Зима с подогревом

Будет ли лес лучше расти вследствие глобального потепления?

Первая половина нынешней зимы в западных регионах России оказалась аномально теплой и почти бесснежной. Многие специалисты связывают такую погоду с глобальным потеплением. Это значит, что такие зимы будут и дальше.

Что, помимо рисков катастрофических весенних и летних лесных пожаров, несет нашим лесам бесснежная зима и глобальное потепление вообще?

Снега нет, но вы держитесь

Почти перед самой отставкой распоряжением от 25 декабря 2019 года №3183-р правительство РФ успело утвердить национальный план мероприятий первого этапа адаптации к изменениям климата до 2022 года. В этом документе на самом высоком уровне признается, что «значительная часть территории Российской Федерации находится в области значительных (наблюдаемых и прогнозируемых) изменений климата», и констатируется усиливающееся воздействие на условия жизни и здоровье людей, а также состояние объектов экономики. План предостерегает от негативных последствий изменения климата, например, повышения пожароопасности в лесных массивах, но при этом «к возможным положительным последствиям ожидаемых изменений климата для Российской Федерации относятся в том числе... повышение продуктивности бореальных лесов». Действительно ли стоит ждать от глобального потепления милости для наших лесов? Будет ли лес расти лучше или предположение правительства неверное? Давайте разбираться.

Неброское богатство бореальных лесов

Бореальные леса – это крупнейшая непрерывная наземная экосистема, покрывающая около 14% суши, пригодной для произрастания растений. Они формируют гигантский «зеленый пояс», охватывающий Северное полушарие и проходящий через Россию, Аляску, Канаду и Скандинавию. Бореальные леса занимают около 1,4 млрд га, или 38% покрытой лесом площади в мире. Большая часть (46%) бореальных лесов планеты российские.

Бореальный характер этих лесов определяет в том числе такой важный экологический фактор, как образование в зимние месяцы снежного покрова, предохраняющего почву от промерзания, то есть создающего микроклимат, позволяющий выживать многим растениям и животным. В бореальных лесах преобладают хвойные породы, ключевые для производства продукции из древесины и бумаги. Однако они служат источником не только древесины, но и ряда важных экосистемных услуг, таких как обеспечение чистой водой. Более того, они оказывают регулирующее действие на климат планеты, играя большую роль в глобальном углеродном цикле.

Национальные особенности глобального потепления: на севере сильнее, чем на юге

При глобальном потеплении существенно повышается вероятность катастрофических климатических явлений, таких как экстремальная жара, выпадение большого количества осадков, поздние весенние заморозки и засуха в летние месяцы, ледяные дожди – они будут чаще и продолжительнее. Уже сейчас отмечается серьезное влияние потепления на наземные экологические системы. Весна наступает раньше, в северных широтах вегетативный период уже увеличился на две недели. Ареалы растений и животных, в том числе нежелательных для человека, расширяются в северном направлении. Наиболее яркий пример – распространение клещей в северных регионах. Это общие закономерности, но есть очень важные региональные особенности.

По многочисленным прогнозам, потепление на севере планеты будет значительно выше среднего уровня, что подтверждается данными наблюдений. Средняя температура в Арктике будет повышаться почти вдвое быстрее средней по планете за последние 100 лет. Если в XXI веке средняя температура на планете поднимется на 2,8°С (если сохранится воздействие на климат нынешними темпами), то в большинстве районов бореальных лесов – на 4–5°С, а местами и больше. Зимние температуры изменятся сильнее, чем летние. На юге Канады и России осадков в зимние месяцы и весной станет больше, а летом меньше. По-прежнему будет сокращаться зона, в которой зимой образуется постоянный снежный покров, в большинстве районов вечной мерзлоты глубина ее таяния увеличится.

Повышение продуктивности лесов как самообман

Может показаться, что умеренное потепление позитивно повлияет на рост деревьев, особенно там, где температура ограничивает их развитие, и там, где короткий сезон вегетации. А предположение об активизации роста растений с повышением в атмосфере содержания CO2 при глобальном потеплении, вроде бы, логично, поскольку углекислый газ и вода необходимы для фотосинтеза – процесса, в ходе которого растения усваивают солнечную энергию.

Тем не менее фактическая реакция бореальных лесов на глобальное потепление не столь однозначна. Более теплая погода в последние десятилетия сказалась на росте деревьев по-разному: как позитивно, так и негативно, в зависимости от региона, условий произрастания и породы.

Во многих районах бореальной зоны наблюдается массовое угнетающее действие потепления на леса. В некоторых случаях это связано с засухами, вызванными повышением температуры. Изучение структуры годовых колец деревьев в бореальных лесах выявило отрицательное влияние повышения температуры на рост деревьев в XX веке. В большинстве районов усиление роста в ответ на повышение температуры прекратилось и сменилось угнетением после 1950 года. Ученые предлагают несколько объяснений, в том числе температурный стресс и засухи. В бореальных лесах Канады установлена связь между климатом и ростом деревьев в зависимости от того, как его изменение сказалось на количестве осадков. Важным фактором роста бореальных лесов является обогащение почвы азотом в доступной форме, не коррелирующее с изменением средней температуры и содержания углекислого газа в атмосфере, вероятно, поэтому повышение температуры и увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере часто не способствуют росту лесов.

Концепция о перемещении северной границы произрастания деревьев к северу предполагает сдвиг лесорастительных зон вследствие глобального потепления и распространения бореальной растительности в современной зоне тундры севернее и на большей высоте в горах. Действительно, в настоящее время наблюдается смещение северных границ возможного произрастания деревьев и кустарников, но спутниковые данные не подтверждают распространение бореальных лесов в зоне тундры. Климатические модели показывают, что климатическая зона будет смещаться к северу со скоростью 5 км в год, в то время как средняя скорость миграции деревьев не превышает 200–300 м в год. На изменение границ распространения лесов потребуются столетия!

Пожары: все чаще и интенсивнее

За исключением регионов, в которых риск возгорания снижается за счет лесохозяйственных мероприятий и эффективно применяются меры подавления лесных пожаров (например, Белоруссия, Финляндия), по всей бореальной зоне в последние десятилетия пожары участились, а пройденные огнем площади леса увеличились. За 20 лет площадь, ежегодно охватываемая лесными пожарами на западе Северной Америки, удвоилась. За 56 лет непрерывного мониторинга лесных пожаров на Аляске семь из одиннадцати крупнейших лесных пожаров произошли после 1988 года. По данным РАН, в России площадь погибших от пожаров лесов составляет в среднем примерно 2,8 млн га в год, причем в течение последнего десятилетия прирастает почти на 150 тыс. га каждый год.

Продолжительность пожароопасного периода в лесах бореальной зоны России, по прогнозам, к концу нынешнего столетия может увеличиться на 12–30%, если температура повысится на 2,4°C. Прежде всего это касается южной части бореальной зоны, как в европейской части, так и в Сибири.

Возможности служб, отвечающих за борьбу с пожарами, ограничены в силу ряда причин, включая недофинансирование, удаленность территорий и неразвитость транспортной инфраструктуры во многих районах произрастания бореальных лесов. И участившиеся в условиях потепления пожары не будут тушить на начальной стадии, что приведет к увеличению площади, пройденной огнем. Согласно прогнозам, в некоторых районах зоны бореальных лесов площадь, проходимая огнем каждый год, может удвоиться, а частота возгораний – повыситься на 50%. Таким образом, изменение режима горимости может повлиять на бореальные леса не меньше, чем собственно потепление. Уже сейчас в Восточной Канаде вследствие учащения и укрупнения пожаров изменяются состав и структура растительности, лесные сообщества с доминированием ели сменяются сообществами, в которых преобладает сосна, с уменьшением полноты древостоя на 75–95%.

Одним из потенциальных долговременных последствий повышения риска лесных пожаров является образование гомогенных лесных ландшафтов с преобладанием пионерных лиственных пород. Изменение климата и условий произрастания может сделать возвращение растительности в исходное состояние невозможным. Видам с ограниченной адаптивной способностью к новым условиям окружающей среды грозит резкое сокращение. Глобальное потепление может вызвать формирование лиственных бореальных лесов и исчезновение хвойных видов, что приведет не только к серьезным экологическим последствиям, но и к экономическим, поскольку ни в одном государственном плане развития не учитывается природная смена породного состава леса, зависимость ЦБК от хвойного сырья и функция таких предприятий как градообразующих. Уже сейчас у многих предприятий резко сократился период зимней вывозки заготовленной древесины – а это немалый экономический ущерб.

Что не сгорит, то сожрут

Вспышки численности насекомых тоже существенно влияют на бореальные леса. Площадь лесов, пораженных расплодившимися насекомыми, превышает площадь, поврежденную огнем. Например, в Восточном Онтарио лесных площадей повреждено в 20 раз больше почкоедом еловым, чем пожарами. В Британской Колумбии наблюдается беспрецедентная вспышка численности соснового лубоеда, которая затронула 37 млн га бореальных лесов. Многолетний рост численности елового лубоеда на полуострове Кенай (Аляска) привел к гибели около 1 млн га лесов и уничтожению 90% елей. Сильнейшая вспышка численности непарного шелкопряда в 1990-е годы вызвал массовую гибель лесов в Красноярском крае, ущерб оценивается в 50 млн м³ древесины. Повышение плотности популяции короеда-типографа в 2010–2014 годы в Московском регионе, ставшее причиной гибели более 100 тыс. га ельников, связано с экстремальными погодными условиями: засухой и теплыми зимами. Вспышки численности многих видов обусловлены тем, что при более теплом лете насекомые успевают пройти полный жизненный цикл за год, а не за два, как при нормальной температуре, или произвести на свет два поколения, а не одно. В теплую зиму, как правило, выживает больше насекомых.

Вечная мерзлота размораживает проблемы: ветровалы и подтопленные леса

По прогнозам потепление климата в зоне бореальных лесов вызовет учащение аномальных метеорологических явлений, в частности, ураганов и ледяных дождей. С большой вероятностью это приведет к массовым повреждениям деревьев в бореальных лесах вследствие ветровала и бурелома.

Прогнозные модели демонстрируют как последствие потепления деградацию вечной мерзлоты на большей части территории России и Канады. С 1850-х до 1990-х годов зона вечной мерзлоты сократилась на 5,4%. Обнаружены центры исчезновения вечной мерзлоты. Они становятся крупнее и встречаются чаще, что обещает негативные последствия для гидрологии ландшафтов и экосистем. Одним из последствий таяния вечной мерзлоты является рост вывала деревьев. Другой возможный негативный фактор – подтопление и гибель лесов, поскольку нерастаявшие более глубокие слои не позволят воде впитываться в землю.

В результате пожаров содержание органических веществ в верхнем почвенном слое снижается, почвы прогреваются больше, что способствует таянию вечной мерзлоты. Пожары обусловили таяние крупных участков вечной мерзлоты на бореальных болотах с существенным изменением гидрологического режима территорий и растительности. В России вследствие глобального потепления ожидается сдвиг южной границы вечной мерзлоты на несколько сотен километров к северу. Наиболее серьезные изменения ожидаются на низменностях Западной Сибири.

Вместо леса трава?

Непосредственное влияние потепления на рост и распространение лесов в сочетании с действием факторов, обусловленных климатическими изменениями, может привести к существенному перерождению больших территорий бореальных лесов в редины или даже в травянистые сообщества. Например, в Сибири южно-таежная растительность, вероятно, сменится лесостепной.

После того как глобальное потепление превысит пороговый показатель, скорость негативных процессов резко увеличится, и тогда существенных изменений в экосистемах бореальных лесов можно ждать в течение ближайших 50 лет. Массовое исчезновение бореальных лесов возможно при глобальном повышении температуры на 3–5°C.

Тайга – накопитель углерода

Бореальная экологическая зона, с одной стороны, наиболее чувствительна к изменениям климата, с другой – и сама, в силу огромной площади, оказывает существенное влияние на климатические условия. И в первую очередь бореальные леса регулируют содержание парниковых газов в атмосфере, поглощая и выделяя углерод в зависимости от ситуации.

Влияние на климат определяется способностью этих лесов связывать атмосферный углерод в биомассе и почве. На бореальные леса приходится около 27% углерода, аккумулированного растительностью планеты, и 25–30% почвенного углерода. Равнинные бореальные леса, примыкающие непосредственно к южной границе зоны вечной мерзлоты, связывают в почвенной органике углерода больше, чем какая-либо другая экосистема Земли. Продление периода вегетации и другие последствия, прогнозируемые в связи с изменением климата, ускорят разложение мертвой органики и в итоге увеличат объем парниковых газов, поступающих в атмосферу.

В бореальной зоне торфяники занимают около 3,5 млн км², в залежах торфа содержится от 250 до 455 Гт углерода. Торфяные болота Северного полушария являются нетто-стоками атмосферного углерода, но природные и антропогенные явления, главным образом пожары, могут понизить их аккумулирующее значение. Исследования, проведенные в Альберте, где торфяные болота занимают 2280 км², показали, что при повышении температуры в летние месяцы на 2°C из-за двукратного учащения пожаров они могут превратиться из стока в эмиттер углерода.

Лесные пожары играют большую роль в динамике содержания углерода не только во время действия огневой стихии, но и позже. Даже после низового пожара возможен значительный отпад деревьев и впоследствии эмиссия углерода при отмирании тонких корней, листьев и хвои, которые разлагаются быстрее других частей. Имеются свидетельства, что «язвы», образовавшиеся на лесных ландшафтах в результате пожаров, остаются нетто-эмиттерами углерода даже 30 лет спустя. При экспериментах в бореальных лесах Аляски установлено, что из-за нагревания почва в первые 20–30 лет после пожара в результате разложения органики теряет около 20% углерода. Пример австралийского бедствия 2019 – начала 2020 года показал, что крупные лесные пожары могут формировать погоду, способствующую интенсивному горению лесов, то есть пожары сами себя воспроизводят и усиливают.

Высвобождение углерода и метана лесами вследствие таяния вечной мерзлоты, лесных пожаров, ветровалов, буреломов и гибели деревьев из-за поражения насекомыми и патогенами является одним из серьезных факторов воздействия на климат. При этом рост углеродной эмиссии делает климат более теплым и сухим, что только способствует явлениям, приводящим к поступлению углерода в атмосферу. Все это ведет к деградации бореальных лесов с неизбежными негативными экологическими, экономическими и социальными последствиями. И до катастрофы не так далеко, как кажется. 

Текст Николай Шматков,
исполнительный директор FSC России