Почему не "стареют" естественные лесные экосистемы: динамика случайных нарушений

Лесные пожары - явление достаточно обычное для большей части таежной зоны Европейской России. Более того: лесные пожары в тайге настолько обычны, что некоторые исследователи рассматривают тайгу как множество гарей разного возраста - точнее, множество лесов, сформировавшихся на этих гарях. Многие исследователи считают, что лесные пожары являются если не единственным, то по крайней мере главным естественным механизмом обновления лесов, смены старых поколений деревьев молодыми.

Однако, говоря о пожарах как о естественном механизме смены поколений деревьев в лесах, надо иметь в виду несколько важных соображений. Во-первых, подавляющее большинство пожаров в лесах Европейской России имеет антропогенное происхождение, т.е. связано с деятельностью человека. Во-вторых, горимость лесов (т.е. возможность их загорания и возможность распространения пожара на большую площадь) зависит от многих факторов, в том числе и от возраста последнего пожара (таким образом, если пожар возник от естественной причины - молнии - в легко воспламеняющемся молодом лишайниковом сосняке, обязанном своим существованием антропогенному пожару, то "естественность" этого пожара является достаточно спорной).

Рис. 4 - На хорошо дренированных участках под влиянием периодически повторяющихся пожаров формируются разновозрастные сосновые леса, состоящие из нескольких поколений деревьев. Северная Карелия

И третье, самое важное. Таежная зона Европейской России была населена племенами охотников и рыболовов уже много тысячелетий назад, практически сразу после отступления последнего оледенения с северной части этой территории. Деятельность первобытных племен, вынужденных постоянно поддерживать открытый огонь, безусловно, была важной причиной лесных пожаров. О роли человека в возникновении таежных пожаров в более поздние исторические периоды сохранились многочисленные документальные свидетельства, позволяющие считать, что уже много столетий назад человек безусловно лидировал среди всех возможных источников пожаров, так же как лидирует в настоящее время.

Таким образом, лесные пожары, с одной стороны, в большинстве случаев являются разновидностью антропогенных нарушений таежных экосистем. С другой стороны, вызванные деятельностью человека таежные пожары начали возникать столь давно, что их можно считать не столько нарушением, сколько одним из ведущих факторов истории формирования современной тайги; кроме того, они имеют и природные аналоги - пожары, вызываемые молниями во время сухих гроз. То есть, таежные пожары являются древним полуестественным механизмом формирования лесных экосистем и смены поколений древесных пород. Под воздействием пожаров в пределах таежных массивов формируется своеобразная, постоянно меняющаяся во времени, но тем не менее вполне устойчивая на большой площади структура ландшафтов. Этот механизм формирования лесного ландшафта и смены поколений древесных пород, называемый пирогенным, характерен для большей части сохранившихся до наших дней таежных лесов. Однако, его характер (типичная частота пожаров, доля пожарных рефугиумов - участков, обычно не подвергающихся воздействию пожаров, интенсивность пожаров) существенно зависит от местных особенностей.

Для таежных лесов, подвергающихся периодическому воздействию лесных пожаров, характерны следующие особенности.

Наличие мозаики участков, с разной частотой и интенсивностью подвергающихся воздействию пожаров разных видов (низовых, при которых выгорает лишь лесная подстилка и лежащие на земле ветки, и верховых, при которых обгорает или сгорает весь древостой). Воздействие огня определяет все основные особенности структуры и динамики конкретного участка леса - возрастной состав древостоя, интенсивность гибели деревьев, количество валежа и мертвой органики на поверхности почвы, состав и структуру нижних ярусов леса. В зависимости от типа и интенсивности пожара могут формироваться как одновозрастные, простые по структуре леса, так и разновозрастные, состоящие из нескольких отдельных поколений (рис. 5). Леса представляют собой сложную мозаику с разной частотой выгорающих участков, в которую, как правило, вкраплены пожарные рефугиумы - участки, в силу разных причин избежавшие пожара в течение последних нескольких столетий и характеризующиеся, как правило, оконной мозаичностью древостоя.

Прерывистый возрастной спектр популяций лесообразующих пород. На наиболее часто выгорающих участках формируются сосновые леса (на северо-востоке - лиственничные), характеризующиеся преобладанием нескольких четко выраженных поколений, образование каждого из которых связано с воздействием низового пала. На долю деревьев, не входящих в состав этих поколений (возобновление на случайно формирующихся субстратах - редких ветровально-почвенных комплексах и т.д.), приходится лишь небольшая часть запаса. Для ели, образующей второй ярус древостоя на участках, длительное время не подвергавшихся воздействию огня, или непосредственно заселяющей свежие гари при определенных условиях, характерно преобладание группы близких поколений с разбросом возрастов в пределах 60-80 лет. Даже на участках леса, весьма длительное время не подвергавшихся воздействию огня (в течение 200-250 лет), где ель нередко господствует в древостое, возрастной спектр популяции ели не является непрерывным и характерным для устойчивой популяции; большинство таких еловых древостоев являются лишь условно-разновозрастными.
Входящие в состав таких лесов лиственные породы (береза, осина, ива козья) в большинстве случаев характеризуются также прерывистыми возрастными спектрами с наличием одного или нескольких четко выраженных поколений.

Наличие разноразмерного валежа, распределенного по площади неравномерно и с неравномерной представленностью разных степеней разложения. В составе крупномерного валежа, как правило, преобладает сосновый валеж. Лишь на участках длительно существующих пожарных рефугиумов, где уже практически произошло восстановление вывальной динамики древостоя, крупномерный валеж может быть представлен еловой древесиной.

Отсутствие мощных органогенных почвенных горизонтов на незаболоченных участках и относительно малое количество мертвого органического вещества на поверхности почвы на участках, не относящихся к пожарным рефугиумам. В почвенном покрове преобладание подзолистых почв. Склоновые участки нередко характеризуются интенсивным смывом мелкозема, стимулируемым частыми низовыми пожарами. Ветровально-почвенный рельеф развит слабо, что связано с преобладанием усыхания деревьев на корню над вываливанием живых старых деревьев. В целом, влагоудерживающая способность этих лесов существенно меньше, чем у лесов с четко выраженной оконной динамикой.

Рис. 5 - Доля текущего отпада (% объема древесины усыхающих и свежеусохших деревьев от общего объема древесины - запаса - древостоя) на разных участках массива разновозрастных сосновых лесов. Видно, что из-за влияния разных причин, прежде всего, низовых пожаров, интенсивность гибели старых деревьев на разных участках различается во много раз. Костомукшский лесхоз, Республика Карелия

Крайне неравномерный процесс гибели старых деревьев на различных участках леса, регулируемый сразу несколькими факторами - воздействием пожаров (в том числе и низовых палов, вызывающих усыхание ослабленных и наиболее поврежденных огнем деревьев), гибелью старых и ослабленных деревьев от вредителей и болезней, воздействием экстремальных погодных условий (засух, особенно актуальных для участков с маломощными и бедными органическим веществом почвами). В результате, хотя в целом в пределах крупных массивов гибель старых деревьев и их замена более молодыми - процесс более или менее равномерный и постепенный, на отдельных участках можно наблюдать совершенно разную интенсивность гибели старых деревьев (рис. 8).

Под воздействием современной хозяйственной деятельности леса с пирогенной динамикой существенно изменяются. Пожары, возникающие вокруг лесосек и дорог, коренным образом изменяют веками складывавшуюся структуру таежных ландшафтов - изменяется частота пожаров, исчезают пожарные рефугиумы, упрощается характер лесной мозаики. Веками складывавшееся равновесие нарушается катастрофическим образом, и предсказать, к каким последствиям для биологического и ландшафтного разнообразия таежных лесов приведут такие последствия хозяйственной деятельности человека, сейчас не всегда представляется возможным.

3. Мертвая древесина - необходимый компонент живого леса

В естественных лесах, вне зависимости от того, каким образом происходит в них смена поколений древесных пород, постоянно образуется валеж - лежащие на земле стволы упавших деревьев. Люди, далекие от изучения экологии естественных лесов, часто рассматривают древесину мертвых деревьев всего лишь как ненужные отходы жизнедеятельности леса, а то, что эта древесина в лесу гниет и пропадает - как свидетельство бесхозяйственности лесной службы.

Рис. 6 - Мертвая древесина крупных деревьев является важнейшим субстратом для возобновления деревьев под пологом леса. Во многих типах леса практически весь подрост хвойных деревьев располагается на валеже. Архангельская обл.

Нередко приходится слышать, что если старые деревья, которые в ближайшее время так или иначе должны погибнуть, осторожно из леса забирать и использовать для хозяйственных нужд, то лес от этого нисколько не пострадает. Однако, если рассмотреть, какую роль играет древесина мертвых деревьев в жизни естественного леса, то становится ясным, что эта мертвая древесина - исключительно важный для функционирования лесных экосистем элемент. К числу важнейших функций древесины мертвых деревьев в естественных лесных экосистемах необходимо отнести следующие:

мертвая древесина и древесная труха в естественных лесных экосистемах - важнейший источник мертвого органического вещества в почве и на ее поверхности, основной резерв депонированного (временно исключенного из атмосферного круговорота) в лесных экосистемах углерода и, таким образом, важнейший элемент, от которого зависит климаторегулирующая роль лесов;

количество и состав мертвой древесины и продуктов ее разложения - основные факторы, регулирующие влагоемкость и теплопроводность верхних почвенных горизонтов и напочвенного покрова;

валежины и холмики древесной трухи и образующиеся при выпадении крупных деревьев ветровальные бугры - основные субстраты для возобновления древесных пород (рис. 9), а также важнейшие элементы неоднородности экологических условий под пологом леса, в значительной степени обуславливающие высокое лесное биоразнообразие;

расположенный на поверхности почвы валеж, а также бугры и западины ветровально-почвенных комплексов образуют специфический микрорельеф, затрудняющий поверхностный сток при весеннем снеготаянии и сильных ливнях, задерживающий на поверхности почвы значительные объемы воды, способствующий пополнению внутрипочвенных запасов влаги и повышающий водоохранные возможности леса.

Рис. 7 - Зависимость численности подроста на валеже (без учета проростков, шт. на метр длины валежины) в зависимости от диаметра валежа (А-ель, Б-пихта) под пологом естественного темнохвойного леса. Пермская обл., государственный заповедник "Басеги"

Количество мертвых стволов деревьев под пологом естественных таежных лесов, особенно тех, которые в течение многих столетий не подвергались воздействию пожаров, весьма велико. В отдельных случаях валеж разных степеней разложения может покрывать до 20% поверхности почвы, а нормальным является проективное покрытие валежа в 5-12%. По этому показателю естественные леса, особенно леса с четко выраженной оконной динамикой древесного яруса, существенно отличаются от вторичных лесов, где валеж может практически отсутствовать. Количество валежа, его породный состав, распределение стволов по размерам и степеням разложения дают богатейший материал для изучения истории леса, давая четкое представление о структуре данного участка несколько десятков лет назад.

Для нормального функционирования естественных таежных экосистем важно не только наличие валежа под пологом леса, но и его количество, а также размерный состав. Возможность заселения валежин молодыми деревьями в значительной степени зависит от его размера - поверхность крупных валежин выше поднята над уровнем почвы и лучше устраняет конкуренцию за свет со стороны травянистых растений; крупные валежины обеспечивают больший запас питательных веществ, высвобождающихся при его минерализации, и меньшие колебания влажности и температуры в течение сезона. Так, в крупнотравных лесах Предуралья с четко выраженной оконной динамикой древостоя большая часть жизнеспособного подроста ели и пихты оказывается приуроченной к крупному валежу с диаметром 36-40 сантиметров и более, а на самом мелком валеже (с диаметром менее 20 см) жизнеспособный подрост хвойных деревьев практически отсутствует (рис. 10). При этом на поверхности почвы всходы ели и пихты практически никогда не доживают до второго года жизни из-за сильного затенения со стороны таежного крупнотравья. Еще большую зависимость от размера валежа показывает жизнеспособный подрост березы: он практически весь располагается на комлевых участках самых крупных валежин.

Таким образом, мертвая древесина является важнейшим и совершенно необходимым элементом жизни естественных таежных экосистем, и ее удаление в результате хозяйственной деятельности (например, за счет вырубки, даже самой аккуратной, существенной доли старых деревьев) может принципиальным образом изменить структурно-динамическую организацию этих лесов.

4. "Вредители", "болезни" и "стихийные бедствия"

Естественная тайга представляет собой не простой набор отдельных участков леса, каждый из которых развивается сам по себе и мало зависит от окружающих, а сложную мозаику взаимозависимых и образующих единую динамическую систему участков, образующих, кроме того, единый комплекс с большим количеством нелесных экосистем (рек, озер, болот, горных экосистем и т.д.). Понятно, что для сохранения этой сложной лесной динамической системы, а тем более всего таежного комплекса в течение длительного времени необходима определенная и довольно значительная площадь массива; при меньших площадях сохраняемых таежных массивов среди антропогенизированной окружающей природы многие важные свойства естественных таежных ландшафтов и экосистем, особенности их структурно-динамической организации будут со временем утрачиваться.

Более того: при оценке той площади, которая необходима для гарантированного сохранения таежного массива и всех его компонентов (включая его флору и фауну) в состоянии естественного устойчивого равновесия, необходимо учитывать так называемые "краевые эффекты" - изменения в структурно-динамической организации таежных экосистем, связанные с влиянием граничащей с сохраняемым массивом сильно преобразованной человеком природы.

Несмотря на трудности оценки площади, необходимой для сохранения тех или иных естественных свойств таежных экосистем, можно дать ее примерные (пока - лишь весьма грубые и для большей части таежной зоны не проверенные экспериментально) оценки. Так, сохранение структурной мозаики лесных экосистем, связанной с их оконной или пирогенной динамикой, возможно в большинстве случаев при площади сохраняемого массива в 2,5-3 тысячи гектаров; динамики крупномасштабных естественных нарушений (связанных с массовыми ветровалами, усыханием больших участков леса из-за экстремальных погодных условий, вспышками численности насекомых-фитофагов, крупными естественными пожарами и т.д.) - 15-30 тысяч гектаров; эталонов таежных малых рек с занятыми естественной тайгой водосборными бассейнами - 100-200 тысяч гектаров; жизнеспособных популяций крупных позвоночных животных (дикого северного оленя, росомахи, рыси, филина и других) - 300 тысяч - 1 миллион гектаров; естественных путей локальных миграций видов, связанных с долговременной динамикой организации таежных ландшафтов - также до 1 миллиона гектаров. Что касается краевых эффектов, то надежная защита большей внутренней части массива (80% его площади и более при компактной его форме) от распадения естественных древостоев, связанного с воздействием размножающихся на прилегающих вырубках насекомых-фитофагов и ветров, активно разрушающих "стены леса", обеспечивается при площади в 3-5 тысяч гектаров; от частого проникновения туристов, охотников, рыболовов, браконьеров и т.д., служащих наиболее обычными причинами лесных пожаров - при площади в 200-500 тысяч гектаров, а в условиях легко проходимых или насыщенных крупными реками и озерами ландшафтов - и более.

Таким образом, эффективное сохранение дикой таежной природы возможно только в пределах больших сохраняемых массивов естественной тайги, имеющих площадь в сотни тысяч и миллионы гектаров. Чем меньше площадь массивов, тем большее количество естественных особенностей таежных экосистем, элементов естественного биологического разнообразия может быть со временем утрачено, тем больше ожидается в будущем сложностей и затрат, связанных с нейтрализацией негативных краевых эффектов. Сохранение небольших участков (до нескольких тысяч гектаров) тайги вообще не дает никаких гарантий того, что тайга сохранится в естественном состоянии сколько-нибудь длительное время, а не будет уничтожена в результате одного крупного антропогенного пожара или неблагоприятных "краевых эффектов" - например, распадения в результате массового ветровала или вспышки численности насекомых-фитофагов после вырубки прилегающих участков леса.

В связи с этим последние сохранившиеся на севере Европейской России крупные массивы естественной тайги имеют ключевое значение для сохранения естественной природы. К числу важнейших экологических свойств этих территорий можно отнести следующие:

Только в пределах таких территорий возможно сохранение природных экосистем, функционирование которых полностью зависит от больших площадей примыкающих к ним территорий (подавляющего большинства речных и озерных, многих пойменных и болотных экосистем) и всего огромного комплекса связанного с этими экосистемами биологического разнообразия. Современная система лесного хозяйства, при которой участки естественной природы сохраняются в виде небольших фрагментов, даже при сохранении водоохранных полос неизбежно ведет к деградации большинства водных и околоводных экосистем.

Только в пределах крупных массивов малонарушенных лесов возможно сохранение в состоянии равновесия многих тонких механизмов саморегуляции естественных лесных экосистем, обеспечивающих их самоподдержание и устойчивость и вносящих значительный вклад в поддержание экосистемного разнообразия, связанных с деятельностью насекомых-фитофагов (в лесном хозяйстве однозначно относимых к "вредителям"), дереворазрушающих грибов (столь же однозначно относимых к "болезням"), ветровалами, снеголомами и иными естественными нарушениями.

Крупные массивы малонарушенных естественных лесов Европейского Севера - единственный тип территорий, предоставляющий возможность гарантированного сохранения в естественных условиях популяций многих крупных видов животных, требующих для жизни больших площадей.

Только крупные массивы, имеющие площадь более миллиона гектаров, способны обеспечить реальную сохранность хотя бы внутренней части территории в абсолютно "диком" состоянии, тем самым обеспечивая гарантированное сохранение не только всего существующего биологического и экосистемного разнообразия, но и естественных путей эволюционного развития экосистем и видов.

Крупные массивы малонарушенных лесов, не имеющие на своей территории поселений и транспортной сети и потому надежно изолированные от подавляющего большинства источников пожаров, служат надежными резервуарами исключенной из атмосферного круговорота углекислоты и потому имеют важнейшее климаторегулирующее значение. Расположенные в их пределах болотные экосистемы служат также важнейшим и надежнейшим поглотителем углекислоты.

Только крупные массивы малонарушенных лесов позволяют части коренного населения Русского Севера (к сожалению, лишь очень небольшой части) сохранять традиционную систему природопользования, связанную с охотой, ловом рыбы и заготовкой иных недревесных продуктов леса, поскольку в пределах "освоенной" территории Севера их запасы оказались практически уничтоженными.

Сохранение таких крупных таежных массивов на Европейском Севере России является одной из важнейших природоохранных задач современности. В настоящее время лишь небольшая часть таких массивов охраняется на территориях заповедников и национальных парков. Остальные сохранившиеся массивы при современных темпах их фрагментации и уничтожения могут исчезнуть в течение ближайших 7-12 лет. В связи с этим вопрос о сохранении дикой таежной природы на Европейском Севере России должен решаться прямо сейчас, несмотря на все экономические и социальные трудности современного периода. Совершенно очевидно, что сохранение значительной части дикой таежной природы Европейской России возможно только при активном участии в этом большой части ее населения.

Заключение