Cфагновый сосняк на верховом болоте: сбалансирована ли балансовая модель?

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Вопрос, вынесенный в заголовок статьи, выглядит тавтологичным или надуманным. Однако литературные и авторские данные по запасам фитомассы и потокам углерода/азота в климаксном сосняке пушицево-кустарничково-сфагновом на верховом болоте открывают возможность построить и применить максимально простую балансовую модель запасов и потоков азота с учетом того, что именно по азоту экосистема верхового болота считается замкнутой. Применение модели к реальным данным, отражающим (по мнению авторов соответствующих источников) климаксное состояние экосистемы, вскрыло несоответствие балансу. Это побуждает искать причины несоответствия в результатах полевых исследований. Наибольший интерес для верификации модели будут представлять полевые данные по запасу крупных древесных остатков (КДО), отпаду древостоя и минерализации КДО. Тем самым модель сыграла свою методическую роль, несмотря на всю ее нарочитую простоту.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. О. Логофет

Институт лесоведения РАН; ФГБУН Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: daniLaL@postman.ru
Россия, Советская, 21, п/о Успенское, Московская обл., 143030; Пыжевский пер., 3, Москва, 119017

А. А. Маслов

Институт лесоведения РАН

Email: daniLaL@postman.ru
Россия, Советская, 21, п/о Успенское, Московская обл., 143030

Список литературы

  1. Александров Г.А., Логофет Д.О., 1984. Анализ энвиронов экосистемы переходного болота // Экология. Т. 5. С. 67–72.
  2. Боч М.С., Мазинг В.В., 1979. Экосистемы болот СССР. Л.: Наука. 188 с.
  3. Вомперский С.Э., Лебков В.Ф., Иванов А.И., 1982. Таксационное строение болотных сосняков // Биогеоценологическое изучение болотных лесов в связи с опытной гидролесомелирацией. М.: Наука. C. 57–94.
  4. Гантмахер Ф.Р., 1967. Теория матриц. М.: Наука. 576 с.
  5. Герасименко Г.Г., Ипатов В.С., Салтыковская Т.О., 1998. Динамика сфагновых сосняков северо-запада России // Бот. журн. Т. 83. № 4. C. 1–15.
  6. Глухова Т.В., 1995. Влияние атмосферных осадков и пыли на питание болот // Экол. химия. Т. 4. № 4. C. 282–287.
  7. Головацкая Е.А., Дюкарев Е.А., Веретенникова Е.Э. и др., 2022. Оценка динамики баланса углерода в болотах южнотаежной подзоны Западной Сибири (Томская область) // Почвы и окружающая среда. Т. 5. № 4. С. e194. https://doi.org/10.31251/pos.v5i4.194
  8. Голубятников Л.Л., Мохов И.И., Елисеев А.В., 2013. Цикл азота в земной климатической системе и его моделирование // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 49. № 3. С. 255–270.
  9. Гордеева М.М., 1981. Изменение растительности олиготрофного сфагнового болота при внесении удобрений и подсеве трав // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 86. № 2. С. 88–99.
  10. Ефимов В.Н., 1986. Торфяные почвы и их плодородие. Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд. 264 с.
  11. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Мелентьева Н.В., 2000. Азот в болотах России // Почвоведение. № 9. C. 1070–1083.
  12. Завалишин Н.Н., 2019. Двухкомпонентные динамические модели продукционной и деструкционной ветвей биотического круговорота наземных экосистем Северной Евразии // Экология. Экономика. Информатика. Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Вып. 4. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН. С. 277–280.
  13. Завалишин Н.Н., Логофет Д.О., 1997. Моделирование экологических систем по заданной диаграмме “запасы–потоки” // Матем. моделирование. Т. 9. № 9. С. 3–17.
  14. Завалишин Н.Н., Логофет Д.О., 2001. Динамические блоковые модели углеродного цикла в экосистеме переходного болота // Матем. моделирование. Т. 13. № 4. С. 3–18.
  15. Маслов А.А., 2001а. Динамика соснового древостоя на олиготрофном лесном болоте близ Звенигорода: вспышка большого соснового лубоеда и ее причины // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 106. № 3. С. 45–51.
  16. Маслов А.А., 2001б. Динамика древостоя и нижних ярусов на олиготрофном лесном болоте близ Звенигорода: концептуальная модель процессов в масштабе десятилетий // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 106. № 4. C. 71–77.
  17. Маслов А.А., 2007. Механизмы динамики лесного сообщества в фазе климакса на примере олиготрофного сосняка пушицево-сфагнового // Актуальные проблемы геоботаники. III Всеросс. шк.-конф. Лекции. Петрозаводск: КарНЦ РАН. C. 349–364.
  18. Маслов А.А., 2015. Доступный азот как фактор экосистемной динамики в фазе климакса на лесном олиготрофном болоте // Мат-лы IV конф. “Математическое моделирование в экологии” ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия. Пущино: ИФХиБПП РАН. C. 112–113.
  19. Медведева В.М., Егорова Н.В., Антипин В.К., 1977. Биологический круговорот азота и зольных элементов в некоторых типах заболоченных лесов и болот // Стационарное изучение болот и заболоченных лесов в связи с мелиорацией. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР. C. 123–147.
  20. Моисеев Н.Н., 1979. Математика ставит эксперимент. М.: Наука. 224 с.
  21. Мониторинг потоков парниковых газов в природных экосистемах, 2017 / Под ред. Замолодчикова Д.Г., Карелина Д.В., Гитарского М.Л., Блинова В.Г. Саратов: Амирит. 279 с.
  22. Морозова Р.М., 1991. Минеральный состав растений лесов Карелии. Петрозаводск: Госкомиздат КАССР. 97 с.
  23. Национальный атлас почв Российской Федерации, 2011. М.: Астель. 631 с.
  24. Орлов А.Я., Кошельков С.П., Осипов В.В., Соколов А.А., 1974. Типы лесных биогеоценозов южной тайги. М.: Наука. 232 с.
  25. Рысин Л.П., 1975. Сосновые леса европейской части СССР. М.: Наука. 212 с.
  26. Свирежев Ю.М., 1976. Вито Вольтерра и современная математическая экология // Вольтерра В. Математическая теория борьбы за существование (пер. с фран.). М.: Наука. С. 245–286.
  27. Свирежев Ю.М., Логофет Д.О., 1978. Устойчивость биологических сообществ. М.: Наука. 352 с.
  28. Сирин А.А., 2022. Болота и антропогенно-измененные торфяники: углерод, парниковые газы, изменение климата // Успехи соврем. биологии. Т. 142. № 6. C. 560–577.
  29. Стороженко В.Г., Глухова Т.В., 2023. Структура древостоев сосны на катене от бора до олиготрофного болота // Лесоведение. № 6. C. 577–586.
  30. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильсон С., Булуй Ю.И., 2008. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). 2-е изд. М.: Изд-во Рослесхоз. 886 с.
  31. Alexandrov G.A., Bazilevich N.I., Logofet D.O., Tishkov A.A., Shytikova Т.Е., 1994. Conceptual and mathematical modelling of matter cycling in Tajozhhy Log bog ecosystem // Wetlands and Shallow Continental Water Bodies. V. 2 / Eds Patten B.C. et al. The Hague: SPB Academic Publishing. P. 45–93.
  32. Bazilevich N.I., Tishkov A.A., 1982. Conceptual balance model of chemical element cycles in a mesotrophic bog ecosystem // Proc. Int. Sci. Workshop on Ecosystem Dynamics in Freshwater Wetlands and Shallow Water Bodies, U.S.S.R., July 12–26, 1981. V. 2. Moscow: Centre of Int. Projects. P. 236–272.
  33. Cannon W.B., 1929. Organization for physiological homeostasis // Physiol. Rev. V. 9. № 3. P. 399–431.
  34. Chertov O., Frolov P., Shanin V., Priputina I., Bykhovets S., Geraskina A., 2025. A model of the ectomycorrhizal contribution to forest soil C and N dynamics and tree N supply within the EFIMOD3 model system // Plants. V. 14. № 3. Art. 417. https://doi.org/10.3390/plants14030417
  35. DeAngelis D.L., Mulholland P.J., Palumbo A.V., Steinman A.D., Huston M.A., Elwood J.W., 1989. Nutrient dynamics and food-web stability // Ann. Rev. Ecol. Syst. V. 20 P. 71–95. http://www.jstor.org/stable/2097085
  36. Finn J.T., 1976. Measures of ecosystem structure and function derived from analysis of flows // J. Theor. Biol. V. 56. № 2. P. 363–280. https://doi.org/10.1016/0304-3800(84)90062-0
  37. Frolov P.V., Shanin V.N., Zubkova E.V., Bykhovets S.S., Grabarnik P.Ya., 2020a. CAMPUS-S – The model of ground layer vegetation populations in forest ecosystems and their contribution to the dynamics of carbon and nitrogen. I. Problem formulation and description of the model // Ecol. Model. V. 431. Art. 109184. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2020.109184
  38. Frolov P.V., Shanin V.N., Zubkova E.V., Bykhovets S.S., Mäkipää R., Salemaa M., 2020b. CAMPUS-S – The model of ground layer vegetation populations in forest ecosystems and their contribution to the dynamics of carbon and nitrogen. II. Parameterization, validation and simulation experiments // Ecol. Model. V. 431. Art. 109183. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2020.109183
  39. Ilvessalo L., 1926. Forest Research Work in Finland: The Origins and Development of Forest Research Work and a Review of the Investigations Carried Out Up to Date. Helsinki: Printing Office of the Finnish Literary Society. 92 р.
  40. Jeffers J.N.R., 1978. An Introduction to Systems Analysis: With Ecological Applications. L.: Eward Arnold. 198 p. (Русс. пер.: Джефферс Дж., 1981. Введение в системный анализ: применение в экологии. М.: Мир. 256 с.)
  41. Kutenkov S.A., Kuznetsov O.L., Kantserova L.V. et al., 2024. Phytomass carbon pools of Koivulambisuo mire system (South Karelia) // Environ. Dynamics Glob. Clim. Change. V. 15. № 1. P. 68–73. https://doi.org/10.18822/edgcc635207
  42. Logofet D.O., 1997. Svicobians of the compartment models and DaD-stability of the Svicobians: aggregating ‘0-dimensional’ models of global biogeochemical cycles // Ecol. Model. V. 104. P. 39–49. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(97)00107-5
  43. Logofet D.O., Alexandrov G.A., 1984. Modelling of matter cycle in a mesotrophic bog ecosystem I. Linear analysis of carbon environs // Ecol. Model. V. 21 P. 247–258. https://doi.org/10.1016/0304-3800(84)90062-0
  44. Maynard Smith J., 1974. Models in Ecology. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 146 p. (Русс. пер.: Смит Дж.М., 1976. Модели в экологии. М.: Мир. 184 с.)
  45. Watt K.E.F., 1968. Ecology and Resource Management. A Quantitative Approach. N.-Y.: McGraw-Hill. 450 p. (Русс. пер.: Уатт К., 1971. Экология и управление природными ресурсами: Количественный подход. М.: Мир. 463 с.)
  46. Wolfram MathWorld, 2025a. https://mathworld.wolfram.com/HomogeneousLinearOrdinaryDifferentialEquationwithConstantCoefficients.html
  47. Wolfram MathWorld, 2025b. https://mathworld.wolfram.com/Routh-HurwitzTheorem.html
  48. Zavalishin N.N., 2008. Dynamic compartment approach for modeling regimes of carbon cycle functioning in bog ecosystems // Ecol. Model. V. 213. P. 16–32.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сфагновые сосняки в центральной части верхового болота, Западнодвинский стационар ИЛАН РАН (фото А. А. Маслова).

Скачать (65KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма “запасы–потоки” (5 блоков): N1 – сосновый древостой, N2 – крупные древесные остатки (КДО), N3 – кустарнички и травы, N4 – мхи и лишайники, N5 – подстилка и активный слой торфа, f05 – поступление из атмосферы, f12 – отпад сосен, f15 – опад хвои, f25 – минерализация КДО, f35 – опад трав и кустарничков, f45 – опад мхов и лишайников, f50 – гумификация и погребение, f51 – потребление древостоем, f53 – потребление травами и кустарничками, f54 – потребление мхами и лишайниками.

Скачать (23KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Упрощенная диаграмма “запасы–потоки” (3 блока). Обозначения как на рис. 2.

Скачать (17KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025