10.11. Состояние лесных ресурсов Приморья

10.11. Состояние лесных ресурсов Приморья

Известно, что самую высокую лесистость на Д В имеет Приморский край – 165,9 тыс. км² (Урусов и др., 2002, с. 62). Современное состояние дальневосточных лесов, к сожалению, нельзя признать удовлетворительным. Интенсивная вырубка, частые лесные пожары и загрязнение территорий леса промышленными выбросами – все это привело к тому, что произошло резкое сокращение площадей ценных кедровых, пихтово-еловых и долинных широколиственных лесов и увеличение доли малоценных лиственных. На больших пространствах образовались кустарниковые пустоши, мари, заболоченные луга и болота (Урусов и др., 2002, с. 62–63).

Сегодня в Приморье уже имеется 7 % земель, не покрытых лесом. Напомним, что на 1 января 1983 г. леса гослесфонда занимали 11,1 млн га, или 67 % территории (Урусов с соавт., 2002, с. 73–74). На 1 января 2005 г. общая площадь лесного фонда Приморского края составила 11855,6 тыс. га, в том числе покрытых лесом 11373, 4 тыс. га (96 %).

Следует заметить, что, согласно сообщениям СМИ, в последние годы в крае отмечаются огромные по площади лесные пожары, а также хищническая вырубка ценных пород и их сбыт в зарубежные страны (Китай и др.).

Тогда за счет чего же увеличилась площадь, занимаемая лесом? По породам общие запасы леса следующие:

1) общая площадь, покрытая лесом, 11 373, тыс. га с общим запасом леса – 1752,41 млн м³;

2) площадь хвойных – 6369, 3 тыс. га с общим запасом – 1158,2 млн м³;

3) площадь кедровых лесов – 2169, 7 тыс. га с общим запасом – 423, 85 млн м³;

4) площадь твердолиственных (дуб, клен, береза желтая, ясень и др.) – 3099,2 тыс. га с общим запасом – 372,88 млн м³ (цит. по: Берсенев с соавт., 2006, с. 11).

Сокращение площадей, не покрытых лесом, – 118,7 тыс. га, в том числе гари – 40,6 тыс. га.

В пересчете на один га это составило, соответственно:

? хвойных – 182 м³/га (1158 млн м³/6369 тыс. га);

? кедра – 200 м³/га;

? твердолиственных пород – 120, 4 м³/га.

При плотности древесины (взяты для исчислений средние показатели):

? кедр – 0,55 г/см³ ;

? сосна и ель – 0,45 г/см³;

? береза – 0,7 г/см³;

? ясень – 0,7 г/см³;

? дуб – 0,8 г/см³ (в среднем 0,45 + 0,7 + 0,7 + 0,8 + 0,45)/5 = 0,62) (Кошкин, Ширкевич, 1980, с. 33).

Следовательно, запасы древесины леса в единицах фитомассы составят, соответственно:

? хвойных – 819 ц/га (450 кг/м³ 182 м³/га);

? кедра – 1100 ц/га;

? твердолиственных – 746,5 ц/га.

В целом по всем породам леса плотность древесины должна быть равна – 0,54 г/см² (0,45 + 0,55 + 0,62)/3.

Мы не будем касаться вопросов, связанных с рациональным введением лесного хозяйства, а обратим внимание на то, что человек потерял в результате интенсивной вырубки леса. Способен ли этот процесс внести свой негативный вклад в нарушение принципа Ле Шателье в современной биосфере?

Напомним, что в настоящее время происходит быстрое увеличение в атмосфере концентрации СО₂.

Известно (Лархер, 1978, с. 141), что в процессах фотосинтеза и дыхания обмен углекислоты и обмен кислорода связаны друг с другом. Именно процесс фотосинтеза ответственен за выделение кислорода, который обеспечивает живые организмы нормальным дыханием.

Подсчитано, что наземные и морские (фитопланктон и макрофиты) растения выделяют ежегодно в атмосферу 70 10⁹ т кислорода. На долю леса приходится 55 10⁹ т. В умеренной зоне 1 га леса весной и летом выделяет в среднем 25 кг О₂ в день (Лархер, 1978, с. 143).

Для последующих оценок будем исходить из представлений, что флору Приморья (да и всего Дальнего Востока) природа (эволюция) запрограммировала такой, которую мы в настоящее время и воспринимаем.

Что же собой представляет программирование урожая? Программирование урожайности отличается как от прогнозирования, так и от планирования. Это заблаговременное предопределение и направление процессов формирования урожая по заранее составленной программе с учетом физико-географических, почвенно-климатических факторов и биологических особенностей культивируемых растений. Точнее, сущность оптимизации программирования заключается в отыскании наивыгоднейшего варианта количественного и качественного сочетания основных факторов внешней среды, когда в каждом конкретном случае обеспечивается наибольшая, экономически целесообразная продуктивность возделываемых культур (Климова с соавт., 1974). Но это прямое участие человека в процессе продуцирования растений.

Можно подойти к пониманию идеи программирования урожаев несколько иначе. За длительный исторический период природа как бы «сама» создала на данной территории такие условия, которые стали наиболее оптимальными для произрастания растений и которые выработали адаптивные механизмы, позволившие им освоить искомую площадь наилучшим образом. Критерием данного «программирования» лесов (до вмешательства человека) было существование в Приморье обильных лесов.

Высокая продуктивность растений возможна при полной обеспеченности их всеми факторами жизни. Первым таким фактором является фотосинтетическая активная радиация (ФАР), которая участвует в процессах фотосинтеза и равна ц=40–50 % от общей, приходящей на данную местность и время, солнечной радиации. Поэтому первым этапом программирования урожая является определение максимально возможного (потенциального) урожая (Y_max), величина которого зависит от приходящей за вегетационный период ФАР и коэффициента (q) использования растениями приходящей ФАР на формирование биомассы (%). ФАР зависит еще и от широты местности, числа суммарной, прямой и рассеянной радиации Солнца и других величин. Этот показатель можно определить в соответствии со следующей закономерностью (Быков и Зеленский, 1982, с. 14–24):

О_фар = О_с, (13)

где Q_c – суммарная (интегральная) радиация Солнца, – коэффициент, равный 0,43-0,49.

Зная ФАР, можно определить коэффициент полезного действия фотосинтеза растений (q = к. п. д.) как долю или процент падающей энергии, которая запасается в конечных продуктах фотосинтеза:

, (14)

где Y_max – фитомасса растений (кг/га), Е – количество заключенной в растении энергии (ккал/кг), и Q_фар – приходящая фар (ккал/га).

Энергетическую эффективность фотосинтеза можно еще выразить как (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24):

q = К_фар Р_погл F_этц W_зам, (15)

где приведенные в (15) зкоэффициенты имеют, соответственно, следующие обозначения – коэффициент перехода от потока суммарной радиации к потоку ФАР, примем равным 0,47; второй коэффициент учитывает долю падающей ФАР поглощенной растениями. Естественно его величина зависит от плотности и структуры (архитектоники) распределения растений, пигмента, физиологического состояния растений и т. д. Примем в среднем за верхний предел поглощения ФАР лесом 0,85.

Третий коэффициент показывает долю ФАР, запасенную в первичных продуктах фотосинтеза (ЭТЦ – электротранспортная цепь).

Известно, что на восстановление одной молекулы СО₂ до уровня углеводов требуется 4 электрона, а перенос каждого из них по ЭТЦ осуществляется эстафетой по Z-схеме двумя квантами света. Квантовый выход фотосинтеза таков, когда количество молекул реагирующего углекислого газа на квант света, который поглощается при фотосинтезе, равен приблизительно 0,25. Следовательно, на восстановление одной молекулы СО₂ расходуется 4 кванта (hv) красного света (Лебедев, 1982, с. 151). Многочисленные экспериментальные определения квантовых выходов фотосинтеза показали, что при восстановлении одной молекулы СО₂ поглощается 8-12 квантов света, или 8 энштейнов ФАР. Средний энштейн ФАР Солнца соответствует монохроматическому свету с длиной волны 575 нм. Его величина равна 49,7 ккал. При 8-квантовом расходе энергии, затрачивается на восстановление 1 моля СО₂, до уровня крахмала, – 49,7 8 = 397,6 ккал. Калорийность крахмала равна 114 ккал/моль углерода, отсюда эффективность использования ФАР составляет F_эта = 0,286. Четвертый коэффициент в формуле (15) учитывает энергозатраты растения на разнообразные жизненные функции, связанные с дыханием, обменом и передвижением веществ, делением и размножением клеток. При средних температурах 20–25 С эти расходы органического вещества на свету и в темноте составляют приблизительно одну треть того, что первоначально запасается при фотосинтезе. Поэтому искомый коэффициент равен Ж_зап=1 – 0,333 = 0,667. Калорийность сухого вещества фитомассы находится в пределах 4,5 ± 0,5 ккал/г (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24). Рассмотренные величины позволят оценить потенциальную продуктивность (Y_max) растений в любом районе, где имеются данные о приходе солнечной радиации за выбранный промежуток времени (неделя, месяц, вегетационный период). Следует заметить, что показатель Y_max определяется как максимальный прирост сухой фитомассы за исследуемый период времени в расчете на единицу площади произрастания растений.

(16)

где у =10, коэффициент согласованности размерностей в правой и левой частях равенства (16).

По количеству солнечного тепла Приморье занимает одно из первых мест в нашей стране, не уступая даже таким территориям, как Крым и Черноморское побережье Кавказа. За год на территорию Приморья поступает солнечного тепла (110–115 ккал/см²). Наибольший приток солнечного тепла происходит зимой (8085 % от теоретически расчетного количества), потому что в это время отмечается наибольшее количество дней с безоблачным небом. Летом значительная пасмурность и туманы снижают приток прямой лучистой энергии и, наоборот, увеличивают долю рассеянной (которая в это время составляет 40–50 % от суммарной радиации). Общее количество солнечного тепла:

? во Владивостоке, окруженном со всех сторон морем, достигает 120 ккал/см²;

? в то время как в Санкт-Петербурге оно равно 82 ккал/см²;

? в Карадаге (Крым) – 124 ккал/см²;

? в Ташкенте – 134 ккал/см².

За год на широте Приморья приход солнечной радиации равен 140–160 ккал/см². Согласно оценкам Н. А. Ефимовой (1966, с. 7077), в муссонных областях Дальнего Востока ФАР уменьшается, по сравнению с другими районами, до 6 ккал/см² в месяц. Примем эту величину равной 6-7ккал/см² в месяц. Калорийность сухого вещества фитомассы по данным В. Лархер (1978, с. 133–134) следующая:

? листопадные растения (средняя из данных калорийности листьев, древесных стволов и корней) – 4,4 ккал/г;

? хвойных (хвоя и ствол) – 4,85 ккал/г.

Мы взяли для расчетов величину, равную 4,5 ккал/г. Тогда, в соответствии с формулой (16), имеем

Таким образом, при всех прочих оптимальных условиях, леса Приморья способны продуцировать максимально возможную фитомассу в абсолютно сухом измерении 216–252 ц/га в месяц. Если перевести эти величины в сырой вес (влажность 90–95 %), то цифра увеличится до 1971–4104 (при ФАР 6 ккал/см²) и 22684788 ц/га (при ФАР 7 ккал/см²) в месяц. Такой выход продукции в реальных условиях не достижим в силу того, что существуют объективные факторы, влияющие на снижение интенсивности продуцирования растений:

? не всегда оптимальная в кронах концентрация СО₂;

? фактор влагообеспеченности растений;

? колебание ФАР (облачность и др.);

? неустойчивость температурного режима (сумма активных температур);

? эдафическиее условия (лимит NPK) и другие причины.

Примем за среднюю фитомассу леса величину из трех величин пород деревьев, исчисленную нами выше (хвойные, кедр, твердолиственные) – 889 ц/га. Видно, что максимально возможный урожай превышает ее в 2–5 раз. Способов увеличить продуктивность леса, как это практикуется в отношении сельскохозяйственных культур, нет. Поэтому ее величина была предопределена всей историей воспроизводства растений на этой широте. Исходя из этих данных, можно утверждать, что неразумные эксперименты с лесом чреваты серьезными последствиями для его дальнейшей судьбы. Пожары, вырубки и другие вмешательства в жизнь леса, исходя из не очень высокой его воспроизводительной способности быстро наращивать фитомассу, – очень опасны.

Эти факты специалистам известны.

Но можно поставить еще один вопрос: сколько кислорода выделил бы лес, если бы он произрастал на изъятой территории в 119 тыс. га? (Здесь мы округлили приведенную выше цифру.)

Проделаем ряд ориентировочных расчетов. По отношению к общей площади, занятой лесом, изъятая часть составит 0,011 (119 тыс. га/11373,4 тыс. га). Можно полагать, что запас леса должен составить на данной площади (округленно) около 2 млн м³ (0,011 1752,41 млн м³) или 11 10⁸кг (2 10⁶м³ 540 кг/м³).

Допустим, что в условиях климата Приморья на площади 1 га леса выделялось бы 25–30 кг О₂ в день. Тогда за вегетационный период с данной площади в атмосферу выделилось бы за день 119 0 00 (25 – 30) = 3 1 0⁶ – 3,65 1 0⁶кг О₂.

Согласно литературным данным (Лархер, 1978, с. 64):

? листопадные растения поглощают за один час до 15–25 мг СО₂ на 1 г сухого веса;

? хвойные деревья – 3-18 мг СО₂.

В среднем по всем породам, растения поглощают 15, 4 мг СО² на 1 г сухого их веса. Отсюда, за световой день, равный в летний период 15–16 часам исчисленная фитомасса (в сухом весе, принятой нами 5 % влажности) смогла бы связать примерно 8 10⁸ л СО₂, а за вегетационный период – 13 10¹⁰ л (8 10⁸ 150).

Таким образом, даже приблизительные оценки свидетельствует, что потери леса ведут к снижению их регулирующей роли газового состава атмосферы, причем потери этого процесса могут быть значительны.

Анализ данных по состоянию окружающей среды Приморья указывает на то, что она находится в измененном состоянии. Исходя из этого экологическая политика, формируемая по отношению к странам АТР, должна строиться с учетом данного факта. Какие здесь возможны подходы?

Прежде всего, это переход к (в перспективе) построению ноосферы. В обязательном порядке необходимо следовать тем рекомендациям, которые были обнародованы нашими учеными на международных конференциях в Стокгольме (1972) и Рио-де-Жанейро (1992).

Прежде чем перейти к освещению вопросов ноосферы, акцентируем внимание еще на одной проблеме, касающейся природных и живых систем, – это наличие у них волновых процессов.