Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистемНИР

Construction of conceptual and mathematical models of zonal types of terrestrial ecosystems

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа: 1. Продолжена работа по исследованию фотосинтетического углекислотного газообмена хвои и дана количественная оценка сезонной продуктивности ели европейской в южнотаежном ельнике, анализирована изменчивость С-баланса (дыхание почвы, валовый фотосинтез) в сообществах южной тайги в разных пространственно-временных масштабах. Установлено, что старовозрастные ельники Валдая имеют существенное значение, сохраняющееся с их возрастом, в углеродном балансе таежных лесов Европейской части России. Результаты мониторинга сезонной динамики фотосинтетического газообмена старовозрастного древостоя ели и потоков диоксида углерода с валежа и напочвенного покрова могут быть использованы в расчетах поглощения и эмиссии углерода российскими лесами в рамках Парижского соглашения, для формирования отчетности по сектору лесного хозяйства в процессе оценки сокращений эмиссий парниковых газов; для принимаемых мер в сфере законодательных инициатив по совершенствованию управления лесами России с целью повышения и поддержания их поглотительной и накопительной способности, что способствует смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним. 2. Изучен ареал распространения в Восточном полушарии такого интересного представителя рода Sphagnum, как Sphagnum wulfianum. Выяснены основные закономерности, влияющие на изменчивость его биотопического распространения и георграфических границ. начаты работы по инвентаризации растительного покрова Мордовского заповедника. В ходе рекогносцировочных исследований пока выявлены некоторые особенности в распространении двух видов на его территории – Festuca ovina и Glyceria lithuanica. Первый вид впервые отмечается для территории заповедника, второй – формирует уникальное для Европеской России растительное сообщество, описанное пока только для территории заповедника. 3. Анализ полученных результатов выявил заметное различие в постпирогенной эмиссии углерода с участков разной степени выгорания. Эмиссия СО2 почв площадок опытных гарей за период наблюдений продемонстрировала внутрисезонные вариации, которые в большей степени были связаны с температурой и влажностью почвы, чем с уровнем нарушения почвенного покрова. Полученные данные уточнили количественную оценку процесса послепожарной эмиссии. Методические приемы оценки постпирогенной эмиссии углерода луговых сообществ предполагается включить в виде практических задач в учебные планы студенческой полевой практики. 4. Предложен новый принцип определения пространственного распределения запасов почвенного углерода, при котором все присутствовавшие в базе разрезы, распределены по лесным районам через их координаты, что позволяет отразить дифференциацию средних значений. Получены данные о средних значениях почвенного углерода разных категорий земель в лесных районах России, средневзвешенные данные по выделенным районам для 3 категорий глубин. Просчитаны итоговые запасы углерода почвы для этих лесных районов. Получены карты распределения запасов углерода России в отношении разных глубин разрезов. 5. Проведена классификация субъектов РФ по шести группам социально значимых заболеваний и выделены три кластера. В кластер 1, наиболее благополучный по всем исследованным заболеваниям, вошли 35 субъектов РФ из всех федеральных округов. В кластер 2, характеризующийся повышенной заболеваемостью злокачественными новообразованиями и алкоголизмом и алкогольными психозами, вошли 29 субъектов РФ, преимущественно из Центрального и Приволжского федеральных округов. В кластере 3 (с высоким уровнем заболеваемости наркоманией и сифилисом) - 16 субъектов РФ, в основном из Сибирского и Дальневосточного округов. Проведенный корреляционный анализ связи демографических, социально-экономических, экологических и поведенческих факторов и исследованных групп социально значимых заболеваний показал, что каждый из кластеров характеризуется своим набором факторов, достоверно определяющих региональные различия по этим группам заболеваний. Для урбанизированных территорий выявлены связи демографических показателей популяционного здоровья городских жителей: а)с комплексным индексом загрязнения атмосферы, учитывающим несколько примесей одновременно: с увеличением уровня загрязнения атмосферного воздуха растут медианные значения общего коэффициента рождаемости и коэффициента жизненности, а медианные значения индекса старения снижаются; б) с максимальным разовым загрязнением атмосферного воздуха бенз(а)пиреном: в группах городов с увеличением уровня загрязнения атмосферного воздуха медианные значения общего коэффициента рождаемости и коэффициента жизненности растут, а медианные значения индекса старения снижаются; в) с разным среднегодовым уровнем загрязнения атмосферного воздуха 19 загрязняющими веществами выявлены статистически значимые эффекты для загрязнения бенз(а)пиреном, диоксидом азота, оксидом азота и аммиаком: для бенз(а)пирена зависимости аналогичны предыдущим, а с ростом загрязнения воздуха диоксидом азота и аммиаком выявлено статистически значимое повышение общего коэффициента смертности. Результаты оценок пулов углерода почвы использованы при разработке системы региональной оценки бюджета углерода лесов (РОБУЛ). Эта система используется в расчетах поглощения и эмиссии углерода российскими лесами, для формирования отчетности по сектору лесного хозяйства в процессе оценки сокращений эмиссий парниковых газов, что актуально в рамках Парижского соглашения. Результаты мониторинга сезонной динамики фотосинтетического газообмена старовозрастного древостоя ели и потоков диоксида углерода с валежа и напочвенного покрова в сообществах южной тайги также могут быть использованы для международной отчетности по балансу углерода российских лесов. Оценки популяционного здоровья населения могут быть использованы при принятии управленческих решений, основанных на стратегии комплексного управления окружающей средой и экологическим подходом к здоровью человека.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа: 1. Раздел 1 посвящен измерению интенсивности фотосинтеза для определения его роли в процессе, обеспечивающем сток углерода в глобальном масштабе; при этом большое значение имеет соотношение максимальных значений интенсивности фотосинтеза и образования органической массы, которое осуществляется через продуктивность фотосинтеза. Получены средние значения интенсивности фотосинтеза еловых древостоев. Основными факторами, определяющими в природных условиях реализацию потенциальных возможностей фотосинтетического аппарата ели, являются температура воздуха и освещенность (ФАР). Зависимость скорости полуденного поглощения СО2 от температуры и освещенности имела линейный характер (коэффициент корреляции составил 0,449 и 0,814). Установлено, что на нарушенных территориях вблизи автотрассы скорость поглощения углекислого газа хвоей по сравнению с естественной территорией снижается в 2 раза. Рассчитана величина потенциальной фотосинтетической продуктивности у ели в течение сезона: максимально высокая продуктивность фотосинтеза наблюдалась в июне, что вполне согласуется с сезонным ходом интенсивности ассимиляции СО2; в октябре, в связи с уменьшением температуры воздуха и освещенности, а также с осенним переходом растений к состоянию покоя, отмечалось снижение продуктивности до минимального значения. Суммарное поглощение углекислого газа хвоей ели в полуденные часы теплого сезона 2022 г. равнялось 0,23 т СО2/га. Суммарное поглощение углекислого газа хвоей ели в полуденные часы теплого сезона 2022 г. равнялось 0,23 т СО2/га. Резкое снижение потенциальной фотосинтетической продуктивности в 2022 г. по сравнению с предыдущими вегетационными сезонами обусловлена старением одновозрастного древостоя на территории Валдайского национального парка. В данных условиях существенно уменьшается влияние старовозрастных ельников на углеродный баланс таежных лесов Валдая. 2. По разделу 2 построена геоботаническая карта – продукт комплексной работы с полевыми геоботаническими данными и данными дистанционного зондирования. Работа состояла из двух этапов: сбора и обработки геоботанических описаний и классификации космоснимков. Обработка описаний завершается составлением классификации растительности, единицы которой должны быть идентифицированы на снимке тем или иным методом. Составлена классификация растительности для южного участка заповедника, которая включает 5 типов растительности, 7 растительных формаций и 28 групп ассоциаций. На основе анализа снимков и полевых данных составлены карты распространения формаций и групп ассоциаций для южного участка заповедника. Пространственное распределение растительности подтверждает, что преобладающей растительной формацией являются сосновые леса, второе место по площади приходится на березняки и осинники, третье место занимают черноольшаники и липняки. 3. Раздел 3 посвящен эмиссии СО2 почв площадок опытных гарей. Эмиссия за период наблюдений продемонстрировала внутрисезонные вариации, которые в большей степени были 0.1±0.06 г С м-2сут-1 связаны с температурой и влажностью почвы. Анализ полученных данных выявил заметное различие в постпирогенной эмиссии углерода с участков разной степени выгорания: максимальные значения 5.1±0.32 г С м-2сут-1 наблюдались для площадки свежей гари с уничтоженным растительным покровом, а минимальные значения 1.3±0.35 г С м-2сут-1 для площадки свежей гари с уничтоженным верхним слоем почвы. Эмиссия СО2 почв площадок опытных гарей за период наблюдений продемонстрировала внутрисезонные вариации, которые в большей степени были 0.1±0.06 г С м-2сут-1 связаны с температурой и влажностью почвы. На площадке многолетней регулярной гари (кострище) в смешанном лесу постоянно регистрировались минимальные значения, которые слабо зависели от влажности и температуры почвы, что скорее всего связано с длительными нарушениями эрозивного характера. 4. По разделу 4 в качестве топосновы для расчета запасов почвенного углерода были выбраны лесные районы, на основании официально утвержденным эколого-административным пространственным единицам (приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 18 августа 2014 г. № 367). Взвешивание почвенных данных по площадям биотопов, составляющих лесные районы, дало возможность получить более точные средние оценки по лесным районам. Такой подход основан на статистически обоснованном допущении о связи лесных районов и биотопов, а также взаимодействии этих факторов, с содержанием углерода почв. Регрессионный анализ связи почвенного углерода с факторами расположения разреза (лесного района и категории земель, где проводился разрез) показал достоверное наличие такой связи, чем подтвердил обоснованность выбора картографической основы для интерполяции почвенных данных. Получены суммарные и средние запасы почвенного углерода для площади 1368 * 106 га лесных районов России. Для слоя 0-100 см суммарные запасы составляют 215.8±31.1 Гт С; средние запасы - 162±23 т С га-1, оценки представлены средними значениями ±SE (стандартной ошибкой). Получены карты распределения запасов углерода для лесных районов России в отношении разных глубин разрезов Оценки углерода почв, полученных предложенным подходом, могут служить основой для экосистемных исследований бюджета углерода в пределах эколого-административного деления РФ на лесные районы. 5. По разделу 5 изучено влияние экосистемных факторов на популяционное здоровье населения на двух уровнях: 1) на урбанизированных территориях (в исследование включены 174 города РФ с населением более 100 тысяч человек); 2) на региональном уровне (в исследование включены 85 субъектов РФ). Для урбанизированных территорий с населением более 100 тысяч жителей выявлены широкие диапазоны варьирования демографических показателей популяционного здоровья (общей рождаемости, общей смертности, индекса демографического старения и коэффициента жизненности): максимальные и минимальные значения изученных показателей отличаются от 3 до 9 раз. Часть городов по всем показателям популяционного здоровья находится в красной зоне, некоторая часть - в зеленой, а большая часть городов имеет показатели, относящиеся как к благополучной зоне, так и к неблагополучной. Проведенный корреляционный анализ между демографическими показателями популяционного здоровья и социально-экономическими факторами выявил устойчивые значимые связи характеристик популяционного здоровья с такими факторами как среднемесячная заработная плата, средний размер пенсий, площадь жилых помещений и число врачей на 10 тысяч населения. Исследование связи между популяционным здоровьем населения и уровнем инновационного развития экономики показало, что для субъектов РФ с более высоким уровнем развития инновационной экономики характерен относительно высокий уровень демографического старения населения, при этом с индексом популяционного здоровья значимые статистические связи не выявлены.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа: Изучена динамика углекислотного газообмена и потенциальной фотосинтетической продуктивности подроста ели европейской (Picea abies L.) на экспериментальном полигоне «Таёжный лог» Валдайского филиала Государственного гидрологического института, позволившие выявить некоторые взаимосвязи между исследуемыми показателями и факторами внешней среды. 1. Сезонные изменения интенсивности фотосинтеза подроста ели, в значительной мере, определялись температурой воздуха, а также интенсивностью солнечной радиации (ФАР). Установлено, что процесс фотосинтеза хвои начинался в апреле при среднемесячной температуре воздуха +7°С и продолжался до ноября при температуре воздуха +4°С. Максимальная скорость ассимиляции углекислого газа у хвои отмечена в середине вегетационного периода (в июне) при оптимальной температуре воздуха. 2. Регрессионный анализ выявил зависимость интенсивности фотосинтеза хвои от факторов внешней среды. Зависимость скорости полуденного поглощения СО2 от температуры воздуха имела вид экспоненты (R2=0,605). Интенсивность фотосинтеза находилась в линейной зависимости от освещенности (ФАР) (R=0,683; R2=0,466). 3. Сезонный ход дыхательного газообмена хвои, в целом, соответствовал изменению интенсивности фотосинтеза. Среднее значение интенсивности фотосинтеза за сезон превышало уровень светового дыхания более, чем в 3 раза, что указывает на положительный углекислотный газообмен хвои в полуденные часы. 4. Выявлено изменение величины фотосинтетической продуктивности хвои подроста ели в течение сезона, которое вполне согласовалось с сезонным ходом интенсивности ассимиляции СО2. Максимально высокая продуктивность фотосинтеза наблюдалась в июне в условиях оптимальной температуры воздуха и относительной влажности. В октябре, в связи с снижением температуры воздуха и ФАР, а также осенним переходом растений к состоянию покоя, отмечалось снижение продуктивности до минимального значения. Суммарное поглощение углекислого газа хвоей в полуденные часы теплого сезона 2023 г. равнялось 0,51т СО2/га*сезон. 5. Величина потенциальной фотосинтетической продуктивности и положительный углекислотный газообмен подтвердили, что еловый подрост имел важное значение в поглощении углекислого газа таежными лесами Валдая в течение вегетационного сезона 2023 г. 6. На основе электронно-микроскопических фотографий выявлены различия в ультраструктуре фотосинтетического аппараты хвои ели в естественных и антропогенно-нарушенных экосистемах. Продолжена работа по оценке постпирогенной эмиссии диоксида углерода для биотопов в разной степени подвергавшихся воздействию огня. Анализ полученных данных выявил заметное различие в постпирогенной эмиссии углерода с участков разной степени выгорания. Максимальные значения 8.189 ± 5.4 г С м-2 сут-1 наблюдались на площадке свежей гари, а минимальные значения 1.22 ± 0.524 г С м-2сут-1 на площадке многолетней гари. Для почвенного дыхания за период наблюдений выявлены внутрисезонные вариации, которые связаны с температурой и влажностью почвы. Полученные нами данные по эмиссии СО2 на контрольной площадке ненарушенного экотона соответствуют оценкам, полученным ранее другими авторами для дерново-подзолистых почв. Полученные данные позволяют уточнить количественную оценку процесса послепожарной эмиссии для дальнейшего использования в определении динамической картины потоков углерода. Продолжена работа по исследованию надежно интерполированных данных по углероду лесных почв на географические площадные контуры. В работе имеющиеся данные по запасам углерода почв агрегированы по лесным районам, официально утвержденным эколого-административным пространственным единицам. Непосредственной задачей данной работы является исследование интерполяции данных почвенных разрезов по слоям почвенной толщи по лесным районам. Для основных типов почв рассчитаны средние величины запаса органического углерода в дифференциации по зонально-провинциальным регионам России и слоям почвы (0-30, 0-50, 0-100 см). Осуществлено проведение серии модельных экспериментов для оценки изменения пула почвенного углерода при неизменном климате и при экстремальном потеплении. Работа была проведена на основе CBM – модели для расчета углеродного бюджета лесных экосистем регионального уровня. Результаты машинных экспериментов показали, что углеродный бюджет в целом по всем лесам страны в случае неизменного климата составляет порядка поглощение в 300 тыс. тонн С*год-1, что по порядку величин вполне соответствует полученным нами ранее данным. Дальнейшая судьба бюджета различается в экспериментах с ростом температур по сравнению с постоянным климатом и не различается для экспериментов с одинаковой динамикой климата. Рассматривается связь между Индексом человеческого развития, ожидаемой продолжительностью жизни и уровнем инновационного развития экономики в целом для стран мира и отдельно для 85 субъектов Российской Федерации. Источником информации для оценки уровня развития инновационной экономики в странах мира служил «Глобальный инновационный индекс» за 2019 г., а в регионах России – данные Ассоциации инновационных регионов России. Для получения информации об индексах человеческого развития в странах мира использовали «Доклад о человеческом развитии 2020», опубликованный Программой развития Организации Объединенных Наций. Источником информации об индексах человеческого развития в регионах России служила Аналитическая записка «Индекс человеческого развития в России: региональные различия», изданная Аналитическим центром при Правительстве Российской Федерации в 2021 году. Источник информации о продолжительности жизни населения 85 регионов России – сборники Росстата. Для оценки связи между исследуемыми показателями использовали корреляционный и непараметрический дисперсионный анализ. Показано, что коэффициент корреляции Спирмена между Глобальным инновационным индексом (ГИИ) и Индексом человеческого развития (ИЧР) по данным для стран мира составляет 0,905 (уровень значимости – < 0,0001), коэффициенты корреляции между ГИИ и ожидаемой продолжительностью жизни, как средней, так и отдельно для мужчин и женщин достаточно высокие: 0,834; 0,794 и 0,852 соответственно. Коэффициент корреляции между Индексом инновационного развития экономики (ИИРЭ) и ИЧР по данным для 85 субъектов РФ – 0,578 (уровень значимости – < 0,0001), коэффициенты корреляции между ИИРЭ и продолжительностью жизни средней и отдельно для мужчин – статистически не значимы, а для женского населения – 0,233 (уровень значимости – 0,033). Результаты исследования показали, что в мире с развитием инновационной экономики растет Индекс человеческого развития, что, в свою очередь, ускоряет развитие экономики. В мире с ростом уровня развития инновационной экономики растет средняя ожидаемая продолжительность жизни. В России зависимость между Индексом человеческого развития и уровнем развития инновационной экономики носит скорее линейный характер и коэффициент корреляции между этими показателями значительно ниже по сравнению с коэффициентом корреляции для стран мира. В России наблюдается значимая положительная корреляционная связь между Индексом развития инновационной экономики и ожидаемой продолжительностью жизни только для женского населения. Анализ связи между уровнем инновационного развития экономики в регионах России и характеристиками популяционного здоровья выявил значимую положительную связь Индекса инновационного развития экономики и первичной заболеваемостью населения новообразованиями.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
2. PrilozhenieOtchet2023.docx PrilozhenieOtchet2023.docx 6,1 МБ 16 декабря 2023 [ahmed]