Критические нагрузки эвтрофирующих и подкисляющих соединений азота для лесных экосистем Республики Коми в зоне воздействия магистрального газопровода
На примере лесных экосистем Республики Коми традиционный алгоритм расчетов величин критических нагрузок (КН) азота, эмитированного при работе компрессорных станций на магистральном газопроводе «Ямал-Запад», в отношении эвтрофирующих и подкисляющих эффектов использован для проведения вероятностных оценок КН. Для входных параметров уравнений масс-баланса и уравнений, характеризующих интенсивность миграционных потоков элементов в экосистемах, по литературным и картографическим данным определены диапазоны возможных значений, которые включены в расчеты, используя метод Монте-Карло. Общее число модельных «прогонов» для каждой экосистемы составило 1000. Пространственное разрешение (детальность) входной информации и полученных значений КН соответствует пространственному выделу 1х1 км2. При анализе полученных результатов вероятностных оценок отдельных параметров масс-баланса и величин КН рассмотрены 25%, 50%, 75% и 95%-ный уровни значений, соответствующих каждой «экосистеме». В результате выполненных исследований получен обширный массив пространственно распределенной информации, характеризующий специфику биогеохимического круговорота азота и сопряженных с ним макроэлементов в различных зональных и интразональных типах тундровых и таежных экосистем. Для лесных экосистем были рассмотрены наиболее типичные сценарии рубок (выборочные, постепенные, санитарные). Для травянистых и кустарниково-травянистых экосистем лесной зоны и лесотундры рассмотренный сценарий хозяйственного использования включал «использование» территорий в качестве пастбищ, в том числе, в северных районах для оленеводства. Анализ полученных результатов свидетельствует о высокой дифференциации экосистем рассматриваемой зоны в отношении большинства параметров масс-баланса азота и сопряженных макроэлементов. Так, например, согласно полученным оценкам, вынос азота из лесных экосистем таежной зоны с приростами древесины при разных вариантах рубок изменяется от 0.5-1.5 кг N/га в год (или 35-100 г.-экв/га) в притундровых смешанных лесах до 6-10 кг N/га в год (или 400-700 г.-экв/га) в среднетаежных ельниках. При оценке допустимых уровней выноса азота с почвенно-грунтовыми водами были рассмотрены два сценария, соответствующие предупреждению эффектов дисбаланса азотного питания для растений эдификаторов (древесных видов в лесах и наземных в травянистых биоценозах) и эффектов снижения биоразнообразия напочвенного покрова. В первом случае данные величины могут составлять 70-160 г.-экв/га в год (или 1-2.5 кг N/га), при этом уровень концентраций азота в почвенном растворе соответствует 0.2-0.4 мг N/л в зависимости от вида эдификатора. Эффекты нарушения биоразнообразия, проявляющиеся в смене видов в результате увеличения доли нитрофильной и исчезновения олиготрофной растительности, проявляются в условиях, когда концентрации азота в почвенном растворе превышают 0.2-0.4 мг N/л для лишайников и мхов, 1 мг N/л – для кустарничковых видов, 1-3 мг N/л – для осок и злаков. С учетом высокого уровня атмосферных осадков и гумидности климата, характерных для исследуемой территории, рассчитанные параметры допустимого вымывания азота с почвенно-грунтовым стоком составили диапазон от 100 до 700 г.-экв/га в год (или от 1.5 до 10 кг N/га) для субарктических и типичных тундр, а для лесных территорий – от 500 до 1000-1200 г.-экв/га в год (или от 10 до 15-18 кг N/га). По потенциалу нейтрализации кислотной составляющей атмосферных осадков вся территория исследования условно может быть разделена на 2 части: северную (тундровую) и южную (лесную). В пределах лесной зоны минимальные значения КН кислотности характерны для заболоченных экосистем. Данная дифференциация обусловлена целым комплексом факторов, связанных с температурными условиями, режимом увлажнения территорий, почвенной текстурой и типами растительности. Согласно рассчитанных значений, допустимый уровень поступления кислотных выпадений для тундровых и заболоченных травянистых экосистем составляет в среднем 100-200 г.-экв/га в год, тогда как в лесных экосистемах диапазон полученных величин изменяется от 300 до 700 г.-экв/га в год. Выявлено, что леса средней тайги имеют пониженный потенциал нейтрализации кислотных выпадений по сравнению с северо-таежными фитоценозами, что может быть объяснено более активным депонированием почвенных катионов в биомассе более продуктивных древостоев подзоны средней тайги. Рассчитанные величины КН в отношении эффектов дисбаланса элементов питания для экосистем в зоне лесотундры составляют 150-350 г.-экв/га в год (или 2-5 кг N/га). Для лесных экосистем уровень допустимого поступления азота с атмосферными выпадениями оценивается в 350-700 г.-экв/га в год (или 5-10 кг N/га). Полученные значения КН, соответствуют или чуть выше имеющихся данных о современном уровне атмосферного поступления соединений азота в данном регионе. В отношении эффектов, связанных с риском нарушения видового разнообразия, для тундровых экосистем получены близкие значения КН, поскольку в расчетах использованы схожие критические концентрации азота в почвенном растворе. Для лесных экосистем величины КН выше и составляют 700-1000 г.-экв/га в год и выше, что соответствует поступлению 10-15 и более кг N/га в год (Башкин В.Н, Припутина И.В., 2010).
Полученные результаты оценки величин КН позволяют ранжировать экосистемы в зоне воздействия газопроводов по степени их устойчивости к атмосферным эмиссиям азота (Bashkin, 2017).
