии (Чукотский п-в - Аляска). Предварительные данные свидетельствуют о восстановлении способности тундровых экосистем Аляски к преимущественному депонированию углерода атмосферы впервые после начала потепления климата в этом регионе в 80-90х годах прошлого столетия.

Круглогодичные исследования эмиссии углекислого газа в тундровых сообществах южных кустарниковых тундр (район г.Воркута, октябрь 1998 - сентябрь 1999) позволили впервые для тундровой зоны РФ установить полную внутригодичную количественную динамику потоков СО₂, в том числе для холодного периода года. Выявлена экспоненциальная зависимость размера надснежной эмиссии С-СО₂ от температуры воздуха и почвы.

2000-2001: продолжены наблюдения и эксперименты в рамках международной программы по изучению динамики углеродных потоков, водяного пара и энергии в приземном слое атмосферы в зоне Берингии в связи с флуктуациями современного климата. На основании результатов 2000г. район исследований (Чукотский п-ов, пос. Лаврентия) включен в международную сеть станций мониторинга. Это первые круглогодичные непрерывные измерения этих потоков на территории России. Аналогичные работы были проведены в июне-августе 2001г. в кочкарных тундрах на п-ве Сюард (Аляска, США) на временно установленном полевом оборудовании. Сезонно-динамические характеристики климата, потоков СО₂, Н₂О и энергии сверялись на различных уровнях обобщения: в закрытых камерах (мелкий масштаб) и микрометеорологическим методом (стационарные башни и самолеты), что позволило осуществить взвешенные ландшафтно-временные оценки. Продолжались работы по сбору данных по многолетней и сезонной динамике активного слоя почвы и запасов фитомассы на стационаре «Тальник». Результаты свидетельствуют о восстановлении способности тундровых экосистем к преимущественному связыванию углекислого газа впервые после начала потепления климата в Северном полушарии.

2002: Разработана концепция оценки природоохранных и биосферных функций леса с целью выработки новых подходов к характеристике лесосырьевых ресурсов России. Проведено районирование бореальных лесов России по сырьевой и природоохранным критериям. Продолжена оценка пулов и потоков органического углерода лесов и лесных земель России в рамках подготовки к подписанию РФ Киотского протокола. Продолжены наблюдения и эксперименты в рамках международной программы по изучению динамики углеродных потоков, водяного пара и энергии в приземном слое атмосферы в зоне Берингии в связи с современными изменениями климата. Данные аномально теплого 2002 г. являются крайне важными в понимании функционирования российских тундровых экосистем Берингии в условиях глобального потепления. Полевые наблюдения подтверждают ранее теоретически предсказанную реакцию экосистем на смещение в сторону источника углекислого газа при резком потеплении. Продолжение многолетних стационарных исследований динамики запасов фитомассы, климата, скорости оттаивания активного слоя и влажности почвы в тундровых сообществах южных кустарниковых тундр («Тальник», июнь 1996 - сентябрь 2002) позволили усовершенствовать предикторные возможности ранее созданной регрессионной модели углеродных потоков и приступить к созданию имитационной модели для тундровой зоны в целом. В качестве нового параметра включены оценки потоков метана, в том числе на восстанавливающихся после пожаров площадях.

В итоге полевых исследований 1991-2003 гг. создана самая большая в мире единая база полевых данных по потокам диоксида углерода в тундровых экосистемах.

2003-2004: Проанализированы масштабы лесохозяйственной деятельности прошедшего столетия и ее влияние на углеродный цикл лесов России за 90-е годы. Выделены и количественно оценены потоки углерода, связанные с рубками леса. Для второй половины 90-х годов по отношению к размерам депонирования углерода суммарный вклад лесопользования оценивается в 22%. Полученные материалы важны для оценки роли лесопользования как регулятора стоков парниковых газов в рамках Киотского процесса.

Впервые предложена расчетная схема, позволяющая оценить величину и динамику пула углерода в крупных древесных остатках, а также годичную эмиссию углерода от их разложения. Пул углерода в крупных древесных остатков добавляет 11 Гт С к запасам углерода в лесах России, что составляет треть от его резервуара в живой фитомассе. Этот пул обладает положительной динамикой, то есть является стоком углерода, что определяется динамикой земле- и лесопользования в России в предыдущие десятилетия. Разработанный методический подход может быть использован при создании системы учета стоков и источников парниковых газов в лесах России.

Разработаны методические приемы, позволяющие получать детализированные оценки пулов и потоков углерода в лесных экосистемах. Эти методики касаются: 1) оценки почвенных запасов биологического углерода и азота на землях лесного фонда; 2) расчета чистой первичной продукции лесных насаждений по величине надземной фитомассы и возрасту древостоя; 3) конверсии запасов насаждений в фитомассу с учетом их таксационных показателей.

Подитожены наблюдения и эксперименты международного проекта по изучению динамики углеродных потоков, водяного пара и энергии в приземном слое атмосферы в зоне Берингии в связи с современными изменениями климата.

В рамках программы наблюдений за активным слоем мерзлоты CALM получено, что на фоне общей тенденции к росту активного слоя в результате потепления, местные условия способны обращать эту тенденцию.

2005: Впервые осуществлена оценка годичных бюджетов углерода лесов РФ по углеродному пулу фитомассы за 1998-2004 гг. Доказано, что леса России в среднем за указанный период были стоком углерода, величина которого превышает установленные для России квоты на снижение выбросов посредством лесоуправления для первого периода действия Киотского протокола. Это серьезный аргумент в пользу принятия национального решения об учете углеродного эффекта лесоуправления в рамках статьи 3.4 Киотского протокола. Разработаны критерии выделения управляемых лесов для учета углеродного эффекта деятельности по лесоуправлению в рамках статьи 3.4 Киотского протокола. Они включают оценку обеспеченности выделяемых лесов данными государственных учетов лесного фонда, уровня охраны и защиты лесов, и хозяйственной деятельности, обеспечивающей наличие антропогенных стоков парниковых газов (абсорбции лесами атмосферного углерода). В соответствии с разработанными критериями осуществлено предварительное разделение лесного фонда России на управляемые и неуправляемые леса, проведены расчеты годичных бюджетов углерода для управляемой части лесного фонда РФ за период 1998-2004 г. Показано, что современный сток углерода в углеродный пул фитомассы лесов России определяется в основном их управляемой частью. Найденные критерии рекомендованы к практическому использованию уполномоченными органами федеральной власти для официального выделения границ управляемых лесов.

2006: Исследован потенциал лесовосстановления и лесоразведения по увеличению поглощения углерода лесами России. Рассмотрены 4 варианта мер по увеличению поглощения углерода: 1) уход за естественным лесовосстановлением; 2) содействие естественному лесовосстановлению; 3) создание лесных культур; 4) защитное лесоразведение. Суммарная площадь, доступная для осуществления мер (1-3), составляет 33 млн. га и является частью не покрытых лесом земель лесного фонда (107 млн. га). Четвертый вариант мер, защитное лесоразведение, охватывает земли, которые не являются частью лесного фонда, но при этом нуждаются в создании лесополос и лесных насаждений для защиты полей, рек и водохранилищ, а также закрепления склонов оврагов, движущихся песков и т.д. Площадь доступных для защитного лесоразведения земель составляет 10.8 млн. га, большая часть которых (94%) приходится на Европейскую часть России в южной широтной зоне. Средний уровень дополнительного поглощения углерода при осуществлении всех 4-х вариантов мер оценен в 0.58 т С на 1 га в год. Площади в южной зоне России являются более продуктивными, как и все районы Европейской части. Максимальные уровни поглощения углерода варьируют от 1.6 до 2.0 т С на 1 га в год в южной зоне Европейской части и от 0.8 до 1.2 т С на 1 га в год в северной зоне Восточной Сибири.

Проведены расчеты запаса углерода в крупных древесных остатках и эмиссии от их разложения для лесов России. Проанализированы материалы созданной ранее базы данных по запасам крупных древесных остатков (дебриса) в лесных экосистемах Северной Евразии и Северной Америки, а также математические модели, используемые при аппроксимации скорости разложения древесины разных лесных видов в зависимости от климатических условий и толщины мертвого древесного материала. Выбраны наиболее перспективные функции для математического описания скорости разложения древесины в зависимости от дендрологического состава (хвойные и лиственные), толщины (диаметра) гниющих остатков и климатических параметров региона (среднегодовая температура и осадки). Модель реализована на данных государственного учета лесного фонда по состоянию на 1 января 2003 г. Суммарный запас дебриса для Российской Федерации составил 12641 Мт органического вещества, или 6321 Мт С в расчете на углерод. Суммарная величина эмиссии от разложения дебриса 212.5 Мт С в год, а уровень накопления углерода 39.7 Мт С в год. На основе полученных оценок разработана система конверсионных коэффициентов, позволяющая пересчитать объемные запасы древесины насаждений в массовые запасы дебриса. Указанная система коэффициентов использована в расчетах процедуры сектора «лесное хозяйство» Национального кадастра стоков и источников парниковых газов РФ.

2007: С использованием данных последовательных государственных инвентаризаций лесов осуществлена оценка динамики углеродного бюджета управляемых лесов России. В начале 1990-х годов сток углерода в управляемые леса составлял около 50 млн. т С в год, к середине 2000-х годов он увеличился до 200 млн. т С в год. 80% стока приходится на пул углерода фитомассы, вклад пулов углерода мертвой древесины, подстилки и почвы оказывается сравнительно невелик по сравнению с размером этих пулов. Увеличение способности управляемых лесов России к поглощению углерода объясняется существующими тенденциями в развитии лесного сектора. Ключевым фактором является двукратное падение объемов изъятия углерода с лесозаготовками в начале 90-х годов.

Д.Г. Замолодчиков в качестве эксперта ООН принимает участие в подготовке посткиотских соглашений (на период после 2012 года) на международном форуме по изменению климата, проходившем на острове Бали (2-16 декабря 2007, Индонезия).

2007-2008: подготовлено участие Карелина Д.В. и Замолодчикова Д.Г. в 53-ей Российской Антарктической Экспедиции (РАЭ-53). В феврале-марте 2008 г. ими выполнены полевые исследования на российской станции Беллинсгаузен (Антарктида) по изучению потоков углерода с почвенным дыханием, проведена вертикальная и горизонтальная электроразведки сплошной мерзлоты, оценены основные параметры растительности и почво-грунтов в районе исследований, взяты пробы почво-грунтов с разной глубины на микробный состав, пробы на метан, заложена первая в субантарктике площадка (100 х 100 м) по программе CALM-S.

Участие в международных и национальных проектах, программах и грантах

1. Проект 4.3.3. Влияние глобальных климатических изменений на травяные и кустарничковые экосистемы ГНТП 18 «Глобальные изменения природной среды и климата» (1993 – 2000 гг.) Министерства науки и технической политики Российской Федерации.

2. Университеты России, 231-92 "Модульные иерархические модели экосистем России" (1993-1997).

3. Международный грант NSF USA “Gas and energy fluxes over Arctic ecosystems” (1998-2001).

4. Грант 6184-98 National Geographic Society (USA) (1998-99).

5. Международный грант RITЕ (Japan) 1997-98. “Effects of Elevated CO₂ and temperature on carbon fluxes and plant photosynthesis at tundra ecosystems”.

6. Грант R7 grant of State Department (USA) (1993-1994).

7. Программа Supplemental program for NSF LAII grant (1996); National Science Foundation, Arctic Systems Science, Land-Atmosphere-Ice-Interactions Program (OPP-9216109).

8. Программа "Университеты России" раздел "Экология" тема: 231-92 проект: "Модульные иерархические имитационные модели экосистем" (1995-1996).

9. Договор «Углеродные потоки в экосистемах лесов и тундр» с Институтом физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.

10. Тема МЯ-47 «Развитие инновационных технологий, направленных на решение проблем поступления в атмосферу парниковых газов в результате деградации вечной мерзлоты, синтезированных в комплексной модели развития климатических процессов в РФ».

11. Грант Национального научного фонда США «Variability in Carbon and Energy Fluxes: Towards a Global Synthesis” (522578) (1998 – 2003).

12. Международная программа по наблюдению за состоянием активного слоя вечной мерзлоты (CALM) (2000 – н.в.).

13. Грант национального научного фонда США MSG000

14. Проекты Рослесхоза: «Разработка моделей углеродного бюджета лесов Российской федерации и оценка их потенциала по поглощению парниковых газов» (лот №2)

«Методическое обеспечение лесохозяйственной деятельности и регулярных оценок эмиссии и стоков углерода лесами в условиях выполнения Российской Федерацией обязательств по Рамочной конвенции ООН об изменении климата и Киотскому протоколу» (лот 7-ЛХ)

Современное состояние

В настоящее время в выполнении темы НИР участвуют ее руководитель, в.н.с., д.б.н. Д.В. Карелин, и исполнители: проф., д.б.н. Д.Г. Замолодчиков, ст.н.с., к.б.н. О.В. Честных, и м.н.с. А.И. Иващенко. Продолжается активное сотрудничество с Центром по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (http://www.cepl.rssi.ru), где Д.Г. Замолодчиков является заместителем директора, а О.В. Честных и Д.В. Карелин – внештатными старшими научными сотрудниками. За период с 1991 по 2007 г. сотрудники опубликовали более 200 статей и тезисов международных конференций, 6 коллективных монографий. Принято участие в 32 международных и российских конференциях, симпозиумах и форумах. Сейчас регулярные полевые наблюдения и сбор образцов проводятся 3-4 раза в год на стационаре «Тальник» (р-н Воркуты), 1 раз в год на стационаре «Лаврентия» (Восточная Чукотка), а также на Звенигородской биостанции и Костромском стационаре.

Среди наших постоянных научных партнеров: Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Институт микробиологии РАН, Институт криосферы Земли РАН.

Не только наука

Банк фотографий наземных биомов Земли

горные экосистемы дождевые леса пустыни и чапарали степи и саванны тундры и полярные пустыни

Кроме основной научной деятельности, в ходе поездок в разные уголки Земного Шара наши сотрудники коллекционируют фотографии ландшафтов, экосистем и характерных для них растений и животных. Эти фотографии используются нами в качестве иллюстративного материала при чтении лекций по экологии студентам различных факультетов МГУ и написании научно-популярных статей. Сейчас нами собрано около 4000 фотографий природы. Примеры таких фотографий приводятся ниже.

Приглашаем к сотрудничеству всех, кто готов к обмену подобными материалами (Дмитрий Витальевич Карелин, dkarelin@pochta.ru)..

Журнал «Всемiрный путешественник»

В январе 2007 года возобновилось издание старейшего отечественного журнала «Всемiрный путешественник». Этот научно-популярный журнал выходил с 1867 года по 1892 год. Его основатель и первый главный редактор Алексей Афиногенович Ильин (1832-1889) – генерал-лейтенант, чиновник особых поручений при главном управлении генерального штаба Российской Империи. По первоначальному замыслу целью журнала было «знакомить российскую публику с выдающимися путешествиями».

Задачи возобновленного журнала шире. Современная ситуация в России, да и в мире, не позволяет с оптимизмом смотреть в будущее. Во многом это связано с катастрофически снижающейся планкой культурных требований вообще, и к печатной продукции, в частности. Многие журналы, которыми мы заслуженно гордились в прежние времена, превратились в глянцевые издания с небольшой долей текста и главным упором на красивые фотографии и рекламу. По сути эти многочисленные издания представляют собой печатную кальку нашего телевидения, где главное – это заставить человека бездумно смотреть на экран, набивая рот попкорном. Иными словами, превращать его в примитивного, рекламозависимого «зомби», или идеальную модель потребителя. Нет ничего страшнее для окружающей среды, чем такой зомбированный человек-потребитель.

Мы считаем, что такой путь ведет человечество в тупик. Мы против утилитарного взгляда на человека и его предназначение. Поэтому для нас важно, прежде всего, слово. Именно языком, как известно, человек отличается от животных. Следовательно, для того, чтобы оставаться человеком, надо активно пользоваться языком. В нашем журнале мы стараемся добиться гармонии слова и изображения. В отличие от других журналов о путешествиях, при первичном отборе статей главное внимание мы обращаем на текст и нередко закрываем глаза на качество фотографий, если текст автора чем-либо примечателен и уникален.

Возобновление журнала «Всемiрный путешественник» произошло благодаря бескорыстному энтузиазму группы выпускников биологического и психологического факультетов МГУ. То, что в воссоздании журнала объединились усилия специалистов именно этих областей знания - глубоко символично.

Познать себя, понять мир, обрести смысл бытия можно только, шествуя по пути. Поэтому все ищущие и думающие суть путешественники. Одной из задач нашего журнала является не только освещение природных феноменов и различных сторон жизни человека в современном Мире, но и стремление к правильному сопоставлению областей науки и религии, знания и веры. Мы хотим помочь в этом.

Коллектив продолжателей журнала старается поддерживать лучшие отечественные и зарубежные традиции печати. Мы хотим, чтобы в работах наших авторов гармонично сочетались научная глубина и художественность изложения. Основные темы журнала: путешествия, мир природы, история, психология, религия и искусство. В журнале открыто множество рубрик, позволяющих каждому реализовать свое авторское кредо. Например, это «Заповедная Россия», «Поэтическая география», «Муза дальних странствий», рассказы путешественников и многое другое.

Своеобразие наших авторов в том, что они, подобно героям древних сказаний, являются непосредственными участниками, а не просто свидетелями тех событий, о которых рассказывают.

Мы находимся в самом начале пути и постоянно создаем и меняем образ журнала. Если Вас волнует развитие культуры печатного слова и культуры восприятия окружающего мира, то Вы наш единомышленник и этот журнал для Вас. Мы приглашаем Вас стать нашими читателями и соавторами!

Журнал выходит 6 раз в год.

Подписка принимается с любого месяца. Каталог агенства «Роспечать»,

индекс: 36306.

Журнал можно купить в Интернет-магазине «у Сытина»: www.kvest.com,

а также приобрести в розницу через редакцию.

Контакты:

Главный редактор, учредитель и издатель:

Андраник Грантович Сулейманян (as@vsemirput.ru 8-916-992-76-78).

Зам. главного редактора:

Дмитрий Витальевич Карелин (dkarelin@pochta.ru 8-903-778-30-26).

Телефон редакции: (495) 124-71-82 (секретарь: Ольга Федоровна Волкова).

Электронная почта: epistola@vsemirput.ru