Sphagnum-type pine forest in the raised bog: is the balance model balanced?

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The question posed in the article title looks tautological or far-fetched. However, the literature and author’s data on the phytomass and carbon/nitrogen flows in the climax Eriophorum–Sphagnum type pine forest in raised bogs open the possibility of constructing and applying the simplest possible balance model of nitrogen stocks and flows, considering the raised bog ecosystem to be closed in terms of nitrogen. Applying the model to the real data that represent (following the authors of the relevant sources) the climax state of the ecosystem reveals a discrepancy with the balance. This prompts us to look for the causes of the discrepancy in the field studies. Of greatest interest for the model verification will be field data on pine tree mortality, stock and decomposition rates (flow) of coarse woody debris (CWD). Thus, the model does play its methodological role, despite all its deliberate simplicity.

About the authors

D. O. Logofet

Institute of Forest Science, RAS; Laboratory of Mathematical Ecology, Institute of Atmospheric Physics, RAS

Email: daniLaL@postman.ru
Sovetskaya, 21, Uspenskoe, Moscow Region, 143030 Russia; Pyzhevsky Lane, 3, Moscow, 119017 Russia

A. A. Maslov

Institute of Forest Science, RAS

Author for correspondence.
Email: daniLaL@postman.ru
Sovetskaya, 21, Uspenskoe, Moscow Region, 143030 Russia

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».