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Abstract
The individual-based EFIMOD simulation model was used for regional-scale assessments of the dynamics of basic characteristics of the carbon and nitrogen balance in the forest ecosystems of north central Russia. Two forest strict nature reserves were chosen as case studies. Data from the National Forest Inventory were used for model initialization. Initial soil data were taken from a soil survey database containing data on soil organic matter and nitrogen content in the organic layer and mineral soil for different forest types and regions of European Russia. Standard meteorological data were used as climatic inputs. Two simulation scenarios (without disturbances and with forest fires) were coupled with 2 climatic ones (actual climate and the scenario of climate change). The main sources of uncertainty were analyzed and the model parameters were evaluated. A Monte Carlo procedure was applied for evaluation of the robustness of coefficients. Simulation results showed that the greatest carbon accumulation occurred in the scenario without disturbances. Fires resulted in significant losses in soil organic matter and tree biomass through direct and indirect carbon dioxide emissions. Simulated climate change led to an increased decomposition rate of soil organic matter and a related increase in the productivity of vegetation; however, for this region, the carbon balance was positive. This was primarily because young and middle-aged stands are prevalent in the region modeled. A full analysis would require analytical data on the possible dynamics of mature and over-mature forests in the same scenarios of climate change and forest fires.
Résumé
Le modèle de simulation EFIMOD basé sur l'individu a été utilisé pour évaluer à l'échelle régionale la dynamique des caractéristiques de base des bilans de carbone et d'azote dans les écosystèmes forestiers du nord de la Russie centrale. Deux forêts situées dans des réserves naturelles strictes ont été choisies pour les études de cas. Les données de l'inventaire forestier national ont été utilisées pour initialiser le modèle. Les données initiales des sols proviennent de la base de données des relevés de sols contenant des données sur la quantité de matière organique et d'azote dans la couche organique et le sol minéral pour divers types de forêts et différentes régions de la partie européenne de la Russie. Des données météorologiques standards ont été utilisées comme intrants climatiques. Deux scénarios de simulation (un sans perturbation et l'autre avec feux de forêt) combinés à 2 scénarios climatiques (le climat actuel et un scénario avec changement climatique) ont été appliqués. Les principales sources d'incertitudes ont été analysées et les paramètres du modèle évalués. Une procédure de Monte-Carlo a été utilisée pour évaluer la robustesse des coefficients. Les résultats des simulations ont montré que la plus grande accumulation de carbone était observée avec le scénario sans perturbation. Le scénario avec feux a mené à des pertes significatives de matière organique du sol et de biomasse des arbres avec des émissions de dioxyde de carbone directes et indirectes. Le scénario avec changement climatique a mené à des taux plus élevés de décomposition de la matière organique du sol ainsi qu'à une augmentation conséquente de la productivité végétale; cependant, pour cette région, le bilan de carbone était positif. Il est à noter que la cause principale de ce résultat est que la modélisation a été effectuée pour des régions dominées par des peuplements jeunes et d'âge moyen. Une analyse complète exigerait d'examiner les possibles dynamiques de forêts matures et surannées en utilisant les mêmes scénarios de changement climatique et de feux de forêt.