Прогнозирование влияния работ по осушению болотных экосистем на их углеродный баланс с использованием данных ДЗЗ и модельных подходов

Осушение облесённых болот может приводить к увеличению продуктивности лесов на них и таким образом увеличивать эффективность лесного хозяйства. При этом с точки зрения углеродного баланса в результате осушения болот может происходить два параллельных процесса: эмиссия углерода от органических остатков (торфа), а также активное поглощение углерода в результате возникновения леса или увеличение продуктивности уже имеющегося леса. Последний процесс является мало изученным, и поэтому в отчётный период в ИКИ РАН был выполнен прогноз влияния осушения болот на поглощения углерода древесной растительности на них, основанный на использовании спутниковых данных и моделирования.

В 2025 г. в ИКИ РАН выполнена работа по оценке площади облесённых болот и её динамики за период наблюдения инструмента MODIS . В результате этой работы были получены карты облесённых болот, используемые далее для оценки и прогнозирования запаса и баланса углерода лесов на этих территориях.

Литературные источники показывают, что проведение мероприятий по осушению облесённых болот часто приводят к значительному увеличению их продуктивности (бонитета), и увеличивают скорость прироста запаса стволовой древесины (Великанов Г.Б., Константинов В.К., Кудряшев А.В. Гидролесомелиорация-осушение и лесохозяйственное освоение переувлажненных земель лесного фонда (к истории исследований в СПбНИИЛХ) // Тр. Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2014. № 2. С. 80–93. Бабиков Б.В., Пахучий В.В. Гидротехнические мелиорации (осушение лесных земель): учеб. пособие. Сыктывкар: СЛИ, 2014). В зависимости от типа леса, локальных условий и типа болот их осушение может как увеличивать продуктивность лесов на величину вплоть до 3 классов бонитета, так и не давать никакого эффекта, в среднем приводит к увеличению бонитета лесных насаждений на 1–2 класса. Чтобы обобщить все эти условия, было решено рассмотреть 2 сценария: удовлетворительный сценарий, когда осушение привело к увеличению класса бонитета на 1, и хороший сценарий, приведший к увеличению продуктивности на 2 класса бонитета. Ожидается, что реальный эффект от осушения облесённых болот будет находиться между этими двумя сценариями.
Для оценки запаса углерода лесов используется подход, основанный на комплексной обработке данных дистанционного зондирования и ряда моделей. Для расчёта запаса углерода используются следующие полученные в ИКИ РАН спутниковые продукты:

• карта преобладающих пород (Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Плотников Д.Е., Хвостиков С.А., Шабанов Н.В. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 с.);
• карта лесистости и полноты лесов (Ховратович Т.С., Стыценко Е.А., Барталев С.А., Стыценко Ф.В., Сайгин И.А., Хвостиков С.А. Оценка динамики площади лесов России по данным спутниковых наблюдений // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2024. С. 218. DOI: 10.21046/22DZZconf-2024a);
• карты бонитетов и возраста лесов (раздел 2.1.3 данного отчёта) (Хвостиков С.А., Барталев С.А., Егоров В.А., Стыценко Е.А. Выбор информативных индикаторов и метода построения регрессии для оценки бонитета лесов по спутниковым данным дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 64–75. DOI: 10.21046/2070-7401–2025-22-4-64-75);
• карта запасов стволовой древесины (Ворушилов И.И., Барталев С.А., Егоров В.А. Оценка динамики запаса стволовой древесины нарушенных территорий России // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Электронный сборник материалов конференции. М.: ИКИ РАН, 2022. С. 290. DOI: 10.21046/20DZZconf–2022a).
   

Методка предполагает использование ряда моделей для оценки запаса углерода лесов. Для оценки запаса углерода фитомассы используются конверсионные коэффициенты BCEF (Schepaschenko D., Moltchanova E., Shvidenko A., Blyshchyk V., Dmitriev E., Martynenko O., See L., Kraxner F. Improved Estimates of Biomass Expansion Factors for Russian Forests // Forests. 2018. V. 9. No. 6. Article 312. https://doi.org/10.3390/f9060312). Для оценки запаса углерода мортмассы лесов используются конверсионные коэффициенты, приведённые в статье (Shvidenko A., Mukhortova L., Kapitsa E., Kraxner F., See L., Pyzhev A., Gordeev R., Fedorov S., Korotkov V., Bartalev S., Schepaschenko D. A Modelling System for Dead Wood Assessment in the Forests of Northern Eurasia // Forests. 2022. V. 14. No. 1. Article 45. https://doi.org/10.3390/f14010045), позволяющие оценить запас углерода сухостоя, валежа, пней и сухих ветвей.

Как было сказано ранее, осушение болот предположительно приводит к увеличению продуктивности произрастающих на них лесов. Для оценки этого эффекта использовались модели хода роста (Швиденко А.З., Щепащенко Д. Г., Нильссон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). 2-е изд., дополн. М., 2008), которые позволяют оценить динамику изменения запаса стволовой древесины с возрастом в зависимости от породы и бонитета. 
Используя модели хода роста запаса и коэффициенты его конверсии в углерод, для известной породы, бонитета и возраста лесных насаждений можно построить графики хода роста запаса углерода, характеризующие его ожидаемую динамику, и прогнозируемую динамику при увеличении бонитета в результате осушения. На рисунке 1 показан пример таких графиков для насаждений берёзы IV бонитета, а также типичная динамика насаждений более продуктивных II и III бонитетов, которые могут быть теоретически достигнуты в результате осушения.

Было сделано предположение, что хотя осушение болот не приводит к мгновенному изменению запаса углерода, но оно влияет на его последующую динамику, и прирост запаса теперь будет характеризоваться кривой для более высокого бонитета. Увеличение темпов поглощения углерода лесами для двух сценариев также представлено на рисунке 1. Например из него видно, что для берёзы 35 лет IV бонитета при удовлетворительном сценарии осушения (+1 класс бонитета) наблюдается увеличения поглощения на 1,5 т СО2 на гектар в год, а при хорошем сценарии (+2 класса бонитета) — на 3,5 т СО2 на гектар в год, и по мере увеличения возраста наблюдается ожидаемое снижение эффекта от осушения по мере приближения леса к спелым и перестойным классам возраста.

Совместное использование карт облесённых болот, спутниковых оценок характеристик лесов на них, моделей хода роста и моделей конверсии запаса стволовой древесины в запас углерода позволило оценить запас углерода лесов на всех облесённых болотах страны, и спрогнозировать влияние мероприятий по осушению болот на дальнейшее поглощение углерода лесами.

Результат применения данного подхода для всех облесённых болот на территории страны представлен в таблице 2.3.3.1. Из неё следует, что прогнозируемое увеличение поглощения углерода от осушения всех облесённых болот составляет от 18,5 до 38,5 млн т СО2 в год в зависимости от благоприятности сценария осушения. Таким образом, осушение болот может увеличить поглощение углерода древесной растительностью на 30–66 % относительно среднего поглощения облесённых болот, наблюдаемого в прошлые годы. При этом стоит отметить, что прогнозируемое увеличение поглощения составляет порядка 1–2 % относительно общего поглощения углерода лесами страны, оценка которого составляет 1631 млн т СО2 в год.

На рисунке 2 представлена карта поглощения, на которой показано суммарный прирост углерода лесов на заболоченных территориях за 2002–2022 гг. на уровне клеток регулярной сетки. Видно, что большая часть прироста приходится на северо-запад европейской части страны, центральную Сибирь, север Дальнего Востока и Приморье. В целом эта карта показывает, что основной прирост углерода ожидаемо наблюдается на территориях с большой площадью облесённых болот.

Рисунок 1 — Модельная оценка динамики углерода насаждений березы IV бонитета на заболоченных территориях, и ее возможное изменение в результате осушения болот (сплошные линии, шкала слева), и прогнозируемое увеличение поглощения углерода лесами для разных сценариев после осушения (пунктирные линии, шкала справа)

Таблица 1 — Оценка запаса и поглощения углерода древесной растительностью облесенных болот

Суммарный запас углерода лесов на облесённых болотах, 2022 г.	4,47 млрд т СО2
Среднегодовой прирост углерода лесов на облесённых болотах	57,9 млн т СО2 в год
Увеличение поглощения при удовлетворительном сценарии осушения	18,5 млн т СО2 в год
Увеличение поглощения при хорошем сценарии осушения	38,5 млн т СО2 в год

 

 
Рисунок 2 — Среднегодовое поглощение углерода лесами на заболоченных территориях за период с 2002 по 2022 г.

Карты прогнозируемого эффекта от осушения облесённых территорий представлены на рисунках 3 и 4. Основное увеличение поглощения углерода наблюдается на тех же территориях, где наблюдалось значительное поглощение в 2002–2022 гг. (рисунок 2.3.3.2). Можно отметить, что для удовлетворительного сценария (рисунок 3) основной прирост поглощения углерода наблюдается на северо-западе страны, а также на севере Якутии. Для хорошего сценария (рисунок 2.3.3.4) поглощение в этих регионах значительно увеличивается, и при этом также резко возрастает поглощение в болотах Сибири и на Дальнем Востоке.

 Рисунок 3 — Увеличение поглощения углерода лесами на заболоченных территориях в результате их осушения при удовлетворительном сценарии (+1 класс бонитета)

 Рисунок 4 — Увеличение поглощения углерода лесами на заболоченных территориях в результате их осушения при хорошем сценарии (+2 класса бонитета

Таким образом, было показано, что облесённые болота дают значимый вклад в общий баланс углерода лесов страны, и их осушение может заметно увеличить поглощение углерода древесной растительностью на этих территориях. При этом стоит отметить, что данный анализ даёт только оценку углерода лесов (включая корни), и не касается других фракций углерода (почвы, торфа), и, соответственно, не оценивает влияние осушения на суммарный бюджет углерод экосистемы. Оценка изменения полного бюджета облесённых болот в результате осушения потребует проведения дополнительных исследований.