Воздействие климатических изменений на леса очевидно. Однако существует и обратное влияние леса на климат. Например, наличие леса изменяет отражающие свойства земной поверхности, тем самым изменяя количество тепла, поглощаемое поверхностью в светлое время суток. Лес влияет на гидрологический цикл и испаряемость, делая климат региона более мягким и влажным. В лесу дольше задерживается снежный покров, сглаживая весенние скачки температуры и снижая риски весеннего половодья. Но важнейшее свойство лесов, сказывающееся на глобальном климате, связано с углеродным циклом — поглощением и эмиссией СО2
В процессе фотосинтеза из атмосферы поглощается углекислый газ и углерод запасается в растительной биомассе, а атмосфера обогащается кислородом. В средствах массовой информации по отношению к лесам часто употребляется термин «зеленые легкие планеты». Однако процесс газообмена леса с атмосферой не столь прост (рис. 3.12). Помимо фотосинтеза (продукции биомассы), в лесных экосистемах идут процессы дыхания (то есть разложения органического вещества). Дышат и многочисленные животные, и грибы и бактерии, разлагающие мертвые растительные остатки и органическое вещество почвы, дышат сами растения. В старовозрастных лесах величины продукции и дыхания приблизительно равны, в результате их разность, то есть годовой баланс углерода, оказывается близкой к нулю. Однако это не значит, что старовозрастные леса не играют роли в регуляции газового состава атмосферы. Просто период активного поглощения углерода в этих лесах остался в прошлом, а ныне они стали хранителями «законсервированного» углерода, то есть того, который уже не может вызывать парниковый эффект. Лес хранит углерод в биомассе растений, в мертвой древесине сухостоя и упавших деревьев, в лесной подстилке и гумусе почвы. В бореальных (север-ных) лесах именно почва служит главным хранилищем углерода, в то время как в тропических лесах — биомасса растений.
Рис. 3.12 Схема бюджета углерода лесной экосистемы. Некоторые термины: корневые экссудаты — растворимые органические вещества, попадающие в почву из корней растений, опад — опадающие и отмирающие части живых растений (листва, ветви, цве-ты, шишки и т. д.), отпад — отмирание целых деревьев, гумификация — образование гумуса почвы
Источник: Замолодчиков Д.Г. Системы оценки и прогноза запасов углерода в лесных экосистемах (часть I) // Устойчивое лесопользование. 2011. № 4. С. 15-22. http://www.wwf.ru/resources/publ/magazines/forest_mag/doc2502/page3
Молодые растущие леса по своему углеродному циклу отличаются от старовозрастных. Здесь продукционные процессы преобладают над разложением, за счет чего и происходит увеличение запасов углерода, обеспечивающее удаление (сток)[6] углекислого газа из атмосферы. Именно молодые леса в полной мере можно считать «зелеными легкими» планеты.
Леса подвержены различным нарушающим воздействиям: рубкам, лесным пожарам, вспышкам вредителей, ветровалам, что приводит к гибели либо деградации лесов, потерям запасов углерода и эмиссии углекислого газа в атмосферу. К счастью, потери запасов углерода лесами могут быть обратимыми. Если на вырубках, гарях и местах других нарушений начинают восстанавливаться молодые леса, происходит постепенная компенсация запасов углерода при росте биомассы и пополнении других хранилищ. Если же на местах нарушений происходят изменения землепользования, например, перевод в пахотные земли или застройка территории, то компенсация потерь отсутствует.
Таким образом, уровень нарушающих воздействий становится рычагом, который управляет бюджетом углерода[7] лесов. Этот рычаг уже в течение нескольких тысячелетий контролируется в первую очередь человеком.
Рассмотрим современные изменения углеродного бюджета лесов России (рис. 3.13). В конце 1980-х годов леса России ежегодно поглощали из атмосферы около 70 млн т углерода в год[8]. В сере-дине 1990-х годов имело место резкое увеличение поглощения уг-лерода. Ныне годовой сток углерода из атмосферы в леса России близок к 210 млн т.
Рис. 3.13 Поглощение СО2 из атмосферы лесами России
Источник: Замолодчиков Д. Г, Грабовский В. И, Краев Г. Н. Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия//Лесоведение.2011. № 6.С. 16-28. http://elibrary.ru/item.asp?id=17097641
Это связано с динамикой суммарных объемов лесозаготовок (рис. 3.14). В 1950–1980-х годах годовой объем заготовок древесины в лесах нашей страны был близок к 350 млн м3. В период социально-экономических реформ начала 1990-х годов объемы лесопользования упали до 150 млн м3 в год и фактически стабилизировались на этом уровне. Изменения режима лесопользования стали основной причиной недавнего роста поглощения углерода лесами России. Стабильность объемов лесозаготовок в 1950–1990 годах привела к возникновению устойчивой возрастной структуры российских лесов, обеспечивающей прирост древесины, компенсирующий ее изъятие с лесозаготовками. Как уже отмечалось выше, в такой ситуации углеродный бюджет лесов не должен сильно отличаться от нулевого. При сокращении лесозаготовок прирост стал превышать изъятие, что привело к росту как запасов древесины в лесах, так и усилению поглощения углерода. Эту тенденцию не смогло преломить наблюдающееся с середины 1990-х годов увеличение горимости лесов (рис. 3.14), связанное как со снижением усилий по охране лесов от пожаров, так и с потеплением климата.
Рис. 3.14 Динамика объемов лесозаготовок и площадей лесных пожаров в России за 1958–2009 гг.
Источник: Замолодчиков Д.Г. Динамика углеродного баланса лесов России и ее вклад в изменение атмосферной концентрации углекислого газа // Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». 2012. № 5. С. 31-38. http://www.priroda.ru/lib/detail.php?ID=10706
Рис. 3.15 Пространственное распределение углеродного бюджета лесов в 1988 г.
Источник: Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Краев Г.Н. Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия // Лесоведение. 2011. № 6. С. 16-28. http://elibrary.ru/item. asp?id=17097641
Пространственное распределение углеродного бюджета лесов в 1988 и 2009 годах показано на рис. 3.15 и 3.16. В 1988 году леса почти всей территории Дальнего Востока, частично Восточной Сибири, а также севера европейской части России были источником углерода (рис. 3.15). К 2009 году леса этих регионов стали небольшим стоком углерода (рис. 3.16), за исключением Тувы, Магаданской области и лесной части Чукотского автономного округа. Леса с максимальными величинами стока углерода как в 1988-м, так и в 2009 году находились в средней полосе европейской части России.
Отмеченные особенности пространственного распределения стоков и источников углерода в лесах вполне объяснимы географическими особенностями осуществления лесохозяйственной деятельности. Принципиальные различия между европейскоуральской и азиатской частями России связаны с влиянием пожаров. В европейско-уральской части преобладает наземная форма организации охраны лесов от пожаров, как правило, достаточно эффективно выполняющая свои функции. В Сибири и на Дальнем Востоке велика зона космического мониторинга лесных пожаров, в которой борьба с лесными пожарами проводится лишь в том случае, когда они угрожают населенными пунктам и объектам инфраструктуры. Потому в этих регионах пожары охватывают огромные площади и влекут за собой значительные потери углерода лесов. Причиной усиления стока углерода в леса от 1988 к 2009 году является снижение уровня заготовок древесины (см. рис. 3.14). Это снижение прошло по всей территории России, повысив сток углерода в леса европейской части и почти ликвидировав лесные источники углерода на Дальнем Востоке.
Рис. 3.16 Пространственное распределение углеродного бюджета лесов в 2009 г.
Источник: Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Краев Г.Н. Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия // Лесоведение. 2011. № 6. С. 16-28. http://elibrary.ru/item. asp?id=17097641
Как было рассмотрено выше, влияние климатических изменений пока проявляется разнонаправленно: расширение границ леса и увеличение скорости роста молодых насаждений на севере компенсируется ослаблением и гибелью насаждений на юге. Реализация сценария наиболее сильного потепления, при котором прогнозируется обезлесение средней полосы европейской части России и Западной Сибири, приведет к переходу хранимого лесами углерода в углекислый газ атмосферы. Это, в свою очередь, может усилить процесс потепления.
К счастью, в настоящее время леса умеренных широт являются глобальным стоком углерода. В развитых странах Евразии и Северной Америки, на территории которых находятся основные площади таких лесов, в XX веке снизились темпы роста населения, стабилизировались формы землепользования, получили широкое распространение приемы и технологии устойчивого управления лесами. Во многих странах задачи устойчивого экологического развития стали приоритетными по отношению к экономическому росту. Все эти факторы во второй половине XX века привели к уменьшению нарушающих нагрузок на бореальные и умеренные леса, что, естественно, выразилось в увеличении ими поглощения углерода из атмосферы. Территории умеренного и бореального поясов планеты поглощают ныне около 1 млрд т углерода в год, тем самым замедляя рост содержания парниковых газов в атмосфере и снижая темпы потепления.
С углеродным балансом тропических лесов складывается менее благополучная ситуация. Во многих развивающихся странах, обладающих значительными площадями тропических лесов, продолжается их сведение с последующим переводом земель в иные типы землепользования, в первую очередь сельскохозяйственные. Этот процесс приводит к годовой эмиссии в атмосферу до 2 млрд т углерода в год. Однако в целом углеродный баланс наземных экосистем тропического пояса близок к нейтральному. Выбросы уг-лекислого газа от обезлесения компенсируются нарастанием запасов углерода в лесах, восстанавливающихся на ранее нарушенных территориях. Кроме того, имеет место усиление стока углерода в нетронутых тропических лесах, возможно, в результате поло-жительных эффектов глобальных изменений климата. Некоторые страны (Китай, Индия, а ранее — Коста-Рика) самостоятельно, не ожидая внешней поддержки, осуществляют программы сохранения и восстановления лесов.
РЕЗЮМЕ
Современное потепление, все очевиднее воздействующее на леса, в очень немалой степени имеет антропогенную природу. Пока леса помогают сдерживать потепление, поглощая из атмосферы часть СО2, выброшенного туда человеком. Однако их возможности не беспредельны, и при усилении потепления леса могут превратиться в дополнительный источник парниковых газов. Будем надеяться, что антропогенные изменения климата все же будут остановлены раньше.
[1] Раздел подготовлен на основе материалов автора — Д.Г. Замолодчикова, в частности, статей «Оценка климатогенных изменений разнообразия древесных пород по данным учетов лесного фонда», «Леса и климат — вчера, сегодня, завтра», «Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия» (в соавторстве с В.И. Грабовским и Г.Н. Краевым). При построении палеокарт использованы материалы Adams J. M. (1997). Global land environments since the last interglacial. Oak Ridge National Laboratory, TN, USA. http://www.esd.ornl.gov/ern/qen/nerc.html
[2] Источник: Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 416 с.
[3] Тундростепь — тип экосистем, развивающийся в условиях сухого и холодного кли-мата. От современных тундр отличается замещением мохово-лишайникового покрова злаками.
[4]Наблюдения за ледяным дождем, сделанные школьниками, приведены ниже в прило-жении 3. Там же дано описание данного явления.
[5] Источник: Fischlin A. et al. Ecosystems, their properties, goods, and services // Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, Cambridge University Press, 2007. р. 211–272
[6] Сток углерода — такое состояние экосистемы, при котором входящие потоки углерода преобладают над исходящими, а размеры запасов углерода в различных частях экосистемы возрастают (эти запасы часто называют пулами углерода).
[7] Бюджет углерода — совокупность потоков, обеспечивающих углеродный обмен экосистемы со внешней средой и перераспределяющих углерод между пулами экосистемы.
[8] Конечно, леса поглощали из атмосферы не углерод, а СО, но, говоря о лесных экосистемах, ученые обычно переводят все потоки в тоннах СО2 в тонны углерода (для этого тонны СО2 надо разделить на 3,667).
