Carbon Balance and Management, 2007; 2: 4-4 (más artículos en esta revista)

Crecimiento de las reservas de carbono en un bosque de pie: el poder de edad

BioMed Central
Georgii A Alexandrov (g.alexandrov @ nies.go.jp) [1]
[1] Oficina para el Medio Ambiente Mundial Base de datos del Centro de Investigación del Medio Ambiente Mundial, Instituto Nacional de Estudios Ambientales, Onogawa 16-2, Tsukuba, Ibaraki 305-8506, Japón
[2] Laboratorio de Ecología Matemática, Instituto de Física Atmosférica de la Academia Rusa de Ciencias, Pyzhevsky per. 3, Moscú, 109017, Rusia

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Resumen
Fondo

Entender la relación entre la edad de un bosque de pie y su biomasa es esencial para gestionar el componente forestal del ciclo global del carbono. Dado que la biomasa aumenta con la edad de pie, si se retrasa la recolección a la edad de madurez biológica puede dar lugar a la formación de un gran sumidero de carbono. En este artículo se cuantifica la capacidad de secuestro de carbono de los bosques mediante la sugerencia de una norma supletoria para vincular las reservas de carbono activo y pasivo de edad.

Resultados

La edad dependencia de la biomasa forestal se muestra un power-ley monomio donde el poder de edad es, teóricamente, se estima que 4 / 5. Esta estimación teórica se aproxima a la estimación empírica conocida, por lo que proporciona una base científica para una rápida y transparente de evaluación de los beneficios de posponer la cosecha, lo que sugiere que la magnitud anual de los sumideros inducidas por retrasos en la cosecha se encuentra en el rango de 1 -2% De la base de referencia del carbono almacenado.

Conclusión

Los resultados de este estudio implica que los bosques de edad podría ser utilizado como una fácil comprensión y científicamente válida de medir los progresos en el cumplimiento de los objetivos nacionales sobre la protección y la mejora de los bosques sumideros de carbono.

Fondo

Los bosques son el mayor depósito terrestre de carbono en la atmósfera. Ellos eliminar el CO 2 procedente de la atmósfera y almacenarlo en la materia orgánica del suelo y los árboles. Las actuales existencias de carbono en la biomasa de árboles comprende la mitad de la atmósfera de almacenamiento y sigue creciendo a pesar de la deforestación, la tasa de que está disminuyendo, pero siguen siendo elevados [1].

La cantidad de carbono almacenado en un bosque de pie depende de su edad y la productividad. El sumidero de carbono terrestre, deducida de los cambios en las concentraciones de gases atmosféricos y su composición isotópica, es normalmente atribuido a aumento global de la productividad [2, 3]. Mucho menos se presta atención a los cambios mundiales en los bosques de edad - otra característica importante de este embalse.

Sería demasiado especulativo decir que los sumideros de carbono terrestre pueden derivarse del cambio mundial en los bosques de edad, pero no parece haber escapar a la conclusión de que los bosques de edad es uno de los puntos de intervención en la que la evolución futura del ciclo del carbono podría ser influenciados [4 - 7]. La mayoría de los bosques templados y boreales son gestionados activamente, y los bosques de edad depende de la duración de los ciclos de cosecha. Dado que la biomasa aumenta con la edad de pie, si se retrasa la recolección a la edad de madurez biológica puede dar lugar a la formación de un gran sumidero de carbono [8, 9].

El propósito de este artículo es cuantificar la magnitud del sumidero que puede ser inducida por un cambio en los bosques de edad a nivel nacional o regional.

Resultados

El patrón de crecimiento de un bosque de especies es de pie y en sitios específicos. También depende de cómo el bosque de pie fue tratado en las primeras etapas de crecimiento. Sin embargo, no es indispensable para identificar todos estos factores con el fin de evaluar el efecto de diferir la cosecha, sino que es suficiente para conocer el actual árbol de la biomasa (B c) y la edad del bosque de pie (A c).

Se muestra en la sección Métodos que

B c = P (A c - A 1) 4 / 5 (A 1 <A c <A 2)

donde P caracteriza a la productividad de una determinada especie en un lugar determinado, A 1 caracteriza la respuesta de la especie a un determinado tratamiento en las primeras etapas de crecimiento de pie, y un 2 caracteriza a la edad de madurez biológica (que también las especies y el lugar específicos). Por lo tanto, si se retrasa la recolección de Δ Un año aumenta la biomasa de los árboles

Δ B = B c [ ( 1 + Δ Un Un c -- Un 1 ) 4 / 5 -- 1 ] B c [ ( 1 + Δ Un Un c ) 4 / 5 -- 1 ] , MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = = vr0 vr 5999 @ @

y la estimación conservadora del aumento relativo es

δ B ( 1 + δ Un ) 4 / 5 -- 1 ; ( δ B = Δ B B c , δ Un = Δ Un Un c ) . MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaafaqabeqacaaabaacciGae8hTdqMaemOqaiKaeyyzImRaeiikaGIaeGymaeJaey4kaSIae8hTdqMaemyqaeKaeiykaKYaaWbaaSqabeaacqaI0aancqGGVaWlcqaI1aqnaaGccqGHsislcqaIXaqmcqGG7aWoaeaacqGGOaakcqWF0oazcqWGcbGqcqGH9aqpdaWcaaqaaiabfs5aejabdkeacbqaaiabdkeacnaaBaaaleaacqWGJbWyaeqaaaaakiabcYcaSiab = r7aKjabdgeabjabg2da9maalaaabaGaeuiLdqKaemyqaeeabaGaemyqae0aaSbaaSqaaiabdogaJbqabaaaaOGaeiykaKcaaiabc6caUaaa @ @ 524D

En otras palabras, duplicando la longitud del ciclo de cosecha (es decir, δ A = 2) la biomasa de árboles aumenta en un 40% del valor basal. Como se observa en la figura 1, la magnitud anual de los sumideros inducidas por retrasos en la cosecha se encuentra en el rango de 1-2% de la base de referencia del carbono almacenado.

Discusión

La mayoría de los bosques alcancen su madurez económica antes de la madurez biológica. El tamaño de la brecha varía con las especies de árboles, la productividad del sitio, las condiciones climáticas y la naturaleza del producto de madera. Sin embargo, en general, la duración del ciclo de cosecha podría aumentar en algún coste [10] para crear sumideros de carbono. El 4 / 5 de la ley forestal de crecimiento rápido da una estimación conservadora de la magnitud del fregadero. Por ejemplo, la biomasa de árboles en los bosques de la zona templada, la mayoría de los cuales se gestionan, se estima en 59 Gt C. La aplicación de los 4 / 5 la ley, inmediatamente se puede concluir que el aplazamiento de la cosecha en un 5% de los bosques podría eliminar 30 -60 Mt C de la atmósfera por año.

Desde el punto de vista de la gestión forestal esta aplicación de los 4 / 5 ley puede ser considerado como una reencarnación de Turín del principio de un punto: "El nivel normal de pino está a la misma altura a una determinada edad tienen los mismos crecimiento en el pasado y tendrá la mismo crecimiento en el futuro independientemente del lugar donde crecer "[11]. De acuerdo con este principio, los bosques de edad es el indicador más importante de los servicios prestados por los ecosistemas forestales y el principal objetivo de la macro-escala de gestión.

Es bien tener en cuenta que el principio de Turín no siempre es aplicable en una micro escala. Árbol de la biomasa en algunos stands podrán ser las mismas a cierta edad y más tarde marcadamente diferentes (fig. 2]. Los efectos de retraso en el desarrollo intensivo o adelgazamiento de los bosques están en una etapa temprana son parameterised como "rejuvenecimiento sesgo" (véase la sección Métodos), y, por tanto, micro-escala aplicaciones de los 4 / 5 Derecho requieren de dos puntos para caracterizar el crecimiento patrón del stand.

Adelgazamiento en una etapa temprana de crecimiento stand crea una serie de pautas de crecimiento que no son fáciles de resumir [12]. Esto puede constituir la impresión de que el efecto de diferir la cosecha es difícil de evaluar a escala nacional o regional. De hecho, uno no puede evaluar la magnitud del efecto a menos que el valor típico de rejuvenecimiento sesgo se sabe, pero lo que no se requiere para producir una estimación conservadora. Teniendo rejuvenecimiento sesgo en cuenta sólo puede aumentar las estimaciones de la magnitud del fregadero.

Por otra parte, sería prudente limitar el uso de los 4 / 5 el derecho a obtener estimaciones conservadoras. La productividad de los bosques es susceptible de enriquecimiento de CO 2, N deposición y el cambio climático. Estudios recientes muestran que está aumentando a nivel mundial [3], y, por tanto, las 4 / 5 la ley, derivadas de conformidad con la hipótesis de que la productividad es relativamente constante, induciría a subestimar el verdadero alcance de los sumideros de magnitud.

Teniendo en cuenta la edad del bosque en el contexto de la gestión de carbono, uno debería prestar atención también al hecho de que los cambios en los bosques de edad puede afectar a las reservas de carbono no sólo en la biomasa de árboles, sino también en esos embalses como los suelos forestales y productos de madera. Este tema es prioritario en la agenda, pero va más allá del alcance de este trabajo.

Conclusión

En la evolución natural del régimen climático internacional, el objetivo es pasar de "lo-to-do" a "how-to-do" elementos de los acuerdos internacionales [13] y hay un aumento de la demanda para el seguimiento del estado de cumplimiento con la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. Los resultados de este estudio sugieren que los bosques de edad podría ser una de las medidas clave de los progresos realizados en los planos nacional o regional. En primer lugar, está directamente relacionada con el carbono almacenado y de fácil comprensión. En segundo lugar, es mensurable. En tercer lugar, aumenta la percepción de la situación del depósito de carbono que está bajo la influencia humana directa. Las tendencias que presenta la información en los bosques de edad simplificaría la cuantificación y la comunicación de los progresos en el cumplimiento de los objetivos nacionales sobre la protección y la mejora de los bosques sumideros de carbono.

Métodos

El modelo alométrico

B = b 1 c PA

vinculando la edad de pie (A) y su biomasa (B) a un sitio conocido de la productividad (P) fue validado empíricamente [14] para proyectar las variaciones del carbono almacenado en los bosques mundo [15]. Sin embargo, la validez teórica de establecer la facultad de edad en 0,79216 está abierto a la pregunta. Por lo tanto, cabe deducir la posible valor de la potencia de edad procedentes de algunas consideraciones teóricas y, a continuación, comprobar su validez empírica en contra de los datos disponibles.

Empecemos de la cañería modelo teoría de crecimiento de los árboles [16, 17]. Esta teoría sugiere que la biomasa de árboles es proporcional a la superficie de una sección transversal del tallo (S) a una altura justo por debajo del conjunto de la rama viva más baja:

B z = S

donde z es el "factor Shinozaki".

Entonces, vamos a suponer que S es el poder de la ley monomio de edad (A), exergía (E), y la densidad de pie (R), expresada en términos de biomasa por volumen de espacio ocupado por el stand:

S = c 1 E A R A b c

y determinar los exponentes, se adopta el sistema SI de unidades.

En las unidades SI, la longitud (L) se mide en metros (m), masa (M) en kilogramos (kg), y el tiempo (T) en segundos (s). Por lo tanto, la unidad de exergía [E] es igual a 1 kg m 2 s -1 - o, en otras palabras, [E] = [M] [L] 2 [T] -2. Del mismo modo, [R] = [M] [L] y -3 [A] = [T].

Desde [S] = [E] [R] b [A] c,

[L] 2 = [M] a + b [L] 2 a -3 b [T] -2 a + c

a fin de que

a + b = 0, 2 - 3 b = 2, -2 a + c = 0,

con la solución a = 2 / 5, b = -2 / 5, c = 4 / 5.

Por tanto

[S] = [E] 2 / 5 [R] -2 / 5 [A] 4 / 5

y, por tanto,

B = c 1 z (S / R) 2 / 5 de 4 / 5,

donde c 1 es un coeficiente adimensional.

Si

E / R = const,

entonces la biomasa de un bosque de pie es proporcional a un 4 / 5.

El método, llamado análisis dimensional [18 - 20], que hemos utilizado para obtener los 4 / 5 la ley es un método heurístico. Se aplica cuando la búsqueda de una ley física verificable, no para deducir. Una serie de leyes físicas se han encontrado en esta forma [21 - 23], sin embargo, el método en sí no garantiza el éxito como la elección de controlar las variables es de importancia crítica.

Nuestra opción de controlar las variables no es completamente intuitivo. Se basaba en la Svirezhev-Jørgensen teoría (JST), que sugiere que los ecosistemas se están desarrollando hacia un nivel más alto de exergía [24]. JST postulados que, debido a la entrada de energía de la radiación solar de un ecosistema se mueve lejos del equilibrio termodinámico y obtenga más información y organización. Esto implica, entre otros procesos, auto-organización de cubiertas vegetales - es decir, la reducción de la "aleatoriedad" de follaje de distribución [25, 26].

Sin embargo, la agrupación dosel no siempre es un signo de orden creciente. Puede ser un signo de orden decreciente, como en el caso de stand ruptura. Por lo tanto, tener en cuenta la "concentración" de las hojas en el espacio ocupado por un dosel [27, 28].

La relación E / R, lo que refleja una relación entre la superficie de las lagunas y las agrupaciones de hoja, muestra si un dosel está evolucionando a una estructura ordenada que maximiza su eficacia en términos de utilización de la energía solar, o simplemente degradante. El crecimiento de la biomasa se ajusta a las 4 / 5 ley si E / R se mantiene constante, y que a su vez, sugiere una cierta similitud de los patrones de dosel en los stands de diferentes edades. En consecuencia, las 4 / 5 la ley sólo puede aplicarse a pre-está maduro donde los procesos de crecimiento y adelgazamiento son naturalmente equilibrada.

Se puede encontrar una serie de contraejemplos a esta ley, simplemente porque su dominio es restringido (S / R debe ser constante). No es fácil, sin embargo, para probar si un contraejemplo se inscribe en el dominio de la ley o no. Podemos suponer que sólo E / R es constante durante un cierto período de crecimiento de pie, y, por tanto, al menos una parte de la curva de crecimiento debe ajustarse a la ley. Prueba de la ley contra los datos de parcelas permanentes de vigilancia de los japoneses de Recursos Forestales de Sistema de Control (Rinde Informe de Observación N º 20, 1996), también encontró que uno no puede ignorar el efecto de adelgazamiento intensivo. En otras palabras, el concepto de edad biológica [29 - 32] es esencial para explicar las variaciones en las pautas de crecimiento inducido por el retraso en el desarrollo intensivo o adelgazamiento de los bosques están en una etapa temprana. Por lo tanto, las pruebas de 4 / 5 observaciones en contra de la ley, se debe introducir un "sesgo de rejuvenecimiento" para tener en cuenta la diferencia entre el calendario y la edad biológica del stand (Fig 2].

Agradecimientos

Este resultado de investigación se deriva de la investigación conjunta llevada a cabo con Yoshiki Yamagata y Tsuguki Kinoshita y apoyado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente Fondo de Investigación del Ministerio de Medio Ambiente (Japón). El uso de Inglés se corrigió por Shaney Crawford.