Почему лес как экосистема существует длительное время: Благодаря чему лес, как экосистема

Содержание

Лес как природная экосистема

Лес – это сложная природная экосистема. Компоненты этой экосистемы находятся в непрерывных взаимоотношениях между собой и окружающей средой. Именно этим и объясняется, прежде всего, относительная устойчивость и долговечность «первобытного» леса. Такой лес развивается по своим природным законам. Вмешательство человека в жизнь леса приводит к нарушению биологической устойчивости лесных экосистем, к нарушению установившихся связей между их структурными компонентами.

Лес является сложным природным комплексом, в образовании которого большую роль играют борьба за существование и естественный отбор. Степень разнообразия лесов неодинакова и зависит от множества факторов, но по ряду внешних признаков можно выявить элементы однородности и разделить лес на отдельные, более или менее однородные участки. Поскольку основным признаком леса является древесная растительность, то и при разбивке леса на однородные участки следует объединять их по характеру древесной растительности.

Элементарные однородные участки растительного покрова называют фитоценозами, в лесу это – лесные фитоценозы. Лесной фитоценоз нельзя рассматривать как простое, механическое скопление растений на определённой территории, поскольку он представляет собой лесное растительное сообщество, обусловленное средой, естественным отбором и борьбой за существование. Задолго до появления термина фитоценоз в лесоводственной практике такие участки получили название насаждений.

Лесной фитоценоз (насаждение), давая представление о лесе как о растительном сообществе, отражает очень важные, но не все признаки и особенности леса, поскольку лес сообщество не только растительное, но и биологическое сообщество, включающее в себя кроме растений многочисленные виды других живых организмов: грибов, животных, микроорганизмов и т.д. Еще Г.Ф. Морозов отмечал, что растения и животные в лесу приспособлены друг к другу и к условиям окружающей среды и находятся под постоянным взаимовлиянием.

Такое совместное взаимовлияющее, взаимно приспосабливающееся сосуществование живых организмов получило название биоценозов. Следовательно, лес является одним из таких биоценозов.

Совокупность живых организмов (биоценоз) представляет собой единое целое с условиями окружающей среды. В.Н. Сукачев назвал это единство биогеоценозом (от греческих слов bio – жизнь, geo – земля, coinos – общий). «Биогеоценоз, – по В.Н. Сукачеву, – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии». Понятие биогеоценоза было введено В.Н. Сукачёвым в 1944 г.

, хотя сама идея начала разрабатываться им значительно раньше. Современные теоретические представления о биогеоценологии даны О.В. Смирновой [3-4].

Близкие по своему характеру лесные биогеоценозы можно объединить в определенный тип лесного биоценоза, который в практике лесного хозяйства получил название тип леса.

Близким к биоценозу является понятие экосистема, введённое английским учёным Тэнсли в 1935 г. По Тэнсли, экосистема – это динамическая открытая система, в которой все живые организмы, почва и климат являются составными частями. Этот термин широко распространён в современной научной литературе. На первый взгляд между понятиями биогеоценоз и экосистема вроде бы много общего. Однако они отличаются размерностью. По В.Н. Сукачёву, конкретный биогеоценоз ограничивается размерами фитоценоза, входящего в данный биогеоценоз. Экосистема же Тэнсли практически безгранична. Экосистемой можно назвать и каплю воды, с содержащимися в ней микроорганизмами, и планету Земля.

Лесная экосистема является наиболее точным и понятным определением лесного сообщества. Хотя идея экосистемы очень давняя и признана обществом универсальной, но лишь с наступлением эры научно- технической революции стало возможным оперировать экосистемой как целым, опираясь на научный базис. Целью анализа экосистем является изучение и понимание их структуры и совершающихся в них процессов. В лесных экосистемах эти цели могут быть непосредственно связаны с пониманием биологических пределов продуктивности лесов и влияния хозяйственной деятельности человека на состояние, рост и воспроизводство лесов.

Экосистема представляет собой частный случай общего понятия системы — собрания взаимодействующих реальностей или набора частей и взаимосвязей между ними. Система называется открытой, если она имеет входы и выходы из нее. Экосистема считается открытой, если одна из ее составляющих является живой. В типичной наземной экосистеме входами являются солнечная энергия и осадки, а выходами — минеральные вещества и вода, т. е. энергия и материя. В управляемой лесной системе древесина, растения, животные, вода, рекреационные ценности леса являются выходом, используемым человеком. Главным элементом всех наземных экосистем, в т.ч. и лесных, является пищевая цепь, связывающая физическую окружающую среду с тремя главными жизненными компонентами: продуцентами, консументами и редуцентами.

Все природные экосистемы обладают некоторыми общими свойствами: функциональной интеграцией, целостностью, устойчивостью и иерархичностью [2].

Функциональная интеграция – это появление нового качества при объединении компонентов в систему. При этом поведение каждого компонента объясняется свойствами всей системы.

Целостность экосистемы проявляется в том, что внутри неё не проходит ни одной существенной границы в характеристике биоценоза и экотопа. Помимо этого, система реагирует на внешние воздействия всеми своими компонентами. Например, изреживание древостоя приводит к изменению характеристик всех ярусов растительности, подстилки и верхних горизонтов почвы.

Устойчивость экосистемы – это её способность к саморегуляции, к сохранению функциональных связей и продуктивности при изменении внешних условий. Она проявляется или гомеостазом

– стабильностью, слабой зависимостью от условий окружающей среды, или адаптацией – приспособлением к изменившимся условиям путём некоторой трансформации системы. При сильном давлении извне гомеостатическая система может стать адаптивной, а при чрезмерном – может разрушиться.

Иерархичность проявляется в многоступенчатости или соподчинённости природных систем, отображающих разные уровни организации. В лесу иерархичность иллюстрируется следующей схемой многоступенчатости: дерево, древостой, биоценоз, биогеоценоз.

На свойствах природных систем основан методический подход к их изучению, названный системным.

И.С. Мелехов отмечает, что лесная экосистема характеризуется следующими особенностями:

сложной комплексной организацией, взаимосвязанностью организмов и ценозов, единством организмов и среды в этом комплексе;
динамическим равновесием, автоустойчивостью, авторегуляцией, выработанной в результате длительной эволюции и естественного отбора всех элементов лесного сообщества;

высокой способностью восстановления и обновления;
особым балансом вещества и энергии;
постоянным биологическим круговоротом и обменом веществ и энергии, выносом вещества за пределы биогеоценоза и притоком его из других биогеоценозов;
динамичностью процессов, находящихся в сложных диалектически противоречивых взаимодействиях с тенденциями к устойчивости и стабильности леса;
географической обусловленностью.

Лесу свойственны тенденции к биологической, экологической и морфологической устойчивости, то есть к саморегуляции. В течение длительного периода времени лес может существовать, сохраняя свои типичные черты. Но эта устойчивость не означает статичности леса, его неподвижности и застоя. Напротив, лес нужно рассматривать как природную динамическую саморегулирующуюся систему

. В лесу непрерывно идут процессы обмена веществ и энергии, процессы обновления и отмирания, происходят изменения в росте, развитии и взаимоотношениях лесных компонентов. Следовательно, лес меняется как в пространстве, так и во времени.

Воздействие внешних факторов, особенно антропогенных, может привести к изменениям, резко нарушающим биологическую систему леса. При интенсивном и систематическом воздействии на лес неблагоприятных факторов (химическое отравление, пожары, вытаптывание и т.д.), нарушение экологического равновесия в лесу может оказаться необратимым. Наоборот, при отсутствии неблагоприятных для существования леса факторов он способен восстанавливать эту систему. Это очень важное биологическое свойство леса.

Лес как систему можно рассматривать не только на уровне отдельного биогеоценоза (экосистемы), но и более высоких уровнях: ландшафтном, лесного массива и т.д., как комплекс взаимосвязанных биогеоценозов (экосистем). Ещё Г.Ф.Морозов подчёркивал, что лесоводство имеет дело не

только с отдельными насаждениями, но всегда с их совокупностью. Речь идет о взаимообусловленности различных лесных насаждений, биогеоценозов (экосистем), о влиянии их друг на друга. В этом случае отдельный лесной биогеоценоз является одновременно элементом более широкой, более всеобъемлющей природной системы. То есть лес как систему необходимо рассматривать на межбиогеоценозном (межэкосистемном) уровне.

При таком подходе к лесу нужно учитывать взаимоотношения различных биогеоценозов, представленных не только лесными насаждениями, вырубками, гарями, полянами и другими лесными участками, не покрытыми лесом или находящимися в начальной стадии зарастания лесной растительностью.

Таким образом, лес представляет собой природное единство, сложную систему с её взаимосвязанными биотическими и абиотическими компонентами, систему живых организмов и их сочетаний с биологически активной средой, систему, которую необходимо рассматривать на разных уровнях, в нескольких измерениях – и в пространстве и во времени, представлять не только в статике, но и в динамике. Главное связующее звено в этой системе древостой. Он является основным эдификатором лесного сообщества и органически связан с окружающей средой, от неё зависит и влияет на неё [1].

С экономических позиций лес представляет собой совокупность различных ресурсов, прежде всего сырьевых ресурсов древесного происхождения, недревесного растительного происхождения, животного происхождения, а также источником многосторонних полезных функций, связанных с его воздействием на человека и окружающую среду.

Список лиетратуры:

Мелехов И.С. Лесоведение. М.: Изд-во МГУЛ, 1999.
Сеннов С. Н. Лесоведение и лесоводство. М.: Akademia, 2005.
Смирнова О.В. Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. М.: Наука, 2004. Кн.1. 479 с.
Смирнова О.В. Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. М.: Наука, 2004. Кн.2. 575 с.

ЭКОСИСТЕМА ЛЕСА виды

Экосистема леса – часть биосферы, населённая взаимосвязанными организмами. Лесные массивы регулируют газовый состав воздушной оболочки планеты, влияют на климат и круговорот воды.

Являясь возобновляемым сырьевым источником, предоставляет древесные, пищевые, кормовые, технические и лекарственные виды сырья. Биологическая продуктивность сохраняет плодородную почву.

Природное сообщество живёт благодаря взаимосвязям организмов, нарушение которых приведёт к гибели биоценоза.

В экосистеме леса сообщество живых организмов связано с биогенными факторами и с факторами неживой природы – абиотическими. Между собой организмы связаны обменом энергии. Главная роль отводится растениям, образующим органические вещества из неорганических, называющихся продуцентами.

Органика потребляется консументами – организмами, не способными заключать энергию в органические соединения. Роль переработчиков и возврат в природу неорганических веществ выполняется редуцентами. Преобладание одного вида деревьев делит лесные экосистемы на:

Смешанный лес
Широколиственный
Хвойный
Тропический.

У леса особенная структура – расположение жизни этажами — ярусами. На высоту ярусов и разнообразие живого мира влияет формирование видового состава растительности.

К смешанному лесу относится массив с лиственничными и хвойными деревьями, но не меньше 5 % одного вида. Расположен в умеренном поясе, где с северной стороны тайга, а с другой – широколиственный лес. Осадков выпадает 700-750 мм за год. Почвы – дерновые подзолистые или бурые и перегной.

смешанный лес фото

Экосистема заселена дубами и кленами, елями и соснами, липами и вязами. Америка славится секвойей, горные местности — лиственницей, На Кавказе и Дальнем Востоке — бук и пихта. Сообщества дополняют и укрепляют одно другого, становясь устойчивыми экосистемами. Если исчезнет один вид, освободившийся ярус занимает другой вид организмов в большем количестве. Уничтожение насекомых — причиной гибели биоценоза.

Европу, Восточную Азию, Северную Америку, юг Чили занимают широколиственные леса. Деревья, достигающие 40 м, растут в 2 яруса, ниже – кустарники и травы 2-3 видов высоты, видовое разнообразие которых преобладает. Растения выбирают серую, подзолистую, бурую почву или чернозём. Климат в экосистеме влажный и умеренно влажный, продолжительное лето жаркое. Зимы не суровые.

широколиственный лес фото

Осенью листва сбрасывается, отчего деревья считаются листопадными. У верхнего яруса листовые пластины больших размеров, деревья теневыносливые, требовательны к составу почвы, любят солнечное освещение. Такой лес называется широколиственным. Там растут дубы, клёны, вязы, липы, ясени. Средний ярус заполнен кустарниками, внизу – ягодники и цветущие травы. К мелколиственному лесу относятся представители с мелкой листвой: берёза, осина, ольха. Больше предпочитают солнечного освещения, морозоустойчивые и не капризны в выборе почвы.

Широколиственное сообщество так же считается устойчивой системой. Но она уязвима без зелёных листьев в зимний период, когда прекращается образование питательных веществ за счёт хлорофилла. В это время происходит основная работа редуцентов — могильщиков, червей и микроорганизмов. Другие животные придерживаются сезонной активности. У холоднокровных организмов наступает период анабиоза, перелётные птицы улетают туда, где теплее, некоторые животные впадают в спячку. Остальные существуют, питаясь кормами.

Таёжные массивы занимают север Сибири и Канады. Отдельные участки есть в южных местах. В Австралии и Южной Америке хвойный лес растёт только в горных районах. Представители экосистемы произрастают в холодном климате. Осадков немного, 200 мм за год, чаще снег.

Летний период короткий и холодный, но световые дни длинные. Зима — продолжительная и морозная. Вода, необходимая для роста деревьев, не успевает испариться. Хвоя – это видоизменённые листья, приспособившиеся к сохранению тепла и влаги. Выдерживать суровые зимы помогает смола, покрывающая стволы и иголки. Синтез органических веществ не прекращается и при 0 температуре.

Есть деревья, которые на зиму иглы сбрасывают. Например, лиственница. Отличительная черта хвойных деревьев наличие шишек. К тёмнохвойным лесам относятся еловые, пихтовые, кедровые и ельники. В них 2-3 яруса, постоянная тень, состав видов небольшой. Недостаток солнечного света замедляет процесс переработки органики, почва мало плодородна.

хвойный лес фото

К светлохвойным породам относят лиственницу и сосну обыкновенную, достаток солнечного света ускоряет почвенные процессы. В хвойных лесах нет среднего яруса, а нижний занят мхами и лишайниками, которыми питаются животные – следующее звено в коротких цепочках передачи энергии. Что делает систему устойчивой, так это саморегуляция. Представители одного вида не уничтожают до конца других животных.

В сосновых лесах ярусная структура простая и фауна бедная. Еловые леса, создающие зимой благоприятный микроклимат, способны защищать животных, поэтому видовой состав здесь богаче.

Экосистема измеряется устойчивым положением в биосфере, с выдерживанием внешних изменений и восстановлением впоследствии. К самым надёжным лесным системам относится смешанный лес, затем идёт широколиственный, хвойный и тропический. На такое распределение влияет плотность растительных крон и степень солнечного освещения нижних ярусов. Недостаток солнца замедляет поставку редуцентами полезных веществ деревьям.

Принципы развития устойчивых экосистем:

Непрерывный круговорот веществ и энергии внутри системы
Функционирование за счёт солнечной энергии
Ограниченная численность жителей экосистемы.

Естественное развитие лесов так же является показателем устойчивости:

К девственному лесу относится массив (дальневосточный), не тронутый несколькими поколениями;
На естественный лес (например, сибирский) губительно влияют различные факторы, но он снова развивается, правда длительное время;
У антропогенных лесов, испытывающих влияние человека одного поколения, устойчивость низкая.

Учеными подсчитано, что на планете Земля произрастает около 3 триллионов деревьев.
Человечество сократило лесные массивы на 45 %. Каждый год уничтожается по 95 млн. стволов.
Самая лесная страна в Европе – Финляндия. Меньше всего леса в Великобритании. Лес занимает всего 6 % территории.
Одним деревом за год производится 120-680 кг кислорода, связывание 34 кг углерода, нейтрализование 80 кг вредного вещества, сбор 20 кг пыли и фильтрация 100000 куб. м воздуха.
80 кг собранной макулатуры спасёт 1 дерево. Чтобы произвести бумагу, каждый год мир вырубает 125 млн. деревьев.

Лесные массивы постепенно уничтожаются человеком, что неминуемо приведёт к трагическим последствиям:
Биосфера теряет устойчивость
Чаще и сильнее стали происходить наводнения, сели
Усилившиеся ветра – причины пылевых бурь и засухи
Стремительное наступление пустыни
Уничтожение живого вещества и обеднение биосферы.

У лесной экосистемы довольно высокая устойчивость. Лес, без антропогенных влияний, существует в стабильном положении неограниченный период времени. Отсутствие хотя бы одного звена в системе прекращает её функционирование.

Леса активно вовлечены в процесс глобальных изменений

Беседа с доктором биологических наук, главным научным сотрудником Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Дмитрием Геннадьевичем Замолодчиковым.

— Какие научные исследования и разработки в области экологии и продуктивности лесов России идут в ЦЭПЛ?

— ЦЭПЛ — специфичная научная организация. Основатель Центра академик А.С. Исаев задумал научное учреждение, как аналитический центр, с целью анализировать и обобщать информацию о лесах. Исследования ЦЭПЛ РАН разделены на четыре направления.

Первое направление — дистанционное зондирование лесов, при котором ученые используют спутниковую информацию. Пять лет назад добавился еще один важный источник — беспилотные летательные аппараты. Речь идет об интеграции информации высокого разрешения с дронов и различного разрешения с космических спутников. В этом направлении у Центра уникальное достижение — участие в разработке информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров (ИСДМ-Рослесхоз). Проект ввели в действие в 2001 году, и он изменил всю систему информации и борьбы с лесными пожарами в России. Вскрылись серьезные различия между официальной статистикой и реальной горимостью лесов. В Сибири значительная часть доли лесного фонда охраняется от пожаров авиалесоохраной, для успешной борьбы с пожарами необходима их ранняя диагностика. Спутниковые методы позволяют несколько раз за день изучить территорию. С помощью системы формируют статистику, стратегические прогнозы, обнаруживают пожары на ранних стадиях и принимают решение об их тушении.

Второе направление — биоразнообразие лесов. Биоразнообразие — сложный комплекс различных объектов. Это не только видовое разнообразие, но и генетическое. Помимо видового уровня разнообразия существуют более высокие иерархические уровни, как разнообразие сообществ, экосистем, ландшафтов. Генетическое разнообразие нарушается, если при создании лесных культур использовать клонированные растения или интродуценты. Неудачные опыты лесоразведения связаны с восстановлением типов лесов, которые в данной местности и климатических условиях не могут существовать. Актуальны вопросы инвентаризации биоразнообразия лесов и разработки определителей типов леса.

Третье направление — углеродный баланс и влияние климатических изменений. Мы живем в эпоху этих изменений и пытаемся понять к чему они приведут, зарегистрировать действующие эффекты. Леса активно вовлечены в процесс глобальных изменений, поскольку имеют сложную систему обратных связей с изменением климата через углеродный баланс. То есть лес осуществляет фотосинтез и поглощает СО2, в нем происходят процессы разложения органического вещества с выделением CO2, во время пожаров тоже выделяется углекислый газ. Какой процесс пересилит, непросто прогнозировать.

Четвертое направление — оценка экосистемных услуг лесов. Это польза лесов и других экосистем для человека: заготовка древесины, поглощение углерода, очистка атмосферного воздуха, пресных вод и другие. Оценить в комплексе всю пользу лесов для человека и выбрать доминирующие факторы для локальных систем — главная задача, поскольку эта информация обеспечивает выбор правильных решений природопользования и землепользования.

— Как происходит оценка экосистемных услуг лесов России?

— На разных уровнях: от экосистемы до региона и страны в целом. Сначала ученые классифицируют экосистемные услуги: гидрологическая, продукционная, углеродная функции и другие. Затем на основе имеющейся информации по лесам (спутниковые данные или Государственного лесного реестра) рассчитывают площади, запасы древесины, размерные характеристики деревьев. Дальше специалисты используют научную литературу, рассматривающую конкретную экосистемную функцию. Например, данные по соотношению между осадками и стоком по гидрологическим полигонам при разных величинах лесистости. На основе этой информации по предметным исследованиям ученые создают процедуру, с помощью которой пересчитывают территориальные характеристики лесов в оценки экосистемных услуг.

— Расскажите об одной из важных экосистемных услуг — гидрологической роли леса. Это актуально, поскольку в России ежегодно происходит от 40 до 70 кризисных наводнений.

— Лес — буфер для воды. Проблема наводнений не в том, что нет путей ухода воды. Просто в какой-то момент воды становится слишком много. На данной территории и в реке баланс складывается из того, сколько воды уходит и проходит. Если воды в результате интенсивных дождей стало на водосборе слишком много, возникают наводнения.

Стабилизирующая роль леса в водных потоках очевидна. Сведение леса приводят к негативным последствиям. К примеру, исчезновение коренного населения острова Пасхи. Остров Пасхи был лесным островом. У популяции развился культ истуканов. Они вырубили весь лес, чтобы на деревьях, как на катках, катить истуканы к берегу от каменоломен. Лѐса, который выполнял буферную функцию для воды на водоразделах, не стало. Исчезли реки и ручьи, вся вода после дождя очень быстро стала стекать в океан. У населения иссякли все источники пресной воды, и население исчезло.

— Вы сказали о продукционной функция лесов в заготовке древесины. Оценка экосистемных услуг рассчитана на выявление количества деревьев, которое можно вырубить?

— Это вопрос классического лесоводства. Лесная наука существовала в течение длительного времени. Многие российские ученые — классики мирового лесоведения. Если мы рассматриваем только ресурсную часть — производство древесины, — то обращаемся к научным трудам. Эти работы позволяют по существующей структуре насаждений рассчитать допустимый объем пользования и то, что получится при тех или иных приемах рубок.

Другое дело — экосистемные услуги — это более широкий комплекс вопросов. Этот интегрирующий подход позволяет решить, какие леса лучше не рубить, поскольку их водозащитная, воздухозащитная и рекреационная функции могут быть важнее производства древесины. В то же время другие леса, наоборот, возможно рубить в интенсивном режиме, так как их альтернативные экосистемные функции не столь важны.

— Вы упомянули допустимый объем пользования. Как я понимаю, это связано с устойчивостью лесных экосистем?

— Устойчивость лесных экосистем — важный фактор, который показывает возможность лесов выносить нагрузки. Леса не живут сами по себе, они растут рядом с человеком и испытывают климатические изменения. Устойчивость лесов складывается из двух компонентов. Во-первых, это способность выносить внешние воздействия (загрязнение, изменения климата, рекреационную нагрузку и так далее). Второй компонент — это возможность восстановления после серьезных нарушений. Существуют предметные исследования о различных формах нарушений. Например, некоторые древесные породы не восприимчивы к вредителям. В Западной Сибири сейчас развивается мощная вспышка уссурийского полиграфа, инвазивного жука, повреждающего кору хвойных пород. При этом лиственные породы, например, береза, устойчивы к данному вредителю. Аналогичным образом, можно выделить устойчивые и уязвимые леса по отношению к любому нарушению. Ученые проводят процедуры комплексной оценки устойчивости.

— Помимо спутникового мониторинга, какими еще видами мониторинга занимается ЦЭПЛ?

— У различных научных групп Центра есть свои стационары, где мы тоже постоянно проводим исследования. В Валдайском национальном парке ученые ЦЭПЛ занимаются мониторингом потоков парниковых газов. Другие научные группы Центра ведут мониторинг биоразнообразия и влияния климатических изменений в Печоро-Илычском заповеднике. Полевые исследования идут и в тундре, в Воркуте, на Чукотке, где происходит мониторинг состояния криолитозоны. Все это разные элементы мониторинга, который может быть и наземным, и спутниковым.

— Расскажите подробнее про мониторинг углеродного баланса южной тайги на Валдае.

— Валдай — очень интересное место по традициям научных исследований. Ученые ведут мониторинг в полигоне «Таежный лог», который находится в Валдайском национальном парке Новгородской области. Полигон был основан в середине 30-х годов. На момент основания в нем вели исследования гидрологического режима леса. В 60-70-е гг. этот полигон был одним из самых мощных исследовательских полигонов гидрологии наземных экосистем в России. В начале 90-х годов эти традиции были утеряны. Совместно с заинтересованными коллегами и разными организациями, в числе которых Институт глобального климата и экологии, мы в 2009-м году запустили за счет источников финансирования программу мониторинга потоков парниковых газов на полигоне «Таежный лог». Здесь установлено на высоких вышках пульсационное оборудование, которое измеряет газообмен и обмен потоков энергии экосистемы с атмосферой. Измеряются потоки водяного пара, углекислого газа, потоки энергии в радиационной форме, конвективного тепла и параметры экосистемы: температура на разных слоях, влажность, потоки тепла в почвах и другие. Проводятся дополнительные камерные измерения потоков парниковых газов от почвы, валежной древесины. Пульсационные установки работают непрерывно в автоматическом режиме, данные передаются по мобильной связи. Камерные наблюдения проводятся раз в месяц во время выездов ученых Центра. К сожалению, подобных пульсационных установок немного в России. В развитых научных странах плотность таких установок намного больше.

— В каких экспедициях вы еще принимали участие?

— По лесам мы взаимодействуем с Приморской сельскохозяственной академией в Уссурийске. При участии сотрудников и студентов этой академии удалось организовать исследования парниковых газов в крайне разнообразных лесах Приморского края.

Помимо лесов вторая сторона деятельности моей научной группы — работа с мерзлотными экосистемами. Тундры можно изучать дистанционно, но мы проводим экспедиционные исследования. В этом году я участвовал в экспедиции на Ямале в вахтовом поселке Сабетта. Мы занимались восстановлением тундровых экосистем. Разработка газовых месторождений оставляет негативные последствия для чувствительных мерзлотных экосистем. На местах с нарушенным тундровым покровом развиваются различные термоэрозионные процессы.

Одна из прошлых интересных экспедиций — на антарктической станции «Беллинсгаузен». На антарктическом полуострове мы исследовали потоки парниковых газов. На части полуострова есть тундроподобные сообщества без сосудистых растений — мхи, лишайники, бактериальные маты, газообмен которых мы изучали камерным методом.

На Чукотке я провел более десяти полевых сезонов. Это проекты, связанные с состоянием верхнего слоя мерзлоты и с балансом парниковых газов. В двух экспедициях мы рассматривали горячие ключи Чукотки, как естественную модель глобального потепления — повышенные температуры и геотермальные эмиссии CO2.

— ЦЭПЛ РАН занимается математическим моделированием динамики лесных экосистем. Расскажите об этом направлении научных исследований.

— Современная наука оперирует с математическими моделями. Математическая модель — это описание поведения объекта совокупностью математических уравнений. В исследованиях Центра объект — лесная экосистема, а совокупность уравнений характеризуют запас древесины, плотность, диаметр, высоту, размер кроны деревьев, уровень азота, фосфора, углерода в фитомассе и других частях лесной экосистемы. Эти модели позволяют оценивать воздействие различных факторов на лесные экосистемы.

Если говорить про динамику лесных экосистем, то модели ориентируются на изменения состояния лесного покрова. Естественное разнообразие леса в постоянной динамике, поскольку лес растет. Эту динамику легко описать. Старовозрастные леса изменяются в меньшей степени. Они поддерживают свою структуру. Другие лесные насаждения продолжают расти, в некоторых лесах произойдут сукцессии. С помощью этих знаний на основе правил и уравнений математических моделей прогнозируется, какой будет лесной покров территории в будущем.

В этом научном направлении ученые ставят компьютерные эксперименты. Например, задают сценарий, при котором увеличивают количество рубок для определения допустимого объема пользования. Или вводят инородные виды с высоким инвазивным потенциалом с целью определить возможности их распространения.

Технически это компьютерное моделирование с совокупностью уравнений, оформленное как система в том или ином виде программного обеспечения.

— Если мы рассматриваем динамику лесных экосистем, то какое будущее у лесного покрова на планете?

— Последнее тысячелетие леса отступают. Главная тому причина — человек. Численность человечества увеличивается. В развитых странах землепользование устоялось, иная ситуация в развивающихся государствах. В юго-восточной Азии, многих странах Южной Америки продолжается процесс тропического обезлесения. Стимулы к сведению лесов по-прежнему велики.

Помимо антропогенного фактора существенный вопрос климатических изменений. Если мы говорим про тропические леса, то климатические изменения отразятся на них в меньшей степени, поскольку изменения климата намного сильнее проявляются в умеренных и особенно в северных широтах. За последние сто лет в мире потеплело на один градус. Но в России температура увеличилась на два градуса. То есть в России теплеет в два раза быстрее, чем по миру. В Арктике же потеплело на четыре градуса.

Глобальное потепление может привести к тому, что процесс естественного обезлесения затронет большую часть европейской России. Значительная часть биоклиматических моделей показывает, что на конец столетия обезлесение дойдет до Новгородской области и дальше. Все это войдет в состав современных климатических условий распространения черноземных степей.

Северная граница леса будет сдвигаться на Север. Уже зарегистрировано позеленение тундры и продвижение лесов в горы на полярном Урале. Широколиственные породы будут надвигаться на хвойные. Граница лес-степь будет продвигаться к северу. Все зависит от конкретных региональных трендов климатических параметров.

В Сибири ситуация будет лучше для лесов, поскольку важный фактор, контролирующий лесные границы, — не только температура, но и вода. Если тепло, но достаточно воды, лес себя прекрасно чувствует. В Европейской части проблема в том, что потепление идет на фоне аридизации — уменьшения количества осадков, что способствует обезлесению. В Сибири же потепление идет на фоне увеличения осадков. Не зря мы говорим про наводнения в Сибири и Приморье. Это приведет к тому, что, наоборот, области распространения леса будут расширяться на юге Азиатской части России.

Следующий момент — инвазии. Расширяется ареал уссурийского полиграфа в лесах западной Сибири. Пихтовые леса могут практически исчезнуть. Это не значит, что леса исчезнут полностью, но в них изменится породный состав на более устойчивые к полиграфу виды, например, березу и осину.

В данном случае нет общего тренда, тренды исключительно региональные, как и региональны проявления потепления климата. Температура растет фактически везде, а осадки остаются неопределенным фактором и не позволяют дать точный прогноз.

— Можно предотвратить обезлесение?

— Лесная экосистема устойчива и способна в определенных пределах поддерживать существование даже в отличающихся от привычных условий. Когда лес развился, его не просто уничтожить внешними воздействиями (не антропогенными). Лес — долгоживущий объект. Немедленного исчезновения лесов не произойдет. Если технологический прогресс позволит справиться с антропогенными эмиссиями парниковых газов, а климат стабилизируется, то и изменения растительного покрова Земли сойдут на нет. Но такая глобальная стабилизация климата возможна при возникновении новых технологий производства энергии или значительном усовершенствование имеющихся.

— А как леса воздействуют на климатические изменения?

— В первую очередь, через баланс CO2. Территории со стабильными площадями лесов, как правило, являются стоком углерода. Хотя есть исключения, например, леса Канады были источником углерода для атмосферы во время вспышек массового размножения вредителей.

Те территории, в которых площадь лесов уменьшается за счет их конверсии в сельскохозяйственные земли и урбанизированные территории, — безусловный источник углерода для атмосферы. Леса вырубаются на таких территориях не для того, чтобы заготовить древесину, а под поля, кокосовые плантации и прочие варианты использования земель. Таким образом, лес может быть стоком углерода, если увеличиваются запасы углерода в лесу, и источником углерода, если они уменьшаются.

В случае повышения продуктивности лесов в Сибири, они усилят свою активность по стоку углерода, и это будет противодействовать климатическим изменениям. Но, с другой стороны, если интенсивность лесных пожаров возрастет, и пожары будут выбрасывать углерод, сохраненный в лесах, в атмосферу, леса окажут стимулирующее влияние на процесс потепления.

Есть и другая взаимосвязь между климатом и лесами. Например, через альбедо — способность поверхности Земли отражать солнечные лучи, что является важным фактором для энергобаланса планеты. Если лучи отражаются от поверхности и уходят в космическое пространство, они не участвуют в процессе глобального потепления. Территории, покрытые лиственными породами, в снежный период имеют более высокое альбедо и лучше отражают солнечные лучи, в отличии от хвойных пород. Если человек в зоне умеренного климата сводит хвойные породы и расширяет лиственные, это работает против потепления.

— Расскажите подробнее про восстановление лесов.

— Лесовосстановление — непростой термин, который охватывает несколько процессов. Лес состоит из деревьев, имеющих органы размножения, а также способных размножаться вегетативно. Если у деревьев есть возможность, они естественно размножаются. На местах вырубок и гарей первыми появляются ранние сукцессионные породы, ориентированные на быстрое нахождение свободных пространств, — береза, осина, ольха. Лес начинает расти сам. Строго говоря, для появления леса в лесной зоне его не обязательно восстанавливать искусственно.

Лесные службы сажают деревья в лесной зоне с целью вырастить «нужный лес». До сих пор для лесного хозяйства России в приоритете выращивание хвойных пород, в первую очередь, сосны и ели. Чтобы вырос не березняк, а сосняк или ельник, необходимо посадить лесные культуры либо управлять естественным восстановлением. Например, просто срубить все молодые березки, если на данном месте имеется подрост ели. Лесовосстановление в лесной зоне — это средство получения нужного по свойствам леса, а не критичный фактор возобновления леса как типа растительности.

Лес восстанавливают и на территориях, где он не растет или не может расти — угольные отвалы, карьеры, шламохранилища. Лес на таких территориях сам не вырастет, поскольку нет почвы, зачатков — семян, желудей, подроста. Изначально создают почвоподобный слой, а затем сажают лесные культуры. Это процесс рекультивации.

Искусственное лесовосстановление часто бывает необходимым в тропиках. Здесь сведение лесов может привести к смыву мелкозема — незакрепленного почвенного слоя — вплоть до коренной породы, поскольку в тропиках часто идут дожди. В результате образуется антропогенная пустыня на месте леса.

Разводят лес в аридных областях. Задача — создать лес там, где его не было, и улучшить климатические условия. Сейчас много проектов прорабатывается по устройству углерододепонирующих лесных насаждений. Активно обсуждается облесение Сахары. Если в Сахаре посадить лес площадью больше 200 тысяч га и продержать его в течение нескольких лет, то он сможет сформировать свой региональный климат и стать самоподдерживающимся. Это внесет мощный вклад в сдерживание глобальных изменений климата, поскольку лес станет стоком углерода.

— Нельзя не спросить про пожары в Сибири, где горят миллионы гектаров леса.

— Важный фактор, который отражается на лесных пожарах, — погодные условия. Пожары происходят тогда, когда продолжительное время стоит сухая, теплая и ветреная погода. Это суровая пожароопасная ситуация. На распространение и протекание лесного пожара, в первую очередь, влияет деятельность человека по контролю, профилактике и борьбе с явлением. В европейской части России осуществляется наземная пожарная охрана. Здесь на порядок больше пожаров, чем в Азиатской части России. Но их площадь мала, поэтому их своевременно фиксируют и тушат.

В Сибири ситуация иная. Во-первых, здесь несколько зон противопожарной охраны. Преобладает зона авиалесоохраны. В зоне космомониторинга лесные пожары тушат только в том случае, если они угрожают объектам инфраструктуры. В условиях, когда пожар не тушат, он будет гореть до тех пор, пока не достигнет естественной преграды либо пока не пойдет дождь. Именно поэтому горимость лесов в Сибири в силу национальной организации лесной охраны на порядок превышает горимость в Европейской части. И это традиция с советских времен. Формы пожарной охраны модифицируются, но в целом ничего не меняется.

В этом году в Сибири уровень лесных пожаров был выше среднего, не рекордный и не достиг уровня прошлого года. Впечатление, что творится апокалипсис, возникло из-за дыма от лесных пожаров. Ветер в этой местности обычно дует на север, но в этом году он изменил направление на юг и накрыл Красноярск и Иркутск. Потому в целом типовая ситуация с лесными пожарами в Сибири стала заметной для большого числа людей.

— Существует прогноз по лесным пожарам на следующий год?

— Возможность построения качественных среднесрочных прогнозов является главной проблемой современной климатологии. Среднесрочные прогнозы от несколько месяцев до нескольких лет до сих пор крайне неточны. Нет в современной науке достоверных методов прогнозирования погодной ситуации на такой период. До сих пор они строятся по аналогии, — если, условно говоря, в августе данного года холодно, то вероятно, июнь следующего года будет теплый. Такие закономерности используются для среднесрочного прогнозирования. В метеорологии и климатологии существует много моделей, но они либо позволяют делать точные прогнозы на несколько дней, либо прогнозы климата на десятилетия.

Бескрайний лес — экосистема на планете Земля — Вторпроект

Почему люди погибнут без леса?

Лес — это не только древесина, которую используют в бумажно-целлюлозной, мебельной, текстильной промышленности (из целлюлозы производят ткань вискозу, так в лесе заинтересована и модная индустрия).

Лес — это совокупность деревьев, животных, мхов, лишайников, трав, которые биологически связаны между собой и оказывают влияние на внешнюю среду в целом и на климат в частности. В дождливый период влага скапливается на ветвях, листьях, в перегное, мхах, корневищах. Постепенно деревья возвращают влагу в атмосферу через испарение, увлажняя воздух в особо засушливые времена. Зимой лес аккумулирует снег, не давая ему быстро таять и не размывать грунт в руслах рек и ручьев. Благодаря лесу близлежащие населенные пункты не страдают от затоплений. Из-за вырубки леса, размытия плодородного слоя, повышения температуры многие регионы сейчас сталкиваются с различными проблемами природного характера, которые ранее не были присущи данным местностям.

С какими климатическими проблемами мы все столкнемся уже в ближайшее время, если не остановим вырубку леса?

Опустынивание.
Из-за повышения температуры влажность почвы и количество осадков стремительно уменьшаются, что в конечном итоге приводит к опустыниванию. Увеличение площади пустынь мы можем наблюдать уже сейчас: территория Сахары стремительно растет на юг вследствие вырубки деревьев в Центральной и Западной Африке.

Парниковый эффект.
В обычных условиях деревья поглощают парниковые газы (углекислый газ, азот) и выделяют кислород. В результате вырубки леса в атмосфере уменьшается количество кислорода и увеличивается концентрация парниковых газов, что влияет на глобальное потепление в целом. В свою очередь процесс потепления является причиной засух, которые несут человеку множество проблем. Например, из-за засухи может случиться неурожай, что повлечет за собой острые социальные вопросы. Из-за голода поднимутся цены на продовольствие, вырастет нестабильность в обществе.

Влияние на круговорот воды.
Из курса природоведения мы помним, что вода поступает в деревья через корни. Затем она проходит через ствол и, достигая листьев, испаряется с поверхности в атмосферу, повышая влажность воздуха. Далее формируются дождевые облака и вода снова выпадает на землю в качестве осадков. При вырубке деревьев одно из звеньев круговорота воды исчезает. При этом именно благодаря лесным массивам влага от океанов переносится вглубь материков. Без леса не станет полноводных рек, грунтовых вод, болот, что приведет к атмосферной засухе.

Таяние ледников.
Из-за парникового эффекта и повышения температур происходит активное таяние ледников. Уровень воды в Мировом океане повышается, из-за чего происходит затопление прибрежных территорий. Это чревато не только для людей, которые уже сейчас вынуждены мигрировать вглубь материков. Но и для животных, растений. Если они вовремя не сменят среду обитания, то просто исчезнут.

Эрозия почвы.
Деревья являются естественными защитниками почвы, препятствуя как ее избыточному увлажнению, так и высушиванию. Корни предотвращают размывание и выветривание верхнего плодородного слоя почвы. При вырубке деревьев увеличивается количество пустынь, болот, оврагов, происходит размывание почвы, что приводит к оползням, затоплениям, эрозии почвы. Для сельского хозяйства такая почва также становится малопригодна.

Ухудшение здоровья людей.
Для кого-то это будет открытием, но многие ученые говорят о том, что большинство недавно проявивших себя инфекционных заболеваний, приведших к пандемии COVID-19, имеют зоонозное происхождение. Это означает, что у возбудителей инфекций есть способность длительное время сохраняться во внешней среде на отдельных территориях – природных очагах, в организмах животных, которые являются переносчиками инфекций. Из-за обезлесивания и заселения людьми бывших лесных районов переносчики, а с ними возбудители инфекций теряют привычную среду обитания и проявляются вовне.

Как мы видим, вырубая леса с целью развития экономики, в долгосрочной перспективе человечество вредит себе. Что можно сделать для сохранения лесного покрытия? Организовать рациональное лесопользование!

Необходимо:

1. Прекратить использовать агроприемы, которые ведут к масштабной вырубке леса.
2. Контролировать незаконную вырубку.
3. Восстанавливать продуктивность деградированных сельскохозяйственных угодий.
4. Восстанавливать лесной массив, высаживая сеянцы – маленькие молодые деревья, выращенные в питомниках.
5. Использовать вторичное сырье в промышленности, например, макулатуру, картон.

Если первые три пункта должны приниматься на уровне федеральной и региональной власти, то заняться восстановлением леса и сдачей макулатуры можно уже сейчас. В России существует 50 филиалов компании «Вторпроект», где мы с радостью примем у предпринимателей и частных лиц макулатуру и картон.

Давайте начнем с себя и задумаемся о том, что ждет нас завтра и что для этого можно сделать сегодня! Не будьте равнодушны, а «Вторпроект» поддержит ваши начинания!

Лес горит и движется на север. Как изменение климата провоцирует лесные пожары

Лес — это не только хранитель свежего воздуха, дом для животных и источник древесины, но и помощник в защите климата планеты. Леса могут замедлить и даже повернуть вспять глобальное изменение климата, превратить безжизненную пустыню Сахару в благоухающие тропики. Как это возможно? Читайте в интервью доктора биологических наук Дмитрия Замолодчикова.

Справка:

Дмитрий Геннадьевич Замолодчиков — доктор биологических наук, главный научный сотрудник Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской академии наук, заведующий кафедрой общей экологии биологического факультета Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (2011–2019).

— Дмитрий Геннадьевич, расскажите, как Вы стали заниматься исследованием темы связи леса и климата? Почему Вы выбрали для себя это направление?

В 1991 году я защитил кандидатскую диссертацию в МГУ на биологическом факультете по экологическому моделированию. И стал думать, чем заниматься мне как научному сотруднику. В это время легендарный академик Александр Сергеевич Исаев, которого знают все, кто изучают лес, организовал Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН. Он пригласил меня на работу. В то время в Центре поставили задачу по исследованию взаимодействия леса и климата. К тому же в то время шла подготовка к принятию рамочной конвенции ООН по изменению климата. Классик лесной науки направил меня на этот путь, и я до сих пор по нему иду.

— Что важно знать каждому человеку про связь леса и климата?

Лес — это экосистема, которая в значительной степени зависит от климата. Климат в каждой конкретной точке Земли определяет, какой именно лес будет здесь расти. То есть климат, безусловно, меняет характер лесного покрова. Но при этом лес обладает механизмами изменения климата как на локальном, так и на глобальном уровне. Лес — очень мощная экосистема, способная менять факторы неживой природы, в том числе — климат и микроклимат и внутри себя, и в ближайших окрестностях. Лес определенного типа не будет сразу трансформироваться вслед за изменением климата. Он привык бороться за свое существование. В общем, лес и климат воздействуют друг на друга.

— Какие лесные процессы больше всего влияют на изменение климата?

Например, лес влияет на баланс парниковых газов. То есть лес может поглощать углекислый газ и снижать скорость потепления климата, а может, наоборот, выбрасывать углекислый газ, терять углерод и увеличивать скорость потепления.

За последние 100 лет содержание углекислого газа (CO2) в воздухе возросло с 270 ppm (промилле) до 400 ppm, то есть в полтора раза. Растения и деревья поглощают углекислый газ и строят свое органическое вещество. То есть CO2 для растений — это еда. Когда тепло, есть солнце и много CO2, стимулируется фотосинтез. Там, где увеличивается температура, количество осадков и концентрация CO2, леса начинают расти быстрее. Если леса растут быстрее, то они запасают углерод из атмосферы. Увеличивается количество углерода в почве, подстилке и массе растительности. Часть CO2 из атмосферы переводится в биомассу. То есть деревья поглощают углекислый газ, сокращая его количество в атмосфере, а это уже ведет к замедлению изменения климата.

— В недавнем интервью специалист по лесам WWF Константин Кобяков говорил, что из-за потепления климата тайга постепенно продвигается на север. А каким образом ученые смогли это увидеть?

Есть большое количество работ, в которых сравниваются фотографии со спутника 1950-х годов с современными. В них действительно можно увидеть, что леса стали более густыми, значительные участки тундры покрылись новой порослью: елочками и лиственницами в Сибири.

— На какие процессы в лесу больше всего влияет изменение климата?

Если температура растет, то некоторым породам может становиться слишком жарко, и они начинают усыхать. Процесс движения лесов заметен не только на северной границе «тайга-тундра». Все лесные зоны — средняя тайга, южная тайга, широколиственные леса — держат путь на север. Более холодолюбивые породы начинают отступать на север, а более теплолюбивые — внедряться на их место.

Если же температура повышается на фоне уменьшения осадков, то леса тоже себя чувствуют плохо. Примером здесь могут служить ясени и дубы, которые растут на юге европейской части России. Сейчас они постепенно усыхают.

Лесные пожары являются мощным фактором нарушения лесного покрова. На фоне изменения климата экстремальные события (засухи, пожары) случаются все чаще. Можно вспомнить большие пожары в Красноярском крае и Иркутской области в 2019 году, пожары 2010 года, когда горела вся центральная Россия. Такие явления можно увидеть по всему миру. В 2019 году горела Австралия, а в 2020 году горит север Бразилии. То есть лесные пожары начинают происходить в местах, где из-за большого количества осадков их никогда раньше не было. Это тоже следствие изменения климата.

Для поддержания баланса в лесах нам необходимо проводить их обновление, прореживание, защищать леса от вредителей, потому что на ослабленные деревья тут же начинают нападать вредители. Лес в районах, где уменьшается влажность и увеличивается температура, нуждается в серьезной защите и заботе со стороны человека, например, в мелиорации и посадке генетически модифицированных, более засухоустойчивых форм деревьев.

— К каким проблемам приведет потепление климата?

Может снизиться разнообразие тундровых растений. Например, на южных горах России (Сихотэ-Алинь, Южный Урал) может произойти смыкание лесов на вершинах гор и полное исчезновение альпийского пояса. Это опасно для растений, растущих на современном альпийском поясе.

Если мы рассмотрим влияние потепления на Арктические экосистемы, то здесь больше всего сложностей возникает с деградацией вечной мерзлоты, которая приводит к экологическим и техногенным проблемам. Можно вспомнить недавнюю историю с разливом дизельного топлива в Норильске. Инженерные сооружения, рассчитанные на долгое функционирование в условиях стабильного климата, при потеплении оказались под угрозой. Вероятность катастроф с инфраструктурой в мерзлотных регионах сильно увеличилась.

— Каковы прогнозы по изменению климата на Земле?

Скорее всего, климат будет теплеть. К 2100 году средняя температура Земли может повыситься на 3°C. А для России это будет плюс 8°C. Это «добавка» к тому одному градусу, который добавился за XX век.

— Какие исследования последнего времени Вы считаете наиболее важными в Вашей сфере?

Я считаю, нужно изучать вопрос, как улучшить землепользование и как способствовать сдерживанию потепления климата. В этом отношении наиболее знаковая работа — научная проработка процессов масштабного облесения в пустыне Сахара. Несколько лет назад появилась идея, которая заключается в том, что большие массивы лесов способны воздействовать на климат и в том числе увеличивать количество осадков. Иначе говоря, если леса высадить в некоторых районах Сахары и удержать их в течение первых десятилетий, то дальше они изменят локальный климат и осадков может хватить на то, чтобы вся Сахара покрылась лесом. Это, конечно, гипотеза. Но деятельность по геоинженерии, то есть по масштабному изменению природных условий, может принести благой результат.

— Что Вы посоветуете прочитать людям, которые интересуются последними научными исследованиями в области лесной экосистемы?

Если человек достаточно научно подготовлен, то он может искать статьи через сайт researchgate. net, набрав в поиске «лес и климат».

Если такой подготовки нет, то можно зайти на сайт Всемирного фонда дикой природы wwf.ru, там есть подборка популярной литературы. Алексей Олегович Кокорин занимается созданием просветительских брошюр. В 2015 году он с коллегами написал брошюру «Лес и климат» с основными данными в этой теме, которые должен знать каждый. Там же есть книги по изменению климата, где в более широком контексте рассматривается тема леса и климата. А также есть журнал «Устойчивое лесопользование». Хотя название несколько тяжелое, но он содержит много достаточно легких научно-популярных статей. В нем можно найти переводы статей зарубежных ученых.

— Насколько неизбежен процесс изменения климата? Есть ли какие-то шансы их замедлить или остановить?

Современное потепление на 90% формируется деятельностью человека. Эта деятельность заключается в сжигании ископаемого топлива (уголь, газ, нефть) и сведении лесов. В первую очередь в Бразилии и в странах Южной Азии сводят тропические леса, конвертируют земли из-под них в сельскохозяйственные и урбанизированные. В этих странах большой прирост населения. Им просто нужны площади, чтобы жить и вести сельское хозяйство. Я несколько раз путешествовал по Индонезии и видел, как местное население идет с топорами рубить лес, а на его месте устраивают кокосовую плантацию или плантацию масличной пальмы.

Ископаемое топливо используется в основном для производства энергии, отопления и для автомобилей. А если мы найдем какие-то новые источники энергии? Пофантазируем и скажем, что человечество освоит холодный термоядерный синтез. Тогда мировая экономика вступит в процесс очень сильных изменений, а ископаемое топливо окажется никому не нужным. Некоторые технологические процессы уже идут, например, переход на электромобили. Автотранспорт сегодня обеспечивает 15% мировых эмиссий (выбросов) углекислого газа.

Если человечество сумеет отказаться от сжигания ископаемого топлива на разных технологических схемах и значительно сократит свои эмиссии углекислого газа, это будет означать, что климатическая ситуация стабилизируется. А затем пойдет восстановление, потому что излишнее количество углекислого газа в любом случае поглощается компонентами биосферы. Он растворяется в мировом океане и переходит в фитомассу и органическое вещество почвы. В целом растительность Земли служит стоком атмосферного углерода.

— Что каждый из нас может сделать, чтобы смягчить процессы изменения климата?

Мы можем расходовать меньше энергии. Возьмем лампочки: если у вас горит лампочка в другой комнате, то встаньте и выключите ее. Этим вы сэкономите ватты, которые можно пересчитать в эмиссию CO2. Поставьте светодиодные лампочки вместо ламп накаливания. Усильте теплоизоляцию окон в подъезде и у себя в квартире — меньше энергии нужно будет на отопление. Ходите больше пешком или используйте общественный транспорт вместо перемещения на автомобиле. Покупайте себе не громадный джип, а небольшой городской автомобиль (он тратит меньше топлива).

Состояние природы определяется не указами, штрафами и технологиями, а прежде всего поведением общества и каждого человека.

Беседовал Матвей Антропов

Источники фото: pixabay.com, scientificrussia.ru

Могут ли действия одного человека позитивно влиять на глобальные процессы?
Могут! Если действуют много людей!
Присоединяйтесь ко всероссийскому онлайн-флешмобу «Изменение климата. Что делать?».
Узнайте, что можете сделать именно вы, чтобы снизить темпы климатических изменений и уменьшить масштаб их последствий.

Присоединиться

комментарии к проекту концепции Федерального закона «Лесной кодекс Российской Федерации» — ВОПРОСЫ ЛЕСНОЙ НАУКИ/FOREST SCIENCE ISSUES

¹Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова

Россия, 188300 Ленинградская обл., Гатчина, Орлова Роща, 1

²Общественный совет при Федеральном агенстве лесного хозяйства

Россия, 115184 Москва, ул. Пятницкая, 59/19

³Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, стр. 14

⁴Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова

Россия, 119071 Москва, Ленинский пр., 33, стр. 2

*E-mail: [email protected]; [email protected]

Поступила в редакцию 01.10.2020

Принята к печати 19.10.2020

В данной работе в свете последних научных данных с позиции концепции биотической регуляции окружающей среды рассматриваются аспекты регулирующего влияния лесных экосистем на климат: поглощение углерода в биомассе деревьев и почве, регуляция локального температурного режима через транспирацию и отражательную способность лесного покрова, регуляция континентального транспорта атмосферной влаги и облачности. Показано, что в условиях нарастающей климатической дестабилизации значение климаторегулирующей функции лесов и, в особенности, её аспектов, связанных с круговоротом влаги, быстро увеличивается по сравнению с традиционными хозяйственными функциями леса. Лесной кодекс, как основной документ, регулирующий воздействие граждан России на лес, должен учитывать динамично развивающуюся ситуацию и отвести климаторегулирующим лесам особую роль. Учитывая, что естественные лесные экосистемы имеют ограниченную устойчивость и климаторегулирующий потенциал, которые изъятие древесины в коммерческих масштабах и другие способы эксплуатации могут полностью разрушить, достижение баланса между хозяйственной и климаторегулирующей функциями лесов предлагается осуществить через пространственное разграничение. Хозяйственную деятельность необходимо интенсивно вести на ранее освоенных территориях, подвергнутых запороговому воздействию. Малонарушенные леса, осуществляющие климаторегулирующую функцию, предлагается выделить в отдельную юридическую категорию, подлежащую только защите и интенсивному изучению. Показано, что включение категории климаторегулирующих лесов в международную климатическую повестку необходимо для защиты национальных интересов России.

Ключевые слова: биотическая регуляция окружающей среды, климат, углерод, водный режим, облачность, биота, биогены, экосистемы, пожары, климаторегулирующие леса, малонарушенные леса.

Введение

Современная наука генерирует новое знание, – а современный мир трансформируется, – с беспрецедентной скоростью. Это требует адекватной гибкости от стратегий управления во всех сферах жизни общества. Успешная стратегия должна в идеале предвосхищать тенденции развития в своей области, обладать информационной восприимчивостью и способностью к видоизменению. Одними из наиболее быстро меняющихся и важнейших для жизни людей являются представления о климате и о роли в его поддержании растительного покрова.

В этом отношении безусловно позитивным моментом, отвечающим динамично развивающейся ситуации, является включение в проект концепции федерального закона «Лесной кодекс Российской Федерации» (Гагарин, 2020), подготовленного рабочей группой Научного совета РАН по лесу, нового понятия – климаторегулирующей функции лесов. В настоящем комментарии мы кратко охарактеризуем свое видение последних научных результатов, обуславливающих смысловое наполнение этого нового понятия и его дальнейшее развитие, которое, по нашему мнению, должно привести к законодательному закреплению категории климаторегулирующих малонарушенных лесов, подлежащих изучению и охране на уровне приоритетной национальной программы. Мы приводим аргументы в пользу того, что введение этой категории не только является ключевым моментом в обеспечении долгосрочной экологической безопасности нашей страны, но и отвечает её сегодняшним экономическим и политическим интересам в мире, где международная климатическая повестка неразрывно связана с экономикой и политикой.

Влияние леса на климат: критические факторы и неопределённости

Углерод: накопление в почве малонарушенных лесов?

Современная цивилизация потребляет энергию из двух основных источников – ископаемого топлива и биомассы. Сжигание ископаемого топлива выбрасывает в атмосферу около 9 ГтС/год, к которым прибавляется ещё по крайней мере 2 ГтС/год от разрушения органических запасов биосферы (деградация почв и уничтожение лесов) (данные приведены с точностью до 0.5 ГтС/год (Friedlingstein et al., 2019)). Около половины этих выбросов, 5 ГтC/год, остаются в атмосфере в виде парникового газа СО₂, концентрация которого растёт. Растёт и среднеглобальная температура земной поверхности. Эти проявления климатической неустойчивости вызывают озабоченность и широко обсуждаются в мире.

К настоящему моменту концентрация атмосферного СО₂ выросла на треть по сравнению с доиндустриальной эпохой и вышла из равновесия с СО₂, растворённым в океане. Стремясь к восстановлению равновесия, океан поглощает из атмосферы около 2 ГтС/год в неорганической форме. Судьба оставшихся 4 ГтС/год (так называемый “недостающий сток” или “missing sink”) долгое время оставалась загадкой, хотя, казалось бы, можно было сразу принять во внимание роль биосферы. Глобальная биота синтезирует органику со скоростью около 100 ГтС/год и в стационарном состоянии с такой же скоростью её разлагает. Эта величина на порядок превышает мощность антропогенных выбросов углерода.

Если в качестве главного принципа организации жизни принять концепцию биотической регуляции окружающей среды, то существование биотического стока атмосферного углерода очевидно. Естественная биота должна реагировать на возмущение окружающей среды – антропогенные выбросы CO₂ – в соответствии с принципом Ле Шателье (Горшков, 1995). Она должна препятствовать накоплению CO₂ и убирать излишний углерод из атмосферы, переводя его в инертную органическую форму. Для объяснения недостающего стока в 4 ГтС/год достаточно четырёхпроцентного превышения глобальной мощности фотосинтеза над разложением органики. Углерод является основным элементом, используемым жизнью, поэтому, даже если бы СО₂ не являлся парниковым газом, биота должна была бы компенсировать происходящие отклонения его концентрации от оптимального значения.

Признанию глобального биотического стока углерода научным сообществом длительное время препятствовали господствовавшие представления о том, что биота не регулирует концентрации жизненно важных веществ, а лимитируется ими. Поскольку концентрации азота и фосфора – предполагаемых лимитирующих биогенов – не меняются, то, с точки зрения экологов, с увеличением концентрации атмосферного СО₂ продуктивность биосферы расти не могла (Popkin, 2015). В то же время концепция биотической регуляции предсказывала, что при постоянном азоте и фосфоре стабилизирующий ответ биоты должен принять форму добавочного синтеза углеводов, которые азота и фосфора не содержат (Gorshkov, 1986).

Только после прямых измерений, доказавших увеличение биомассы растений в разных частях планеты, специалистам пришлось признать, что стабилизирующий ответ биоты на углеродное возмущение существует[1]. “Недостающий сток” был приписан главным образом к увеличению массы древесины в лесных экосистемах (Pan et al., 2011).

Однако биомасса лесных деревьев не может нарастать неограниченно (Hubau et al., 2020). Сохранение биотического стока возможно в том случае, если после гибели старых деревьев их органическое вещество не подвергнется разложению полностью и частично депонируется в почве в виде долгоживущих органических соединений. Современные исследования показали, что время жизни органических соединений в почве определяется не их химическим составом, а тем, как функционирует всё экологическое сообщество, включая растения и почвенную биоту (Schmidt et al. , 2011; Gross, Harrison, 2019; Kuznetsova et al., 2019).

Согласно концепции биотической регуляции, нарушенные экологические сообщества дестабилизируют окружающую среду и этим принципиально отличаются от сообществ естественных экосистем. Примером такой дестабилизации служит деградация сельскохозяйственных почв, которая даёт ощутимый вклад в глобальные выбросы углерода. Однако мониторинг состояния почв происходит преимущественно в развитых странах в тех районах, где ведётся сельское хозяйство. Измерения динамики содержания органического углерода в двух главных резервуарах, почве и океане, являются намного более трудоёмкими и дорогостоящими, чем измерения увеличения биомассы деревьев. Долгосрочных программ по детальному изучению динамики почвенного углерода в естественных малонарушенных лесах мира, значительная часть которых находится на территории России, практически нет (Smith et al., 2020), хотя имеющиеся как глобальные, так и региональные данные указывают на то, что стабилизирующий ответ этих экосистем должен быть значительным (Luyssaert et al. , 2008; Kuznetsova et al., 2019; Lukina et al., 2020).

Исследования временных последовательностей ненарушенных лесов показали, что такие леса способны в течение нескольких тысяч лет при постоянной надземной биомассе обеспечивать сток атмосферного углерода в почву на уровне порядка 1% первичной продуктивности, или около 5 гC м^–2 год^–1 в бореальной экосистеме (Wardle et al., 2012). Однако современное увеличение концентрации атмосферного CO₂ может, по-видимому, усилить стабилизирующий ответ по крайней мере на порядок до 50 гC м^–2 год^–1 и более (Zhou et al., 2006; Kittler et al., 2017). Для корректной оценки этого эффекта требуются круглогодичные долгосрочные наблюдения (Kittler et al., 2017).

Отсутствие адекватного учёта динамики почвенного углерода в ненарушенных лесах и других ненарушенных экосистемах приводит к потенциальной недооценке негативного воздействия на углеродный баланс преобразования экосистемы из ненарушенного состояния в нарушенное, в частности, с нарушением водного режима (Kittler et al. , 2017; Sheil et al., 2019; Mayer et al., 2020). Если малонарушенные леса России обеспечивают почвенный сток атмосферного углерода, то превращение выделенного участка ненарушенного леса в нарушенный эксплуатируемый участок с лесными культурами с большей чистой первичной продуктивностью приведёт к увеличению выбросов углерода в атмосферу за счёт замены стабилизирующего воздействия (поглощения углерода естественным лесом) на дестабилизирующее (потерю почвенного углерода нарушенной экосистемой) (Dean et al., 2017). Масштабная научная программа по исследованию потенциала малонарушенных лесов как накопителей почвенного углерода позволит объективно оценить роль лесов России в поддержании устойчивости химического состава атмосферы.

Испарение влаги лесом: критическое влияние на температурный режим

Поглощение углекислого газа растениями происходит в процессе фотосинтеза. Чтобы захватить молекулу углекислого газа из атмосферы, устьица зелёных листьев раскрываются. При этом в атмосферу из листа испаряются молекулы водяного пара – более сотни молекул воды на каждую поглощённую молекулу углекислого газа. Этот процесс называется транспирацией. Испарение требует затрат энергии – молекулу H₂O необходимо вырвать из жидкой фазы, преодолев межмолекулярные силы притяжения. При транспирации значительная часть энергии солнечного излучения тратится на преодоление энергии связи молекул воды, а не на нагрев поверхности. Поэтому температура поверхности фотосинтезирующих зелёных листьев и лесного полога при прочих равных условиях оказывается существенно ниже температуры сухой поверхности с той же освещённостью (Huryna, Pokorný, 2016).

Эти процессы составляют основу физиологии растений и хорошо известны (Chapin et al., 2008). Однако лишь недавно с использованием глобальных спутниковых данных удалось оценить масштаб их влияния на континентальный температурный режим (Alkama, Cescatti, 2016). Выяснилось, что сведение лесного покрова приводит к повышению локальной температуры земной поверхности в вегетативный сезон на несколько градусов по сравнению с участками, где лесной покров сохраняется. Этот локальный незамедлительный эффект от уничтожения леса сравним с моделируемым глобальным потеплением от удвоения концентрации атмосферного углекислого газа за сто лет.

Важность этих новых результатов состоит в раскрытии связи между локальной практикой лесопользования и частотой пожаров. Повышение температуры является одним из основных факторов пожароопасности (Furyaev et al., 2001). Теряет смысл традиционное деление факторов пожароопасности на климатические (climate change) и связанные с землепользованием (land-use) (Molinari et al., 2018). Исследователи различных экосистем по всему миру приходят к выводу о том, что повышение частоты пожаров не является внешним климатическим фактором для леса, а может напрямую обуславливаться предысторией нарушений лесного покрова, как природных, так и антропогенных, включая рубку леса и пожары (Aleinikov, 2019; Sheil, 2020). Повышая температуру поверхности, рубки и пожары повышают вероятность последующих пожаров независимо от характера источника возгорания. Первопричиной беспрецедентного по интенсивности режима пожаров в Сибири может быть антропогенное нарушение лесного покрова (Feurdean et al., 2020). Дефицит влаги приводит к ослаблению оставшихся деревьев, которые оказываются подверженными вредителям, включая инвазивные виды (Hesslerová et al., 2018).

Важнейшей задачей является изучение способности ненарушенных и малонарушенных лесов сохранять почвенную влагу. В зарубежной литературе этим вопросам уделяется всё большее внимание (Ilstedt et al., 2016). Для бореальных лесов также известно, что даже относительно поздние сукцессионные стадии существенно различаются между собой по способности стабилизировать почвенную влагу (Смирнова и др., 2014).

Для обеспечения эффективной охраны современных лесов необходимо систематически, в масштабе всей страны изучить связь между долгосрочной историей антропогенного воздействия на экосистемы, их способностью накапливать и сохранять почвенную влагу и частотой возникновения в них пожаров. Это позволит минимизировать антропогенные нарушения и, следовательно, частоту пожаров в ещё сохранившихся наиболее устойчивых малонарушенных лесах и использовать знания об этих эталонных системах для уменьшения пожароопасности в эксплуатируемых древостоях.

Континентальный транспорт атмосферной влаги

Исследования последних лет выявили новый существенный фактор влияния лесов на климат. Транспирация лесного покрова поддерживает в атмосфере высокую влажность, определяющую интенсивность локальной конденсации и осадков. Конденсация водяного пара приводит к образованию градиентов давления, способствующих переносу атмосферной влаги с океана на сушу в континентальных масштабах (Makarieva et al., 2014; Poveda et al., 2014). На основании исследований радиоактивных изотопов в осадках было показано, что естественный лес бассейна Амазонки функционирует таким образом, что дождевой сезон удлиняется на два месяца по сравнению с безлесными регионами на той же широте. Транспирация влаги лесным покровом и конденсация влаги над лесом приводит к засасыванию влажного воздуха с океана вглубь континента (Wright et al., 2017). Аналогичные результаты были получены для муссонов в Индии (Pradhan et al., 2019).

Существование лесного насоса атмосферной влаги было теоретически предсказано российскими учёными (Makarieva, Gorshkov, 2007; Makarieva et al. , 2013). В России подобных экспериментальных исследований не проводилось – несмотря на то, что лесной биотический насос критически важен для России, имеющей максимальную в мире континентальную протяжённость. Исходя из концепции биотической регуляции, естественный лесной покров не только обеспечивает компенсацию речного стока в океан притоком влаги через атмосферу, но и решает сложнейшую задачу по оптимизации осадков таким образом, чтобы минимизировать экстремальные нарушения круговорота воды в виде засух и наводнений. Биотическое управление происходит путём равномерной инициации естественным лесом конденсации и осадков в пространстве и во времени. Например, было установлено, что в естественных тропических лесах при очень высоких среднегодовых осадках в гористом рельефе нет оползней и эрозии почвы, поскольку осадки происходят в виде регулярных дождей низкой интенсивности (Sillitoe, 1993).

Лесной покров России за последние двести лет изменялся неравномерно. Эксплуатация лесных ресурсов зависела от множества историко-географических и социально-экономических факторов и могла отличаться даже в пределах одного административного региона (Алейников и др. , 2018). В целом, в девятнадцатом веке экспоненциальный рост населения приводил к снижению площади лесов за счёт расширения сельскохозяйственных земель. Индустриальная революция привела к дополнительному увеличению нагрузки на лесные системы в связи с использованием древесины в качестве источника энергии. Доля лесного покрова в европейской России и Северной Америке в 19-м веке резко снижалась, достигнув своего минимума в период перехода цивилизации на ископаемое топливо (Макарьева, Горшков, 2018). В европейской части России этот минимум пришёлся, по-видимому, на начало двадцатого века (Цветков, 1957; Паленова, 2004). Увеличение эффективности сельского хозяйства, урбанизация и прекращение использования древесины в качестве основного вида топлива в двадцатом веке снизило нагрузку на лес и привело к увеличению лесистости в европейской части России по сравнению с минимумом начала века. За этот период вырос и арктический сток европейских рек (Magritsky et al., 2018). Речной сток в стационарном случае равен притоку атмосферной влаги с океана. Рост речного стока означает усиление континентального транспорта атмосферной влаги с увеличением лесного покрова.

Однако одновременно с уменьшением сельскохозяйственного давления на лес, начиная с 30-х и вплоть до конца 70-х годов двадцатого века возрастал объём промышленных рубок. Так, с 1929 по 1940 г. объем лесозаготовок в России увеличился в 2.6 раза. В годы войны объём сократился, но уже в 1948 году был восстановлен, достиг своего максимума около 350 млн. м³ в год в середине 1970-х годов и только в 1990-х годах резко снизился (Замолодчиков и др., 2015). С этого времени отмечается увеличение лесопокрытой территории во всех восточноевропейских странах (за исключением Эстонии и Латвии) и большинстве регионов России (Turubanova et al., 2017). Несмотря на то, что за последние двести лет интенсивность антропогенного давления на лес изменялась неравномерно (как уменьшалась, так и возрастала), относительная площадь ненарушенных лесов, по-видимому, неуклонно уменьшалась, так как увеличение площади лесов происходит за счёт молодых древостоев, а уменьшение – в основном, за счёт зрелого леса.

Учитывая влияние растительного покрова на температуру земной поверхности и все компоненты водного режима, а также сложные обратные связи между функционированием экосистем разной степени нарушенности и состоянием круговорота воды, для корректного прогнозирования континентального водного режима, включая речной сток, осадки, экстремальные погодные явления и запасы почвенной влаги (Groisman et al., 2017; Magritsky et al., 2018; Gu et al., 2019; Chernokulsky et al., 2019, 2020), необходимо принимать во внимание региональную динамику состояния лесных экосистем.

Отражательная способность лесного покрова и облачность

Атмосфера относительно прозрачна для солнечной радиации. Часть солнечной радиации, достигающей поверхности земли, не поглощается, а отражается обратно в космос. Чем светлее поверхность, тем больше её отражательная способность (альбедо). Более тёмный лесной покров поглощает больше солнечного излучения, чем снежный покров. За счёт эффекта альбедо сведение лесов приводит к уменьшению температур в холодный сезон. В вегетативный сезон влияние альбедо перекрывается влиянием транспирации, поэтому на вырубках, несмотря на более высокое альбедо, температура поверхности повышается по сравнению с ненарушенным лесом (Mamkin et al., 2019). Таким образом, сведение лесов в бореальной зоне приводит к дестабилизации локального температурного режима – уменьшению температуры зимой и увеличению температуры летом (Alkama, Cescatti, 2016).

Около 20% солнечного излучения отражается обратно в космос облачностью. Это охлаждает Землю – поэтому, например, облачный день летом прохладнее безоблачного. С другой стороны, облачность поглощает тепловое излучение земной поверхности и частично переиспускает его обратно к поверхности. Это нагревает Землю – поэтому, например, облачная ночь теплее безоблачной. Эти противоположные эффекты делают облачность главным регулятором температурного режима планеты. Различные виды облачности оказывают преимущественно нагревающее или охлаждающее влияние. Так, например, низкая облачность преимущественно охлаждает, а высокая тонкая облачность – нагревает. Испарение с поверхности лесного покрова поддерживает высокое влагосодержание атмосферы, необходимое для образования облаков. Биотический контроль облачности с использованием двух рычагов (похолодания и потепления) позволяет лесу стабилизировать температурный режим (Горшков, Макарьева, 2006).

Глобальные климатические модели последнего поколения предсказывают значительно большее потепление при удвоении концентрации углекислого газа, более четырёх с половиной градусов Цельсия вместо трёх, вплоть до почти шести градусов в некоторых моделях (Zelinka et al., 2020). Для некоторых моделей увеличение по сравнению с предыдущим поколением составило около двух градусов, что сопоставимо по величине с полным глобальным потеплением, оцениваемым российской глобальной климатической моделью Института вычислительной математики РАН (Zelinka et al., 2020). Такое изменение связано с более детальным учётом зависимости облачности, особенно в высоких широтах, от температуры. Эти зависимости формулируются на основе наблюдений. Исчезновение малонарушенных лесов, задокументированное в последние два десятилетия (Heino et al., 2015; Potapov et al., 2017), могло привести к изменениям характеристик осадков и облачности, которые, как показывают новейшие исследования, могут иметь серьёзные глобальные последствия.

Рисунок 1. Некоторые аспекты влияния леса на климат. Традиционное рассмотрение было сосредоточено на поглощении углерода в биомассе деревьев при отсутствии информации о почвенной динамике, впоследствии к этому рассмотрению добавилось альбедо (Andrews et al., 2017; Anderegg et al., 2020). Аспекты, связанные с круговоротом воды (голубые прямоугольники), наименее изучены, но, согласно последним данным, играют ключевую роль в климатической устойчивости (Sheil et al., 2019; Zelinka et al., 2020).

Климаторегулирующие леса – малонарушенные леса

Необходимо подчеркнуть принципиальное различие между понятиями регуляция (стабилизация) климата и окружающей среды и влияние на них, которое может быть как стабилизирующим, так и дестабилизирующим. Регуляция заключается в обеспечении стабилизирующего воздействия, которое направлено на компенсацию возмущений и возвращение климата и окружающей среды в оптимальное для жизни состояние. Например, при повышении температуры для стабилизации температурного режима естественный ненарушенный лесной покров может способствовать образованию более низкой “охлаждающей” облачности, а при понижении температуры – более высокой облачности, оказывающей нагревающее воздействие. Подобная регуляция – сложнейший процесс, основанный на взаимодействиях между видами, сформировавшимися за миллионы лет эволюции. Современные исследования показывают, что в продукции аэрозолей, служащих ядрами конденсации при образовании облачности, участвуют не только деревья, но и всё экологическое сообщество, включая микроорганизмы (Pöschl et al., 2010; Sheil, 2018).

Лес, нарушенный пожарами и рубками, расходует свою мощность на самовосстановление, поэтому его потенциал по регуляции внешней окружающей среды понижен, и такой лес может дестабилизировать окружающую среду. Когда площадь нарушенных лесов мала, это не оказывает существенного влияния на устойчивость регионального климата, которую обеспечивает ненарушенный естественный лес. Однако с увеличением нарушенных площадей и с уменьшением доли естественных лесов дестабилизация климата также будет нарастать. В этом контексте обращает на себя внимание долгосрочная тенденция уменьшения низкой облачности на территории России (Khlebnikova, Sall, 2009).

Влияние леса на климат базируется на множестве физических, биохимических и экологических процессов со сложными обратными связями (рис. 1), причём во всех аспектах биотическая регуляция влаги является ключевым фактором (Sheil et al., 2019). Так, образование облачного покрова тесно связано с атмосферным транспортом влаги, который, в свою очередь, зависит от испарения влаги лесом (Wright et al., 2017; Pradhan et al., 2019). Эффективное накопление углерода в экосистеме невозможно при дефиците почвенной влаги, определяющей интенсивность фотосинтеза (Kittler et al. , 2017).

С развитием компьютерной техники в науке об окружающей среде начал преобладать феноменологический модельный подход в ущерб концептуальному теоретическому подходу (Emanuel, 2020). Собранные эмпирические данные статистически обрабатываются и выявленные формальные корреляции кладутся в основу моделируемых связей. Это не гарантирует научного понимания процессов, определяющих найденные корреляции и их динамику. Недостаточность и неэффективность такого подхода к исследованию сложнейших задач климатологии постепенно осознаётся и отмечается ведущими учёными (Belotelov, 2020; Emanuel, 2020).

Концепция биотической регуляции окружающей среды предоставляет необходимую междисциплинарную теоретическую основу для исследования воздействия экосистем на климат. Окружающая среда, в которой существует жизнь и, в частности, лесные экосистемы, находится в неравновесном физико-химическом состоянии. В отсутствие управления биотой она переходит в неблагоприятное для жизни состояние (распадается) на малом временном масштабе порядка нескольких лет. Естественная биота на основе использования солнечного излучения предотвращает спонтанный распад благоприятной для себя окружающей среды, увеличивая время её существования до геологических масштабов (Makarieva et al., 2020).

С точки зрения биотической регуляции, важнейшим динамическим параметром, различающим экосистемы, является степень их нарушенности, определяющая способность экосистемы к самовосстановлению в стационарное устойчивое состояние. Биологические виды существуют практически без изменений миллионы лет, а экосистемы – десятки миллионов лет. Это означает, что естественные экосистемы способны к восстановлению после нарушений. В естественных лесных экосистемах максимальна устойчивость по отношению к абиотическим (пожары, ветровалы) и биотическим (инвазии насекомых) возмущениям. Эти экосистемы имеют устойчивое распределение всех видов по поколениям (оконная динамика).

При запороговом (запредельном) нарушении экосистемы восстановления к устойчивому состояния не происходит, а происходит необратимая утрата генофонда вплоть до полного исчезновения леса (Kukavskaya et al. , 2016). Необходимо различать экосистемы, находящиеся на траектории к деградации, от тех, которые способны к самовосстановлению до исходного устойчивого состояния с присутствием всех ключевых видов. Деградирующие экосистемы с очевидностью климат регулировать не могут.

В одновозрастном древостое, сформировавшемся после пожара или вырубки, все деревья достигают зрелого возраста и затем стареют практически одновременно. Если не предпринять никаких мер по их защите, то такие древостои отомрут, и сформировавшийся большой запас мёртвой древесины станет потенциальной угрозой пожаров и распространения вредителей (Hesslerová et al., 2018). При одновременном вывале большого числа деревьев повышается температура, понижается влажность, что ещё более повышает пожароопасность. Подобные древостои, испытавшие запороговое возмущение и требующие длительного самовосстановления, требуют антропогенного вмешательства.

Напротив, естественные экосистемы в отсутствие антропогенного воздействия устойчивы. В естественной ненарушенной экосистеме с развитой оконной динамикой присутствуют деревья всех видов и всех возрастов, включая максимальные для каждого вида. Возрастной состав популяций деревьев не меняется со временем (его можно сравнить с распределением по возрастам в здоровой популяции людей, где в любой момент присутствуют и дети, и взрослые, и старики). Гибель отдельных старых деревьев или куртин в естественной экосистеме локальна и не приводит к засушливости, поэтому пожароопасность остаётся низкой.

Важно отметить, что для обозначения естественных лесов в лесохозяйственной практике нет устоявшегося термина. Иногда используют термины “старовозрастные” или “переспелые”. Эти термины вводят в заблуждение, поскольку несмотря на то, что старые деревья в такой экосистеме всегда присутствуют, называть её “переспелой” или “старовозрастной”, т.е. требующей антропогенного вмешательства, неправомочно. Такая экосистема практически бессмертна, как сама жизнь. Именно устойчивая экосистема обладает полной генетической информацией о процессах в регулируемой ею окружающей среде.

В современных исследованиях воздействия биоты на климат описываются рядом интегральных упрощённых параметров, таких как альбедо, содержание углерода, первичная продуктивность, шероховатость поверхности и пр. Однако при одних и тех же модельных параметрах реакции на изменения окружающей среды принципиально различаются у деградирующей экосистемы и у экосистемы, не потерявшей способности к самовосстановлению и сохраняющей всю полноту генетической информации о регуляции окружающей среды и климата. Это фундаментальное различие сегодня не принимается во внимание в климатических исследованиях (Groisman et al., 2017). В то же время разные исследователи независимо приходят к пониманию того, что малонарушенные устойчивые экосистемы выделены по своей важности для окружающей среды и климата (Watson et al., 2018; Funk et al., 2019; Jonsson et al., 2020; Браславская и др., 2020). Концепция биотической регуляции даёт этому пониманию теоретическое обоснование.

Учитывая долговременное присутствие человека на территории современной России и вносимые им возмущения, уточнение определения естественной “эталонной” экосистемы – т. е. наиболее устойчивой экосистемы с максимальным климаторегулирующим потенциалом – для каждого региона является серьёзной междисциплинарной научной проблемой. Например, какова должна быть степень сомкнутости лесного полога в эталонной экосистеме, чтобы обеспечить необходимые значения шероховатости поверхности, альбедо, потоки транспирации и накопление влаги в почве, оптимальные для поддержания устойчивого температурного режима и круговорота влаги? Этот вопрос напрямую связан с вопросом о роли крупных животных в экосистеме и ограничениях на плотность их численности (Gorshkov, Makarieva, 2020; Nefiodov, 2020; Hatton, Galbraith, 2020; Sheil, 2020; Geraskina et al., 2020; Makarieva et al., 2020).

Ключевым является вопрос о минимальном размере площади земной поверхности, покрытой естественными экосистемами, которого было бы достаточно для выполнения работы по стабилизации окружающей среды и климата. Однако из уже имеющейся информации можно сделать вывод о том, что лесные экосистемы, сохраняющиеся на малонарушенных лесных территориях критически необходимы для поддержания климатической устойчивости. Именно эти экосистемы должны стать ядром новой законодательной категории климаторегулирующих лесов. Сохраняющие устойчивость естественные леса, не попадающие в современное формальное определение малонарушенных лесных территорий, в частности, из-за своего недостаточно большого размера (менее 50 тыс. га), должны охраняться как “точки роста” для последующего расширения на бо́льшую площадь. Такие небольшие территории – зачастую единственные остающиеся эталоны устойчивых экосистем в центральных и южных регионах России, и потому они особенно важны.

Лесная политика России и международная климатическая повестка

Происходящие сегодня глобальные и региональные климатические изменения угрожают существованию и развитию как отдельных стран, так и цивилизации в целом. Перед лицом этой угрозы человечество пытается предпринять скоординированные усилия, которые всё сильнее определяют международную политическую повестку. В то же время осознание и признание многими людьми реальной климатической угрозы создают возможность недобросовестных политических спекуляций, отражающих конкурентную борьбу различных экономических групп, а не борьбу с изменениями климата. В этой ситуации возрастает значение объективного научного знания как своеобразного “третейского судьи” в политических и геоэкономических спорах.

В сфере изменений климата защита национальных интересов Российской Федерации напрямую зависит от объективной научной оценки того экологического вклада, которую экосистемы, расположенные на территории нашей страны, вносят в стабилизацию глобального и регионального климата. Необходимо подчеркнуть, что научные представления в этой области сегодня быстро меняются. Вместе с ними, хотя и с запаздыванием на несколько лет, меняются и официальные рекомендации политикам от авторитетных международных научных организаций, включая МГЭИК. Сегодня в мировой климатической повестке можно различить тенденции намечающегося концептуального поворота «от углерода к воде». Хотя накопление углерода в лесных экосистемах по-прежнему рассматривается как основной аспект влияния леса на климат, звучат призывы изучать эту проблему более комплексно в гидрологическом и экологическом контексте (например, Sheil et al. , 2019; Anderegg et al., 2020). Смена повестки приведёт к тому, что правила учёта влияния различных стран на климат изменятся, причём российские интересы будут затронуты в первую очередь. Необходимы опережающие действия по их защите.

На территории России находится одна пятая лесных экосистем планеты. До недавнего времени главным влиянием леса на климат считались эмиссия (при рубках, пожарах) или поглощение (при восстановлении леса) углекислого газа. Поглощение избыточного атмосферного углерода российскими лесами в значительной мере компенсирует выбросы углерода, связанные с добычей нефти, газа и угля российскими компаниями (Романовская, Федеричи, 2015). Однако сегодня, согласно последнему докладу МГЭИК (IPCC, 2019), для лесов высоких широт, включая российские, на первый план выходит их влияние на отражательную способность планеты (Andrews et al., 2017; Winckler et al., 2019a,b). Утверждается, что нагрев поверхности планеты за счёт поглощения солнечной радиации лесным покровом в зимний период может превосходить охлаждение за счёт поглощения лесом избыточного углекислого газа. Если подобный расчёт будет, несмотря на значительные погрешности вплоть до смены знака, включён в официальные схемы оценки влияния различных стран на климат, – а такие попытки уже предпринимаются (см., например, Duveiller et al., 2020), – то российский углеродный след и связанные с ним экономические санкции существенно вырастут. Россия формально лишится своего климатического лесного буфера.

Возможность такого негативного сценария связана с тем, что, во-первых, естественные ненарушенные леса России недостаточно исследованы по сравнению с тропическими лесами Бразилии или Индонезии. Во-вторых, российские ненарушенные леса уникальны. Леса с давностью нарушения, превышающей несколько сотен лет, сохранились либо в самых старых заповедниках России, либо в труднодоступных местах, и не имеют мировых аналогов. Поэтому климатический вклад российских лесов оценивается на основании глобальных и региональных моделей, имеющих, по признанию самих специалистов МГЭИК, большую погрешность.

Убедительная демонстрация весомого вклада России в стабилизацию глобального и регионального климата невозможна без современных фундаментальных научных знаний о климаторегулирующей функции естественных российских лесов. Необходимо объединить усилия учёных различных областей, систематизировать уже имеющуюся информацию в рамках концепции биотической регуляции, провести пилотные исследования наиболее важных климатических характеристик ненарушенных лесов и использовать полученные результаты для формирования новой международной климатической повестки. При условии сохранения ненарушенных лесов Россия является глобальным и региональным экологическим донором, обеспечивающим климатическую устойчивость. Заняв опережающую позицию, Россия может стать мировым экологическим лидером новой повестки, объединив вокруг себя страны, сохраняющие большие площади малонарушенных лесных территорий.

Заключение

Фундаментальная наука выявляет законы природы, которые составляют основу для согласованной объективной картины мира. Нарушение этих законов невозможно в том смысле, что такое нарушение несовместимо с жизнью. Все законы человеческого общества, регулирующие экономические, политические, социальные и культурные отношения, вторичны и должны формулироваться с учётом правильного понимания принципов функционирования биосферы и места человека в ней.

В условиях надвигающейся угрозы необратимого изменения глобального климата концепция биотической регуляции, отводящая определяющую роль естественным экосистемам в регуляции окружающей среды, накладывает принципиальные ограничения на деятельность современного человека. Удержать окружающую среду в устойчивом благоприятном для жизни состоянии может только естественная биота, которая тратит для этой цели практически всю свою мощность. Антропогенная эксплуатация, включая изъятие древесины, разрушает способность экосистем регулировать окружающую среду и климат.

Баланс между экосистемными функциями (в том числе между производством древесины и других древесных продуктов и осуществлением регуляции климата естественными лесными экосистемами) может быть достигнут только путём пространственного разграничения этих функций (баланс через разграничение).

Лесные экосистемы необходимо классифицировать по степени их нарушенности. Лесное хозяйство в эксплуатационных лесах необходимо вести интенсивно, ограничив его теми территориями, которые уже освоены. Малонарушенные лесные территории, подвергнутые допороговым антропогенным возмущениям и способные к самовосстановлению в устойчивое состояние, должны быть законодательно (в частности, в рамках Лесного кодекса Российской Федерации) полностью выведены из хозяйственной деятельности и выделены в отдельную категорию с максимальной степенью юридической защиты, включая запрет на их перевод в категорию эксплуатационных лесов и в земли других категорий, и являться предметом широких междисциплинарных научных исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Aleinikov А.А. The fire history in pine forests of the plain area in the Pechora-Ilych Nature Biosphere Reserve (Russia) before 1942: possible anthropogenic causes and long-term effects // Nature Conservation Research. 2019. Vol. 4. Suppl. 1. P. 21-34.

URL: https://doi.org/10.24189/ncr.2019.033

Alkama R., Cescatti A. Biophysical climate impacts of recent changes in global forest cover // Science. 2016. Vol. 351. Iss. 6273. P. 600-604. URL: https://doi.org/10.1126/science.aac8083

Anderegg W.R.L., Trugman A.T., Badgley G., Anderson C.M., Bartuska A., Ciais P., Cullenward D., Field C.B., Freeman J., Goetz S. J., Hicke J.A., Huntzinger D., Jackson R.B., Nickerson J., Pacala S., Randerson J.T. Climate-driven risks to the climate mitigation potential of forests // Science. 2020. Vol. 368. Iss. 6497. P. eaaz7005. URL: https://doi.org/10.1126/science.aaz7005

Andrews T., Betts R.A., Booth B.B.B., Jones C.D., Jones G.S. Effective radiative forcing from historical land use change // Climate Dynamics. 2017. Vol. 48. P. 3489-3505.

URL: https://doi.org/10.1007/s00382-016-3280-7

Belotelov N.V. Impact of the works of V.G. Gorshkov on the development of mathematical models of ecosystems // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 2. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-2-7

Chapin F.S., Randerson J.T., McGuire A. D., Foley J.A., Field C.B. Changing feedbacks in the climate-biosphere system // Frontiers in Ecology and the Environment. 2008. Vol. 6. Iss. 6. P. 313-320. URL: https://doi.org/10.1890/080005

Chernokulsky A., Kozlov F., Zolina O., Bulygina O., Mokhov I.I., Semenov V.A. Observed changes in convective and stratiform precipitation in Northern Eurasia over the last five decades // Environmental Research Letters. 2019. Vol. 14. Iss. 4. P. 045001.

URL: https://doi.org/10.1088/1748-9326/aafb82

Chernokulsky A., Kurgansky M., Mokhov I., Shikhov A., Azhigov I., Selezneva E., Zakharchenko D., Antonescu B., Kühne T. Tornadoes in Northern Eurasia: From the Middle Age to the Information Era // Monthly Weather Review. 2020. Vol. 148, Iss. 8. P. 3081-3110.

URL: https://doi.org/10.1175/MWR-D-19-0251.1

Dean C., Kirkpatrick J.B., Friedland A.J. Conventional intensive logging promotes loss of organic carbon from the mineral soil // Global Change Biology. 2017. Vol. 23. Iss. 1. P. 1-11.

URL: https://doi.org/10.1111/gcb.13387

Duveiller G., Caporaso L., Abad-Viñas R., Perugini L., Grassi G., Arneth A., Cescatti A. Local biophysical effects of land use and land cover change: towards an assessment tool for policy makers // Land Use Policy. 2020. Vol. 91. P. 104382.

URL: https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2019.104382

Emanuel K. The Relevance of Theory for Contemporary Research in Atmospheres, Oceans and Climate // American Geophysical Union Advances. 2020. Vol. 1. Iss. 2. P. e2019AV000129.

URL: https://doi.org/10.1029/2019AV000129

Feurdean A., Florescu G., Tanţău I., Vannière B., Diaconu A.-C., Pfeiffer M., Warren D., Hutchinson S.M., Gorina N., Gałka M., Kirpotin S. Recent fire regime in the southern boreal forests of western Siberia is unprecedented in the last five millennia // Quaternary Science Reviews. 2020. Vol. 244. P. 106495. URL: https://doi.org/10.1016/j.quascirev. 2020.106495

Friedlingstein P., Jones M.W., O’Sullivan M., Andrew R.M., Hauck J., Peters G.P., Peters W., Pongratz J., Sitch S., Le Quéré C., Bakker D.C.E., Canadell J.G., Ciais P., Jackson R.B., Anthoni P., Barbero L., Bastos A., Bastrikov V., Becker M., Bopp L., Buitenhuis E., Chandra N., Chevallier F., Chini L.P., Currie K.I., Feely R.A., Gehlen M., Gilfillan D., Gkritzalis T., Goll D.S., Gruber N., Gutekunst S., Harris I., Haverd V., Houghton R.A., Hurtt G., Ilyina T., Jain A.K., Joetzjer E., Kaplan J.O., Kato E., Goldewijk K.K., Korsbakken J.I., Landschützer P., Lauvset S.K., Lefèvre N., Lenton A., Lienert S., Lombardozzi D., Marland G., McGuire P.C., Melton J.R., Metzl N., Munro D.R., Nabel J.E.M.S., Nakaoka S.-I., Neill C., Omar A.M., Ono T., Peregon A., Pierrot D., Poulter B., Rehder G., Resplandy L., Robertson E., Rödenbeck C., Séférian R., Schwinger J., Smith N., Tans P.P., Tian H., Tilbrook B., Tubiello F.N., van der Werf G.R., Wiltshire A.J., Zaehle S. Global Carbon Budget 2019 // Earth System Science Data. 2019. Vol. 11. Iss. 4. P. 1783-1838. URL: https://doi.org/10.5194/essd-11-1783-2019

Funk J.M., Aguilar-Amuchastegui N., Baldwin-Cantello W., Busch J., Chuvasov E., Evans T., Griffin B., Harris N., Ferreira M.N., Petersen K., Phillips O., Soares M.G., van der Hoff R.J.A. Securing the climate benefits of stable forests // Climate Policy. 2019. Vol. 19. Iss. 7. P. 845-860. URL: https://doi.org/10.1080/14693062.2019.1598838

Furyaev V.V., Vaganov E.A., Tchebakova N.M., Valendik E.N. Effects of fire and climate on successions and structural changes in the Siberian boreal forest // Eurasian Journal of Forest Research. 2001. Vol. 2. P. 1-15. URL: http://hdl.handle.net/2115/22125

Geraskina A.P., Smirnova O.V., Korotkov V.N., Kudrevatykh I.Yu. Productivity and content of macro- and microelements in the phytomass of ground vegetation of typical and unique taiga forests of the Northern Urals (example of spruce-fir forests of the Pechora-Ilych nature reserve) // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 2. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-2-1

Gorshkov V.G. Atmospheric disturbance of the carbon cycle: Impact upon the biosphere // IL Nuovo Cimento C. 1986. Vol. 9. Iss. 5. P. 937-952. URL: https://doi.org/10.1007/BF02891905

Gorshkov V.G., Makarieva A.M. Key ecological parameters of immotile versus locomotive life // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 1. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-1-1

Groisman P., Shugart H., Kicklighter D., Henebry G., Tchebakova N., Maksyutov S., Monier E., Gutman G., Gulev S., Qi J., Prishchepov A., Kukavskaya E., Porfiriev B., Shiklomanov A., Loboda T., Shiklomanov N., Nghiem S., Bergen K., Albrechtová J., Chen J., Shahgedanova M., Shvidenko A., Speranskaya N., Soja A., de Beurs K., Bulygina O., McCarty J., Zhuang Q., Zolina O. Northern Eurasia Future Initiative (NEFI): facing the challenges and pathways of global change in the twenty-first century // Progress in Earth and Planetary Science. 2017. Vol. 4. P. 41.

URL: https://doi.org/10.1186/s40645-017-0154-5

Gross C.D., Harrison R.B. The case for digging deeper: Soil organic carbon storage, dynamics, and controls in our changing world // Soil Systems. 2019. Vol. 3. Iss. 2. P. 28.

URL: https://doi.org/10.3390/soilsystems3020028

Gu X., Zhang Q., Li J., Singh V. P., Liu J., Sun P., He C., Wu J. Intensification and expansion of soil moisture drying in warm season over Eurasia under global warming // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2019. Vol. 124. Iss. 7. P. 3765-3782.

URL: https://doi.org/10.1029/2018JD029776

Hatton I., Galbraith E. Commentary on “Key ecological parameters of immotile versus locomotive life” by V.G. Gorshkov and A.M. Makarieva // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 2. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-2-5

Heino M., Kummu M., Makkonen M., Mulligan M., Verburg P.H., Jalava M., Räsänen T.A. Forest Loss in Protected Areas and Intact Forest Landscapes: A Global Analysis // Public Library of Science One. 2015. Vol. 10. Iss. 10. P. e0138918.

URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138918

Hesslerová P., Huryna H., Pokorný J., Procházka J. The effect of forest disturbance on landscape temperature // Ecological Engineering. 2018. Vol. 120. P. 345-354.

URL: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2018.06.011

Hubau W., Lewis S.L., Phillips O.L., Affum-Baffoe K., Beeckman H., Cuní-Sanchez A., Daniels A. K., Ewango C.E.N., Fauset S., Mukinzi J. M., Sheil D., Sonké B., Sullivan M.J.P., Sunderland T.C.H., Taedoumg H., Thomas S.C., White L.J.T., Abernethy K.A., Adu-Bredu S., Amani C.A., Baker T.R., Banin L.F., Baya F., Begne S.K., Bennett A.C., Benedet F., Bitariho R., Bocko Y.E., Boeckx P., Boundja P., Brienen R.J.W., Brncic T., Chezeaux E., Chuyong G.B., Clark C. J., Collins M., Comiskey J.A., Coomes D.A., Dargie G.C., de Haulleville T., Kamdem M.N.D., Doucet J.-L., Esquivel-Muelbert A., Feldpausch T.R., Fofanah A., Foli E.G., Gilpin M., Gloor E., Gonmadje C., Gourlet-Fleury S. , Hall J.S., Hamilton A.C., Harris D.J., Hart T.B., Hockemba M.B.N., Hladik A., Ifo S.A., Jeffery K.J., Jucker T., Yakusu E.K., Kearsley E., Kenfack D., Koch A., Leal M.E., Levesley A., Lindsell J.A., Lisingo J., Lopez-Gonzalez G., Lovett J.C., Makana J.-R., Malhi Y., Marshall A.R., Martin J., Martin E.H., Mbayu F.M., Medjibe V.P., Mihindou V., Mitchard E.T.A., Moore S., Munishi P.K.T., Bengone N.N., Ojo L., Ondo F.E., Peh K.S.-H., Pickavance G.C., Poulsen A.D., Poulsen J.R., Qie L., Reitsma J., Rovero F., Swaine M.D., Talbot J., Taplin J., Taylor D.M., Thomas D.W., Toirambe B., Mukendi J.T., Tuagben D., Umunay P.M., van der Heijden G.M.F., Verbeeck H., Vleminckx J., Willcock S., Wöll H., Woods J.T., Zemagho L. Asynchronous carbon sink saturation in African and Amazonian tropical forests // Nature. 2020. Vol. 579. P. 80-87.

URL: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2035-0

Huryna H., Pokorný J. The role of water and vegetation in the distribution of solar energy and local climate: a review // Folia Geobotanica. 2016. Vol. 51. P. 191-208.

URL: https://doi.org/10.1007/s12224-016-9261-0

Ilstedt U., Bargués Tobella A., Bazié H.R., Bayala J., Verbeeten E., Nyberg G., Sanou J., Benegas L., Murdiyarso D., Laudon H., Sheil D., Malmer A. Intermediate tree cover can maximize groundwater recharge in the seasonally dry tropics // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 21930.

URL: https://doi.org/10.1038/srep21930

IPCC, 2019: Jia G., Shevliakova E., Artaxo P., De Noblet-Ducoudré N., Houghton R., House J., Kitajima K., Lennard C., Popp A., Sirin A., Sukumar R., Verchot L. Chapter 2. Land–climate interactions. In: Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems [Shukla P.R., Skea J., Calvo Buendia E., Masson-Delmotte V., Pörtner H.-O., Roberts D.C., Zhai P., Slade R., Connors S., van Diemen R., Ferrat M., Haughey E., Luz S. , Neogi S., Pathak M., Petzold J., Portugal Pereira J., Vyas P., Huntley E., Kissick K., Belkacemi M., Malley J. (eds.)]. 2019. In press. URL: https://www.ipcc.ch/srccl/cite-report/

Jonsson M., Bengtsson J., Moen J., Gamfeldt L., Snäll T. Stand age and climate influence forest ecosystem service delivery and multifunctionality // Environmental Research Letters. 2020. Vol. 15. Iss. 9. P. 0940a8. URL: https://doi.org/10.1088/1748-9326/abaf1c

Khlebnikova E.I., Sall I.A. Peculiarities of climatic changes in cloud cover over the Russian Federation // Russian Meteorology and Hydrology. 2009. Vol. 34. P. 411-417.

URL: https://doi.org/10.3103/S1068373909070012

Kittler F., Heimann M., Kolle O., Zimov N., Zimov S., Göckede M. Long-term drainage reduces CO₂ uptake and CH₄ emissions in a Siberian permafrost ecosystem // Global Biogeochemical Cycles. 2017. Vol. 31. Iss. 12. P. 1704-1717. URL: https://doi.org/10.1002/2017GB005774

Kukavskaya E. A., Buryak L.V., Shvetsov E.G., Conard S.G., Kalenskaya O.P. The impact of increasing fire frequency on forest transformations in southern Siberia // Forest Ecology and Management. 2016. Vol. 382. P. 225-235. URL: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.10.015

Kuznetsova A.I., Lukina N.V., Tikhonova E.V., Gornov A.V., Gornova M.V., Smirnov V.E., Geraskina A.P., Shevchenko N.E., Tebenkova D.N., Chumachenko S.I. Carbon stock in sandy and loamy soils of coniferous–broadleaved forests at different succession stages // Eurasian Soil Science. 2019. Vol. 52. Iss. 7. P. 756-768. URL: https://doi.org/10.1134/S1064229319070081

Lukina N., Kuznetsova A., Tikhonova E., Smirnov V., Danilova M., Gornov A., Bakhmet O., Kryshen A., Tebenkova D., Shashkov M., Knyazeva S. Linking forest vegetation and soil carbon stock in Northwestern Russia // Forests. 2020. Iss. 9. Vol. 11. P. 979.

URL: https://doi.org/10.3390/f11090979

Luyssaert S., Schulze E.-D., Börner A. , Knohl A., Hessenmöller D., Law B.E., Ciais P., Grace J. Old-growth forests as global carbon sinks // Nature. 2008. Vol. 455. P. 213-215.

URL: https://doi.org/10.1038/nature07276

Magritsky D.V., Frolova N.L., Evstigneev V.M., Povalishnikova E.S., Kireeva M.B., Pakhomova O.M. Long-term Changes of River Water Inflow into the Seas of the Russian Arctic Sector // Polarforschung. 2018. Vol. 87. Iss. 2. P. 177-194.

URL: https://doi.org/10.2312/polarforschung.87.2.177

Makarieva A.M., Gorshkov V.G. Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land // Hydrology and Earth System Sciences. 2007. Vol. 11. P. 1013-1033.

URL: https://doi.org/10.5194/hess-11-1013-2007

Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Li B.-L. Revisiting forest impact on atmospheric water vapor transport and precipitation // Theoretical and Applied Climatology. 2013. Vol. 111. P. 79-96.

URL: https://doi.org/10.1007/s00704-012-0643-9

Makarieva A. M., Gorshkov V.G., Sheil D., Nobre A.D., Bunyard P., Li B.-L. Why does air passage over forest yield more rain? Examining the coupling between rainfall, pressure, and atmospheric moisture content // Journal of Hydrometeorology. 2014. Vol. 15. Iss. 1. P. 411-426.

URL: https://doi.org/10.1175/JHM-D-12-0190.1

Makarieva A.M., Nefiodov A.V., Li B.-L. Life’s Energy and Information: Contrasting Evolution of Volume- versus Surface-Specific Rates of Energy Consumption // Entropy. 2020. Vol. 22. Iss. 9. P. 1025. URL: https://doi.org/10.3390/e22091025

Mamkin V., Kurbatova J., Avilov V., Ivanov D., Kuricheva O., Varlagin A., Yaseneva I., Olchev A.

Energy and CO₂ exchange in an undisturbed spruce forest and clear-cut in the Southern Taiga //

Agricultural and Forest Meteorology. 2019. Vol. 265. P. 252-268.

URL: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.11.018

Mayer M., Prescott C.E., Abaker W.E.A., Augusto L., Cécillon L., Ferreira G. W.D., James J., Jandl R., Katzensteiner K., Laclau J.-P., Laganière J., Nouvellon Y., Paré D., Stanturf J.A., Vanguelova E.I., Vesterdal L. Tamm Review: Influence of forest management activities on soil organic carbon stocks: A knowledge synthesis // Forest Ecology and Management. 2020. Vol. 466. P. 118127. URL: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118127

Molinari C., Lehsten V., Blarquez O., Carcaillet C., Davis B.A.S., Kaplan J.O., Clear J., Bradshaw R.H.W. The climate, the fuel and the land use: Long‐term regional variability of biomass burning in boreal forests // Global Change Biology. 2018. Vol. 24. Iss. 10. P. 4929-4945.

URL: https://doi.org/10.1111/gcb.14380

Nefiodov A.V. Universal patterns of matter and energy fluxes in land and ocean ecosystems // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 2. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-2-6

Pan Y., Birdsey R.A., Fang J., Houghton R., Kauppi P.E., Kurz W.A., Phillips O. L., Shvidenko A., Lewis S.L., Canadell J. G., Ciais P., Jackson R.B., Pacala S.W., McGuire A.D., Piao S., Rautiainen A., Sitch S., Hayes D. A large and persistent carbon sink in the world’s forests // Science. 2011. Vol. 333. Iss. 6045. P. 988-993. URL: https://doi.org/10.1126/science.1201609

Pöschl U., Martin S.T., Sinha B., Chen Q., Gunthe S.S., Huffman J.A., Borrmann S., Farmer D.K., Garland R.M., Helas G., Jimenez J.L., King S.M., Manzi A., Mikhailov E., Pauliquevis T., Petters M.D., Prenni A.J., Roldin P., Rose D., Schneider J., Su H., Zorn S.R., Artaxo P., Andreae M.O. Rainforest Aerosols as Biogenic Nuclei of Clouds and Precipitation in the Amazon // Science. 2010. Vol. 329. Iss. 5998. P. 1513–1516. URL: https://doi.org/10.1126/science.1191056

Popkin G. Weighing the world’s trees // Nature. 2015. Vol. 523. Iss. 7558. P. 20-22.

URL: https://doi.org/10.1038/523020a

Potapov P., Hansen M.C., Laestadius L., Turubanova S., Yaroshenko A. , Thies C., Smith W., Zhuravleva I., Komarova A., Minnemeyer S., Esipova E. The last frontiers of wilderness: Tracking loss of intact forest landscapes from 2000 to 2013 // Scientific Advances. 2017. Vol. 3. Iss. 1. P. e1600821. URL: https://doi.org/10.1126/sciadv.1600821

Poveda G., Jaramillo L., Vallejo L.F. Seasonal precipitation patterns along pathways of South American low-level jets and aerial rivers // Water Resources Research. 2014. Vol. 50. Iss. 1. P. 98-118. URL: https://doi.org/10.1002/2013WR014087

Pradhan R., Singh N., Singh R.P. Onset of summer monsoon in Northeast India is preceded by enhanced transpiration // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. P. 18646.

URL: https://doi.org/10.1038/s41598-019-55186-8

Schmidt M.W.I., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A., Kleber M., Kögel-Knabner I., Lehmann J., Manning D.A.C., Nannipieri P., Rasse D.P., Weiner S., Trumbore S.E. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. Vol. 478. P. 49-56. URL: https://doi.org/10.1038/nature10386

Sheil D. Forests, atmospheric water and an uncertain future: the new biology of the global water cycle // Forest Ecosystems. 2018. Vol. 5. No. 19. P. 1-22.

URL: https://doi.org/10.1186/s40663-018-0138-y

Sheil D., Bargués-Tobella A., Ilstedt U., Ibisch P.L., Makarieva A., McAlpine C., Morris C.E., Murdiyarso D., Nobre A.D., Poveda G., Spracklen D.V., Sullivan C.A., Tuinenburg O.A., van der Ent R.J. Forest restoration: Transformative trees // Science. 2019. Vol. 366. Iss. 6463. P. 316-317.

URL: https://doi.org/10.1126/science.aay7309

Sheil D. Dangerous giants? – Large herbivores, forest feedbacks and climate tipping points // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2020. Vol. 5. Iss. 3.

URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-3-4

Sillitoe P. Losing ground? Soil loss and erosion in the highlands of Papua New Guinea // Land Degradation & Development. 1993. Vol. 4. Iss. 3. P. 143-166.

URL: https://doi.org/10.1002/ldr.3400040305

Smith P., Soussana, J.-F., Angers D., Schipper L., Chenu C., Rasse D.P., Batjes N.H., van Egmond F., McNeill S., Kuhnert M., Arias-Navarro C., Olesen J.E., Chirinda N., Fornara D., Wollenberg E., Álvaro-Fuentes J., Sanz-Cobena A., Klumpp K. How to measure, report and verify soil carbon change to realize the potential of soil carbon sequestration for atmospheric greenhouse gas removal // Global Change Biology. 2020. Vol. 26. Iss. 1. P. 219-241.

URL: https://doi.org/10.1111/gcb.14815

Turubanova S.A., Krylov A.M., Potapov P.V., Tyukavina A.Yu.Forest dynamics in Eastern Europe (1985–2012) using Landsat data archive // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2017. Vol. 2. Iss. 1. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2017-1-3

Wardle D.A., Jonsson M., Bansal S., Bardgett R.D., Gundale M.J., Metcalfe D.B. Linking vegetation change, carbon sequestration and biodiversity: insights from island ecosystems in a long-term natural experiment // Journal of Ecology. 2012. Vol. 100. Iss. 1. P. 16-30. URL: https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2011.01907.x

Watson J.E.M., Evans T., Venter O., Williams B., Tulloch A., Stewart C., Thompson I., Ray J.C., Murray K., Salazar A., McAlpine C., Potapov P., Walston J., Robinson J.G., Painter M., Wilkie D., Filardi C., Laurance W.F., Houghton R.A., Maxwell S., Grantham H., Samper C., Wang S., Laestadius L., Runting R.K., Silva-Chávez G.A., Ervin, J., Lindenmayer D. The exceptional value of intact forest ecosystems // Nature Ecology & Evolution. 2018. Vol. 2. Iss. 4. P. 599-610.

URL: https://doi.org/10.1038/s41559-018-0490-x

Winckler J., Lejeune Q., Reick C.H., Pongratz J. Nonlocal effects dominate the global mean surface temperature response to the biogeophysical effects of deforestation // Geophysical Research Letters. 2019a. Vol. 46. Iss. 2. P. 745-755. URL: https://doi.org/10.1029/2018GL080211

Winckler J., Reick C.H., Bright R.M., Pongratz J. Importance of surface roughness for the local biogeophysical effects of deforestation // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2019b. Vol. 124. Iss. 15. P. 8605-8618. URL: https://doi.org/10.1029/2018JD030127

Wright J.S., Fu R., Worden J.R., Chakraborty S., Clinton N.E., Risi C., Sun Y., Yin L. Rainforest-initiated wet season onset over the Southern Amazon // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. Vol. 114. Iss. 32. P. 8481-8486. URL: https://doi.org/10.1073/pnas.1621516114

Zelinka M.D., Myers T.A., McCoy D.T., Po-Chedley S., Caldwell P.M., Ceppi P., Klein S.A., Taylor K.E. Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models // Geophysical Research Letters. 2020. Vol. 47. Iss.1. P. e2019GL085782. URL: https://doi.org/10.1029/2019GL085782

Zhou G., Liu S., Li Z., Zhang D., Tang X., Zhou C., Yan J., Mo J. Old-growth forests can accumulate carbon in soils // Science. 2006. Vol. 314. Iss. 5804. P. 1417. URL: https://doi.org/10.1126/science.1130168

Алейников А.А., Стенно С.П. , Циберкин Н.Г., Мельничук А.Ф., Садовникова Е.Н. Влияние пермских соляных промыслов XV–XIX вв. на трансформацию лесов: опыт оценки масштабов воздействия // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2018. Vol. 3. Iss. 1. URL: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2018-1-2

Браславская Т.Ю., Колбовский Е.Ю., Есипова Е.С., Коротков В.Н., Немчинова А.В., Чуракова Е.Ю., Козыкин А.В., Кулясова А.А., Алейников А.А. Ладшафтно-бассейновый подход в экологической оценке малонарушенных лесов Онежского полуострова // Известия РАН. Серия географическая. 2020. Т. 84. № 6. С. 1-15.

Гагарин Ю.Н. Концепция проекта федерального закона «Лесной кодекс Российской Федерации» // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 3. С. 1-45. URL: http://jfsi.ru/concept_of_the_forest_code_rf/

Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. Москва: ВИНИТИ, 1995. 470 с. URL: https://www.bioticregulation.ru/pubs/pubs5_r.php

Горшков В.Г., Макарьева А.М. Природа наблюдаемой устойчивости климата Земли // Геоэкология. 2006. № 3. C. 483-495.

Замолодчиков Д.Г., Кобяков К.Н., Кокорин А.О., Алейников А.А., Шматков Н.М. Лес и климат. Москва: Всемирный фонд дикой природы, 2015. 40 с.

Макарьева А.М., Горшков В.Г. «Окружающая природная среда потеряла устойчивость и стремительно разрушается…» // Энергия: Экономика, Техника, Экология. 2018. №5. С. 23-41.

Паленова М.М. Общая характеристика видового и возрастного состава древостоев современных лесов / Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. Смирнова О.В. (ред.). Книга 1. Москва: Наука, 2004. C. 314-324.

URL: https://istina.msu.ru/publications/book/7873263/

Романовская А.А., Федеричи С. Квота на выбросы и роль лесного сектора в национальных обязательствах Российской Федерации в новом климатическом соглашении // СПб: Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства, 2015. Вып. 1. С. 20-38.

URL: http://journal.spb-niilh.ru/pdf/1-2015/spbniilh-proceedings-1-2015-2.pdf

Смирнова О.В., Алейников А.А., Смирнов Н.С., Луговая Д.Л. Пионовая тайга // Природа. 2014. № 2. C. 54-63.

URL: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434360/Pionovaya_tayga

Цветков М.А. Изменение лесистости европейской России с конца XVII столетия по 1914 год. Москва: Академия наук СССР, 1957. 213 с.

[1] Этот эффект теперь называется “CO₂-fertilization”, что в английском языке имеет один корень со словом “удобрения” (fertilizers), хотя, в отличие от азота и фосфора, неорганический углерод в качестве удобрения для повышения продуктивности растений не используется.

Роль лесов – СЕМЕНА

Леса как среда обитания
Лес как ресурс
Роль лесов в изменении климата
Дополнительные экологические функции лесов

Лес как среда обитания:

Хотя деревья являются самыми крупными и наиболее продуктивными организмами в лесах, лесная экосистема – это гораздо больше, чем популяция деревьев, растущих на земле. Леса также обеспечивают среду обитания для множества других видов растений, а также многочисленных животных и микроорганизмов. Большинство из этих ассоциированных видов не могут жить где-либо еще; у них есть абсолютная потребность в лесной среде обитания. Часто эта потребность очень конкретна, например, когда вид птиц нуждается в определенном типе леса с точки зрения породы дерева, возраста и других условий.

Например, камышевка Киртланда ( Dendroica kirtlandii ) – это вид птиц, находящихся под угрозой исчезновения, который гнездится только в насаждениях кедра ( Pinusbankiana ) определенного возраста и плотности в северном Мичигане. Эта певчая птица не размножается ни в каком другом типе леса, в том числе в более молодых или старых насаждениях сосны. Точно так же находящаяся под угрозой исчезновения пятнистая сова ( Strix occidentalis ) встречается только в некоторых типах старовозрастных хвойных лесов на западе Северной Америки. Эти же старовозрастные леса также поддерживают другие виды, которые не могут существовать в более молодых насаждениях, например, некоторые виды лишайников, мхов и печеночников.

Однако обычно многие виды, встречающиеся в лесах, имеют более широкую экологическую толерантность, и на самом деле им может потребоваться мозаика различных типов местообитаний. Например, в восточной Северной Америке белохвостый олень ( Odocoileus virginianus ) хорошо себя чувствует в различных средах обитания. Им требуется доступ к относительно молодым сукцессионным насаждениям с обильной и питательной пищей для этого вида, а также к убежищам в виде зрелых лесов с некоторыми участками с преобладанием хвойных пород, на которых зимой меньше глубина снежного покрова. Точно так же рябчик ( Bonasa umbellus ) лучше всего подходит для ландшафта с шахматной доской из насаждений разного возраста, включая зрелый лес с преобладанием дрожащей осины ( Populus tremuloides ) с небольшим количеством хвойных деревьев.

(From: http://science .jrank.org/pages/2833/Forests-Forests-habitat.html#ixzz41lAeNlSY)

Вернуться к началу

Лес как ресурс:

Древесина: Древесина — самый важный продукт, получаемый из леса. . Из древесины обычно изготавливают бумагу, пиломатериалы, фанеру и другие продукты. Кроме того, в большинстве лесных регионов менее развитого мира дрова являются наиболее важным источником энергии, используемой для приготовления пищи и других целей.

(Из: http://science.jrank.org/pages/2834/Forests-Forests-natural-resource.html)

Недревесные лесные товары (NTFP): Недревесные лесные товары (NTFP) в целом включают все непромышленная древесная растительность в лесах и агролесомелиорациях, имеющая или потенциально имеющая коммерческую ценность. Другие термины, синонимичные недревесному лесному продукту, включают специальный лесной продукт, недревесный лесной продукт, второстепенный лесной продукт, альтернативный лесной продукт и вторичный лесной продукт. Другие термины, синонимичные сбору урожая, включают изготовление диких животных, сбор, сбор и поиск пищи.

Некоторые обычно собираемые недревесные лесные продукты (NTFP) в США включают дикорастущие грибы, ягоды, папоротники, ветки деревьев, шишки, мох, кленовый сироп, мед и лекарственные средства, такие как кора каскары и женьшень. NTFP не является биологической или экологической категорией; это политическая и экономическая категория, которая служит для выделения лесных ресурсов, которые игнорируются или игнорируются при управлении лесным хозяйством как жизнеспособный источник дохода.

(От: http://www.ntfpinfo.us/about/)

Лес и зоны отдыха:

Предоставляя множество возможностей для отдыха на свежем воздухе, леса побуждают людей вести здоровый и активный образ жизни. Они также улучшают умственное и духовное благополучие за счет связи с другими и общения с природой.

Рекреационные мероприятия в лесу воспитывают у людей понимание важной роли, которую леса играют в сохранении здоровья нашей планеты и благополучия ее жителей.

Инициатива Мишель Обамы «Давайте двигаться» побуждает молодежь страны вести более активный образ жизни с раннего возраста. Предложение детям идей о том, как весело провести время, будучи активным, поможет уменьшить их шансы на проблемы со здоровьем в будущем.

Инвестиции в леса для рекреационных целей, таких как туризм, походы и кемпинг, также способствуют развитию местной экономики и вызывают чувство гордости за окружающие сообщества.

(Из: https://www.americanforests.org/conservation-programs/forests-and-recreation/)

Вернуться к началу

Роль лесов в изменении климата:

Леса играют четыре основные роли в изменении климата: в настоящее время они составляют около одной шестой глобальных выбросов углерода при очистке, чрезмерном использовании или деградации; они чутко реагируют на изменение климата; при устойчивом управлении они производят древесное топливо как безопасную альтернативу ископаемому топливу; и, наконец, они могут поглощать около одной десятой глобальных выбросов углерода, прогнозируемых на первую половину этого века, в свою биомассу, почвы и продукты и хранить их — в принципе, навечно.

(От: http://www.fao.org/forestry/climatechange/53459/en/)

Леса влияют на изменение климата в значительной степени, воздействуя на количество углекислого газа в атмосфере. Когда леса растут, углерод удаляется из атмосферы и поглощается древесиной, листьями и почвой. Поскольку леса (и океаны) могут поглощать и хранить углерод в течение длительного периода времени, они считаются «поглотителями углерода». Этот углерод остается в лесной экосистеме, но может выбрасываться в атмосферу при сжигании лесов. Количественная оценка существенной роли лесов в поглощении, хранении и высвобождении углерода является ключом к пониманию глобального углеродного цикла и, следовательно, изменения климата.

(Из: http://www.greenfacts.org/en/forests/l-2/3-climate-change.htm)

Наверх

Другие экологические функции лесов:

Лес превращает безжизненную скалу в живую экосистему. На протяжении тысячелетий растения и животные леса приживаются и создают живой зеленый покров. Лес рос медленно. Недавно открытый участок земли будет сначала заселен несколькими растениями, которые были очень сильными и могли жить на голой скале. Постепенно за ними последовали другие растения и животные. Лесу, покрывающему землю сегодня, может быть тысячи лет. Вы можете срубить несколько деревьев и совсем не повредить их. Но если вы срубите сразу слишком много деревьев, вы можете их уничтожить.

Лес создает почву. Почва на суше представляет собой старую разрушенную скалу, смешанную с мертвыми лесными растениями и множеством мелких животных, бактерий и растений, которые живут в почве. Леса составляют большую часть почвы на планете. Когда садовая почва становится бедной, лес вырастает поверх старого сада и снова делает почву хорошей.

Лес защищает почву. Удерживает почву своими корнями. Если деревья срубить, а сады не посадить, почва станет твердой и сухой, и для садов это не годится. Если идут проливные дожди, а деревьев нет, почва мутнеет и размывается, загрязняя ручьи, реки и море. Тогда почва исчезнет, и сады не будут расти на твердой скале.

Лес укрывает сады. Во время сильных ветров и проливных дождей деревья защищают сады. Сильные ветры могут повредить урожай и высушить почву. Вблизи побережья соленые брызги могут отравить почву или нанести вред посевам без укрытия деревьев. Лес также может защитить дома и деревни от сильных ветров.

Лес держит воду. Деревья и почва, которую они создают, полны воды, и они хранят эту воду на случай отсутствия дождя. Лес контролирует поток воды по суше. Когда идут сильные дожди, деревья помогают задерживать воду в почве. Они удерживают воду в своих ветвях, стволах, корнях и листьях. Когда земля сухая, вода из леса сохраняет землю зеленой. Без деревьев в лесу земля может быстро высохнуть, а посевы могут погибнуть.

Лес порождает облака и дождь. Когда ветер дует над землей, он движется сквозь деревья, а деревья пускают воду по ветру. Когда ветер проходит сквозь деревья, деревья также отдают избыток солнечного тепла ветру. Затем нагретый влажный воздух поднимается вверх, потому что поднимается горячий воздух. Когда горячий, влажный воздух сталкивается с более прохладным ветром над землей, он превращается в облака. Если срубить деревья, может быть меньше дождей и земля может высохнуть; тогда у людей не будет достаточно воды для питья или умывания, и посевы погибнут.

Лес предотвращает пожары. Когда лес мертв, земля становится сухой и может быстро загореться и сжечь все живое.

(Из: http://iefworld.org/remc4.htm)

Вернуться к началу

Воздействие на лесную экосистему

Тысячи болезней и видов насекомых существуют в канадских лесах. Их встречаемость зависит от типа леса по всей стране.

Их экология также различается. Некоторые виды лесных насекомых, например, едят только листья деревьев. Другие виды питаются только под корой живых деревьев. На насаждениях, пораженных лесными болезнями, может развиться любое из целого ряда нездоровых состояний, от ожога листьев (листьев) до корневой гнили и язвы.

Некоторые деревья достаточно здоровы, чтобы сопротивляться таким атакам или восстанавливаться после них с небольшим долговременным ущербом, но старые или ослабленные деревья могут не пережить заражения. В целом, чем серьезнее заражение, тем больше вероятность того, что даже здоровые деревья пострадают.

Воздействие местных насекомых и болезней на окружающую среду

Местные насекомые и болезни играют жизненно важную роль в пищевых цепях и круговороте питательных веществ в природе и в процессе влияют на здоровье леса.

В то время как одни насекомые и болезни снижают ценность леса, другие оказывают экологические услуги, включая опыление и разложение. Даже те местные насекомые, которые считаются вредными, помогают создавать условия, способствующие возобновлению и росту леса. Например, нашествие горного соснового лубоеда обычно приводит к гибели самых крупных и старых деревьев, но более молодые деревья, пережившие нападение, впоследствии имеют тенденцию к ускоренному росту. Другим примером являются вспышки еловой листовертки. Эти насекомые нацелены на более мелкие деревья таких видов, как бальзамическая пихта, и тем самым способствуют прореживанию насаждений, что, в свою очередь, позволяет долгоживущим видам деревьев, таким как ель, занять доминирующее положение в насаждениях.

Однако, когда крупная вспышка местного насекомого или болезни происходит в скудной или уязвимой среде обитания и является серьезной, превышающей историческую норму, экологическое здоровье этой среды обитания может пострадать.

Угроза, создаваемая чужеродными насекомыми и болезнями

Чужеродные насекомые и болезнетворные вредители вызывают особую озабоченность лесоустроителей. Поскольку они «неместные», труднее предсказать, как лесная экосистема, в которой они распространились, отреагирует на новое нарушение. Даже обычные преимущества, которые местные вспышки могут иметь для лесной экосистемы, могут не проявиться.

К счастью, в большинстве случаев инвазивные виды неспособны адаптироваться к новой среде. Это означает, что они не могут прижиться или широко распространиться и, следовательно, могут иметь мало ощутимых негативных последствий или вообще не иметь их.

Иногда, тем не менее, чужеродный вид приживается, быстро распространяется и оставляет за собой обширные повреждения деревьев. Это может произойти, когда у вторгшихся видов насекомых или болезней нет естественных врагов, которые могли бы держать их под контролем. Это также может произойти, когда деревья и другие организмы не обладают естественной сопротивляемостью захватчикам.

С 1880-х годов в Канаду было зарегистрировано более 80 значительных чужеродных лесных насекомых и болезней. Некоторые из этих интродуцированных вредителей нанесли серьезный ущерб местным лесам. Например:

Болезнь голландского вяза привела к значительному сокращению численности американского вяза, который раньше был одним из самых широко распространенных тенистых деревьев в Северной Америке. Он был завезен в Канаду примерно в 1940 году.
Изумрудный ясеневый мотылек убил миллионы ясеней в Онтарио и Квебеке. Скрытым следствием уничтожения этого насекомого является потеря уникальных генофондов, представленных популяциями каждого из местных видов ясеня. Он был завезен в Северную Америку в 1990-е.
Непарный шелкопряд, инвазивный чужеродный вид из Азии, досаждал Онтарио, Квебеку и Приморской провинции в разное время на протяжении прошлого столетия. Он известен как один из самых серьезных дефолиаторов лиственных пород в Северной Америке.

Краткий обзор того, как насекомые и болезни влияют на лесные экосистемы

Положительные воздействия

Лесные насекомые и болезни:

помощь в обновлении лесов путем удаления старых, ослабленных или иным образом уязвимых деревьев
помощь в формировании почвы за счет разрушения мертвых деревьев и другого растительного материала и повторного использования питательных веществ
обеспечить новую среду обитания и пищу для диких животных
опыление

Негативные воздействия

Лесные насекомые и болезни:

вызывают потерю радиального и вертикального роста, потерю объема, отмирание и деформацию
через этот урон может убить отдельные деревья или целые леса
из-за повсеместного уничтожения существующих лесов может привести к вытеснению существующих видов деревьев

Изменение климатических условий и лесные вредители

Некоторые эксперты по лесному хозяйству рассматривают изменение климата как нарушение, которое может ослабить естественные леса (например, из-за засухи) и сделать их в целом более уязвимыми для нападения вредителей. Изменение климатических условий может также означать, что леса Канады могут стать средой обитания для более широкого круга биологических захватчиков.

Исследователи из CFS выясняют, вызывают ли местные насекомые и болезни нарушения, превышающие их исторический уровень, из-за климатических и антропогенных изменений в лесах.

Критический вопрос, связанный с этим, заключается в том, может ли такое изменение уровней нарушения угрожать устойчивости лесных экосистем к восстановлению после интенсивных или обширных вспышек насекомых или болезней.

Сообщить о проблеме на этой странице Пожалуйста, выберите все подходящие варианты:

Ссылка, кнопка или видео не работают

У него орфографическая ошибка

Информация отсутствует

Информация устарела или неверна

я не могу найти то, что ищу

Другая проблема, которой нет в этом списке

Спасибо за помощь!

Вы не получите ответа. Если у вас есть вопросы, свяжитесь с нами.

Дата изменения:: 2020-07-07

Вырубка и деградация лесов | Угрозы

Обезлесение и деградация лесов

Верх
Обзор
Причины
Удары
Что делает Всемирный фонд дикой природы
Как вы можете помочь

Принять орангутана

Обзор

Причины

Лес на Суматре, Индонезия, полностью вырублен, чтобы освободить место для плантации пальмового масла.

Воздействия

Леса — это больше, чем просто набор деревьев и других растений. Это интегрированные экосистемы, в которых обитает одна из самых разнообразных форм жизни на Земле. Они также являются основными участниками круговорота углерода и воды, которые делают возможной жизнь. Когда леса теряются или деградируют, их уничтожение вызывает ряд изменений, влияющих на жизнь как на местном уровне, так и во всем мире.

Увеличение выбросов парниковых газов

Нарушение круговорота воды

Деревья играют ключевую роль в местном круговороте воды, помогая поддерживать баланс между водой на суше и водой в атмосфере. Но когда происходит вырубка или деградация лесов, это равновесие может быть нарушено, что приведет к изменению количества осадков и речного стока.

Повышенная эрозия почвы

Без деревьев, закрепляющих плодородную почву, может произойти эрозия и смыть землю в реки. Сельскохозяйственные растения, которые часто заменяют деревья, не могут удержаться на почве. Многие из этих растений, такие как кофе, хлопок, пальмовое масло, соя и пшеница, могут фактически усугубить эрозию почвы. Ученые подсчитали, что треть пахотных земель в мире была потеряна в результате эрозии почвы и других видов деградации с 1960 года. И по мере того, как плодородная почва вымывается, сельскохозяйственные производители продвигаются вперед, вырубая все больше лесов и продолжая цикл потери почвы.

Нарушенные средства к существованию

1,25 миллиарда человек во всем мире зависят от лесов как от жилья, средств к существованию, воды, топлива и продовольственной безопасности. А 750 миллионов человек (примерно пятая часть всего сельского населения) живут в лесах. Сюда входят 60 миллионов коренных жителей. Но вырубка лесов нарушает жизнь этих людей, иногда с разрушительными последствиями. В Большом Меконге в Юго-Восточной Азии, где системы землевладения слабы, вырубка лесов способствовала социальным конфликтам и миграции. В Бразилии бедняков заманивают из их деревень на отдаленные соевые плантации, где они могут подвергаться жестокому обращению и под дулом пистолета вынуждены работать в нечеловеческих условиях.

Затронутые виды и места

Амазонка
Амурский леопард
Амур-Хейлун
Азиатский слон
Бонобо
Борнео и Суматра
Шимпанзе
Бассейн Конго
Большая панда
Горилла
Большой Меконг
Мадагаскар
Орангутанг
Носорог
Южное Чили
Тигр
Древесный кенгуру
Янцзы

Что делает WWF

Чтобы остановить обезлесение, WWF использует несколько подходов, некоторые из которых описаны ниже. Чтобы воплотить каждый подход в жизнь, мы работаем с компаниями, сообществами, государственными лидерами, учеными и другими.

Сохранение на местах

Чтобы устранить один из основных факторов обезлесения — безответственное расширение сельскохозяйственных операций — WWF сосредоточил свои усилия на обеспечении выполнения агробизнесом, правительствами и другими сторонами своих обязательств по сохранению мировых лесов. Это сочетает в себе сильные стороны двух подходов, которые WWF использует для прекращения вырубки лесов. Одним из них является возможность через программы REDD+ взаимодействовать с правительствами. Во-вторых, это возможность через Лесной попечительский совет и другие рыночные схемы сертификации взаимодействовать с производителями сельскохозяйственной продукции.

Создание устойчивой инфраструктуры

Чтобы устранить связанные с инфраструктурой факторы обезлесения, мы стремимся повлиять на финансирование дорог, шахт и другой инфраструктуры в развивающихся странах, в основном за счет того, чтобы стоимость лесов учитывалась при принятии решений о том, где создать или расширить инфраструктуру.

Создание заповедных зон и надлежащее управление ими

Большинство заповедных зон (большинство из которых представляют собой парки, называемые «охраняемыми территориями») плохо финансируются. В результате они плохо управляются — проблема, которая часто приводит к вырубке лесов. Одним из способов решения этой проблемы является использование финансового подхода к сохранению, известного как проектное финансирование на постоянство (PFP). Благодаря этому подходу доноры из государственного и частного секторов вносят деньги для создания фонда, который будет поддерживать надлежащее управление охраняемыми территориями в регионе — часть средств также может быть использована для создания новых охраняемых территорий и расширения существующих, но большая часть финансирования предназначена для управления. Инициатива WWF «Земля для жизни» уже завершила два проекта PFP и намерена завершить еще несколько в ближайшие годы.

Продвижение устойчивой биоэнергетики

На протяжении тысячелетий люди использовали леса в качестве топлива, и сегодня 2,6 миллиарда человек все еще используют биомассу — в основном древесину и древесный уголь — для приготовления пищи. WWF работает над продвижением биоэнергии из древесных отходов, масел и жиров, сахарных и крахмальных культур, остатков и отходов и даже водорослей, чтобы уменьшить зависимость от лесов и сократить выбросы парниковых газов. Видение WWF заключается в том, что к 2050 году 100% мировой энергии будет поступать из устойчивых возобновляемых источников, включая биоэнергию.

Влияние на политику

Эффективная политика помогает остановить обезлесение. Вот почему WWF помогает таким странам, как Мьянма и Белиз, оценивать ценность их природных ресурсов и услуг, которые они предоставляют, таких как леса, которые поглощают углерод и обеспечивают среду обитания для находящихся под угрозой исчезновения диких животных. Лица, принимающие решения, используют оценки различными способами, в том числе для продвижения подхода «зеленой» экономики, при котором устойчивое использование природного капитала интегрируется в новые планы и политику страны в области экономики, сельского хозяйства, энергетики и т. д.

Эксперты

Керри Цезарео Старший вице-президент по лесам
Линда К. Уокер Старший директор, корпоративное взаимодействие, леса
Хосефина Бранья Варела Вице-президент и заместитель руководителя, Леса
Эми Смит Директор, Устойчивый натуральный каучук, Леса
Кристофер Хольц Вице-президент, Земля для жизни
Кейт Ньюман Вице-президент по устойчивой инфраструктуре и инициативам государственного сектора
Стефани Каппа Директор по вопросам политики и правительства
Кори Л. Нортон Вице-президент по законности цепочки поставок, Markets Institute
Пабло Пачеко Ведущий научный сотрудник Global Forests, Global Science

Как вы можете помочь

Компромиссы между временной стабильностью и уровнем предоставления услуг лесных экосистем в условиях изменения климата

Список журналов
Wiley-Blackwell Online Open
PMC6378588

Экологические применения

Экол. 2018 Октябрь; 28 (7): 1884–1896.

Опубликовано в Интернете 4 сентября 2018 г. doi: 10.1002/eap.1785

, ¹ , ¹ , ^1
, ² и ¹

Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензиях Отказ от ответственности

Дополнительные материалы

Заявление о доступности данных

Способность лесов непрерывно обеспечивать экосистемные услуги (ЭУ) находится под угрозой из-за быстрых изменений климата и режимов возмущений. Следовательно, эти изменения представляют собой серьезную проблему для лесоустроителей. Управление лесами часто фокусируется на максимизации уровня обеспечения ЭУ в течение длительного периода времени (т. е. периодов ротации более 100 лет). Однако временная стабильность также имеет решающее значение для многих ЭС, например, в контексте стабильного обеспечения ресурсами промышленности или защиты человеческой инфраструктуры от стихийных бедствий. Связь между временной стабильностью и уровнем обеспеченности ЭУ вызывает все больший интерес, особенно в связи с тем, что изменение климата и режимы возмущений усиливают временную изменчивость лесных экосистем. В этом имитационном исследовании мы исследовали, может ли управление лесным хозяйством одновременно достичь высокого уровня и временной стабильности обеспечения ES. В частности, мы количественно оценили (1) компромиссы между стабильностью ES и уровнем обеспечения ES и (2) влияние разнообразия древесных пород на стабильность ES. Моделируя широкий спектр будущих климатических сценариев и стратегий управления, мы обнаружили отрицательную связь между временной стабильностью и уровнем обеспечения ЭУ для производства древесины, круговорота углерода и защиты территории в ландшафте Австрийских Альп. Разнообразие древесных пород оказало преимущественно положительное влияние на устойчивость ЭС. Мы пришли к выводу, что попытки максимизировать уровень обеспечения ES могут увеличить его временную изменчивость и, таким образом, поставить под угрозу непрерывность поставки ES. Следовательно, соображения стабильности должны более четко учитываться при планировании управления лесным хозяйством в условиях все более изменчивых будущих условий.

Ключевые слова: биоразнообразие, изменение климата, экосистемные услуги, лесопользование, iLand, естественные нарушения, временная стабильность

Лесные экосистемы способствуют благополучию человека, предоставляя широкий спектр экосистемных услуг (ЭУ). Эти услуги варьируются от предоставления изделий из дерева и питьевой воды до регулирующих услуг (например, защита от наводнений, регулирование климата), культурных услуг (например, отдых, духовные услуги) и вспомогательных услуг (де Гроот и др., 2002 г., MEA, 2005 г.). Лесные экосистемы также обладают высоким уровнем биоразнообразия, которое, помимо своей внутренней ценности, имеет решающее значение для функционирования и устойчивости экосистемы (Thompson et al. 2009).).

Текущие изменения климата и режимов возмущений вызывают обеспокоенность относительно будущей способности лесов обеспечивать общество ЭУ. Многие прогнозы на ближайшие десятилетия и столетия предполагают негативное воздействие на предоставление экосистемных услуг (Брешеарс и др., 2011 г., Элкин и др., 2013 г., Линднер и др., 2014 г.). Следовательно, эти изменения вносят значительную неопределенность в управление экосистемными услугами (MEA 2005). Леса, характеризующиеся долгоживущими деревьями с большой экологической амплитудой, очень медленно реагируют на преходящие изменения в климатической системе (Том и др., 2017a), что может способствовать стабильности предоставления услуг лесных экосистем в краткосрочной перспективе. Однако такие процессы, как нарушение (т. е. большие импульсы гибели деревьев от таких факторов, как ураганы и нашествия насекомых), также могут быстро изменить лесные экосистемы (Lucier et al. 2009).), с немедленными и серьезными последствиями для экосистемных услуг (Breshears et al. 2011). Ожидается, что при изменении климата нарушения лесов усилятся (Schelhaas et al. 2003, Seidl et al. 2017) и окажут преимущественно негативное воздействие на предоставление экосистемных услуг (Thom and Seidl 2016).

Управление лесным хозяйством имеет давнюю традицию борьбы с неопределенностью, которая проистекает из обширных временных горизонтов, присущих лесному хозяйству (von Detten and Hanewinkel 2017). Однако исторически условия окружающей среды считались стабильными, без учета изменений окружающей среды. Кроме того, сосредоточение внимания на максимизации одной экосистемной услуги (обычно производства древесины) значительно упростило традиционное планирование лесопользования. Сегодня становится все более важным принимать во внимание неопределенности, вызванные изменениями климата и режимами возмущений, чтобы гарантировать поставку ЭУ, а также одновременно учитывать ряд многочисленных экосистемных услуг (Миллар и др., 2007 г., Даниэль и др.). 2017).

Учет возможных будущих изменений в услугах лесных экосистем является сложной задачей из-за множественного одновременного воздействия лесов на благополучие человека. Одним из примеров является вопрос о том, как леса могут наилучшим образом способствовать регулированию климата и смягчению его последствий. С одной стороны, увеличение секвестрации и хранения углерода (C) в лесах за счет увеличения площади лесов и объема растительного покрова смягчает антропогенное изменение климата (Канаделл и Раупах, 2008 г., Васс и Элофссон, 2016 г.). С другой стороны, увеличение использования возобновляемых ресурсов и замена ископаемых ресурсов имеет преимущества для климатической системы, но требует увеличения сбора лесной биомассы (Lundmark et al. 2014), что, в свою очередь, сокращает накопление углерода на месте. Таким образом, при оценке влияния будущих траекторий развития лесов на экосистемные услуги важно учитывать изменения как переменных состояния (запасов), так и обменных курсов экосистемы с окружающей ее средой (потоки).

Учитывая неопределенность в отношении будущих условий окружающей среды, основной задачей управления лесным хозяйством является содействие траекториям развития лесов, которые обеспечивают высокий уровень обеспечения ЭУ в самых разных будущих условиях. Соображения по планированию обычно охватывают один или несколько периодов ротации (т. е. от нескольких десятилетий до столетий) и, таким образом, касаются долгосрочного обеспечения ES. Однако для многих экосистемных услуг временная непрерывность так же важна, как и уровень обеспечения в течение продолжительного периода планирования. Например, защита почвы от эрозии должна поддерживаться постоянно, поскольку единичный сильный дождь, затрагивающий временно незарыбленную почву, может привести к значительным потерям почвы, которые можно восстановить только в течение столетий или тысячелетий (Shakesby et al. 19).93). Естественные нарушения представляют собой серьезную проблему в этом отношении, поскольку они могут отчетливо изменить способность леса обеспечивать ЭУ в течение короткого периода времени (от нескольких часов до нескольких лет). Следовательно, устранение нарушений является ключевым вопросом в управлении экосистемами для услуг, где временная стабильность имеет большое значение (Доррен и др., 2004 г., Ваккиано и др., 2015 г.).

Таким образом, временная стабильность обеспечения ES является важной областью исследований. В контексте всестороннего рассмотрения неопределенностей в оценках экосистемных услуг (Runting et al. 2017) представляет интерес возможность разработки стратегий управления, которые одновременно обеспечивают высокую стабильность и высокий уровень предоставления экосистемных услуг. Хотя во многих недавних исследованиях изучалась роль управления лесным хозяйством в обеспечении множества экосистемных услуг в условиях изменения климата, а также поиск компромиссов между отдельными услугами (Темперли и др., 2012 г., Кройцбург и др., 2017 г., Ираушек и др., 2017 г., Mina et al. 2017, Pohjanmies et al. 2017), вопрос о том, достигается ли стабильность предоставления экосистемных услуг за счет уровня предоставления услуг, насколько нам известно, еще не исследовался.

Здесь мы использовали имитационное моделирование в ландшафтном масштабе, чтобы исследовать взаимосвязь между временной стабильностью и уровнем предоставления экосистемных услуг в широком диапазоне возможных будущих траекторий развития леса. В частности, мы изучили взаимосвязь уровня стабильности ЭС для трех экосистемных услуг (производство древесины, круговорот углерода и защита территории) в соответствии с четырьмя альтернативными стратегиями управления и шестью будущими сценариями изменения климата и нарушений в течение 200 лет. Основываясь на предыдущих исследованиях, мы ожидали, что подходы к управлению, обеспечивающие высокие уровни определенных экосистемных услуг (например, высокое производство древесины в монокультурах продуктивных хвойных деревьев), будут менее стабильными в будущих условиях окружающей среды (Темперли и др., 2012 г., Фелтон и др., 2016 г.) . Таким образом, мы предположили, что существует значительный компромисс между стабильностью и предоставлением экосистемных услуг, и что повышенный уровень обеспечения ЭУ одновременно приводит к снижению стабильности предоставления ЭУ. Основная цель этого вклада заключалась в проверке и количественной оценке этого компромисса для широкого спектра различных ES.

Для дальнейшего выяснения стабильности ЭУ мы впоследствии исследовали роль биоразнообразия в стабилизации предоставления экосистемных услуг. В предыдущих исследованиях ЭУ большое внимание уделялось количественной оценке влияния биоразнообразия на обеспечение ЭУ. Это исследование показало, что биоразнообразие может способствовать экологической стабильности и, следовательно, стабильности обеспечения ЭУ, например, путем смягчения воздействия изменения климата и нарушений на функционирование экосистемы (Тилман и др., 2006 г., Исбелл и др., 2009 г.)., Томпсон и др. 2009 г., Мори и соавт. 2013, Харрисон и др. 2014, Морин и др. 2014 г., Сильва Педро и соавт. 2015). Однако недавние результаты также подчеркивают, что местный контекст и рассматриваемые услуги сильно модулируют взаимосвязь между биоразнообразием и функциями экосистемы (Ratcliffe et al. 2017). Следовательно, мы проверили гипотезу об общем положительном влиянии биоразнообразия на временную устойчивость ЭС и задались вопросом, одинаково ли влияние биоразнообразия на стабильность для ряда экосистемных услуг.

Учебный ландшафт

Учебный ландшафт Вайсенбахталь расположен в северной части Австрийских Альп (47,78 ° с. Диапазон высот простирается от 500 до 1400 м над уровнем моря. Климат сильно зависит от топографических градиентов в пределах ландшафта, при этом температура снижается с высотой (от 9,6 ° до 5,5 ° C по градиенту высоты при среднем ландшафте 7,5 ° C), а количество осадков увеличивается с высотой (диапазон осадков 1 207–2 071 мм). со средним по ландшафту 1503 мм годового количества осадков). Субстрат известняковый с преобладанием неглубоких хромовых камбисолей и рендзических лептосолей (Мэттьюз и др., 2017). Район находится под управлением австрийских федеральных лесов, которые в настоящее время управляют ландшафтом, уделяя особое внимание производству древесины и защите территории (рис. ). Потенциальная естественная растительность состоит из ели европейской ( Picea abies (L.) Karst.), бук европейский ( Fagus sylvatica L.) и пихта ( Abies alba Mill.), при этом преобладание бука уменьшается, а доминирование ели увеличивается с высотой (Kilian et al. 1994). Нынешняя растительность характеризуется сильным преобладанием ели (рис. ), что является результатом прошлого управления, ориентированного на производство топливной древесины для близлежащей соляной шахты.

Открыть в отдельном окне

Основные задачи управления при текущем управлении (верхняя часть) и текущая доля ели европейской (нижняя часть) в исследовательском ландшафте Вайсенбахталь, Австрия.

Имитационная модель

Мы применили модель iLand, основанную на индивидуальных лесных ландшафтах и нарушениях (Seidl et al. 2012a), чтобы исследовать влияние различных стратегий управления и сценариев изменения климата на предоставление экосистемных услуг. iLand моделирует процессы на нескольких динамически взаимодействующих иерархических уровнях (например, отдельное дерево, насаждение, ландшафт), фиксируя взаимодействие между лесной растительностью, факторами окружающей среды, нарушениями и управлением лесами. Подробное описание iLand можно найти у Seidl et al. (2012a, b) и Thom et al. (2017б). Здесь мы сосредоточимся на описании компонентов модели, имеющих особое значение в контексте текущих целей исследования. Документация по технической модели, а также исполняемый и исходный код iLand доступен онлайн . ¹

Рост деревьев моделируется на основе обобщенных физиологических принципов, моделирующих первичную продуктивность с помощью подхода с малой эффективностью использования (Landsberg and Waring 1997). Распределение C по частям дерева основано на аллометрических соотношениях и динамически адаптируется к абиотической и биотической среде отдельного дерева. Скорости оборота для конкретных компартментов используются для расчета входа углерода в четыре детритных пула, для которых модуль разложения рассчитывает хранение и высвобождение углерода из экосистемы (Seidl et al. 2012b). Водный баланс, основанный на технологических процессах, рассчитывается на дневном временном шаге, что позволяет моделировать захват пологом и эвапотранспирацию воды, а также снежный покров и сток воды.

Модули возмущения на основе процессов для ветрокрылов и короедов (в частности, Ips typographus L. , Coleoptera: Curculionidae), двух наиболее важных агентов беспокойства в Австрии (Thom et al. 2013), использовались для представления режима естественного возмущения. в моделировании (Зайдл и др., 2014a, Зайдл и Раммер, 2017). Возмущения были смоделированы в динамическом и пространственном явном виде с учетом восприимчивости конкретных агентов (таких как структура леса и краевые эффекты для ветра, доступность и защита деревьев-хозяев для короедов), а также климатических условий (пиковые скорости ветра, температуры, влияющие на развитие жуков). ). Динамика и распространение популяции короеда моделировались в явном виде в пространстве и времени.

Для изучения влияния управления на предоставление и стабильность экосистемных услуг мы использовали агентную модель управления лесами ABE (Rammer and Seidl 2015), которая полностью интегрирована в среду моделирования iLand. Основываясь на заранее определенных целях (например, устойчивых уровнях лесозаготовок), ограничениях для управления (например, максимальных размерах вырубленных участков) и информации о лесоводческих системах (например, режимах ухода и прореживания), ABE автономно планирует и осуществляет операции по управлению лесами для каждого стенд моделируемого ландшафта. Кроме того, ABE динамически отслеживает изменения в окружающей среде, такие как нарушения или изменения в росте деревьев, и соответствующим образом адаптирует управление лесным хозяйством (например, путем снижения регулярных норм вырубки, чтобы смягчить воздействие нарушений), чтобы обеспечить общий устойчивый уровень лесозаготовок. встречается.

iLand был успешно применен и оценен для лесных ландшафтов умеренного пояса в Северной Америке (Seidl et al. 2012a, b, 2014b) и Европе (Seidl et al. 2014a, Thom et al. 2017c, L. Dobor, T. Hlásny , В. Раммер, И. Барка, Й. Тромбик, П. Павленда, В. Шебен, П. Штепанек, Р. Зайдл, неопубликованная рукопись ). Для изученного ландшафта Вайсенбахталь здесь мы протестировали модель на основе независимых данных о росте и продуктивности деревьев и оценили способность iLand воспроизводить потенциальное естественное распределение растительности по ландшафту (Приложение S1: Раздел S2.1). Результаты этих испытаний показали, что iLand вполне может воспроизвести ожидаемую динамику леса в Вайсенбахтале. Кроме того, реализация стратегий управления (Приложение S1, Раздел 1.4) была тщательно протестирована с упором на способность ABE достигать поставленных целей управления (подробности см. в Приложении S1: Раздел S2.1.3). Кроме того, мы сравнили смоделированный цикл углерода и воды с независимыми справочными данными для региона (Приложение S1, разделы S2.2 и S2.3).

Исходные условия и климатические сценарии

Мы использовали текущие планы управления, а также данные инвентаризации леса и воздушное лазерное сканирование (горизонтальное разрешение ≤1 м) для определения насаждений (например, запаса древостоя, доли видов, горизонтальной структуры) и характеристик деревьев ( например, диаметр на уровне груди, высота дерева) текущей растительности. При моделировании учитывались данные о почве и климате с горизонтальным разрешением 100 × 100 м. Связанные с почвой исходные данные для моделирования (эффективная глубина почвы, содержание песка, ила и глины, доступный для растений азот и исходный запас углерода в почве) были получены из системы классификации участков австрийских федеральных лесов (Weinfurter 2004) в сочетании с количественные данные почвенного профиля из Австрийского исследования лесных почв (Seidl et al. 2009).).

Для изучения широкого спектра возможных будущих условий окружающей среды было проанализировано в общей сложности шесть климатических сценариев, объединяющих три климатические траектории, полученные на основе климатических моделей, с двумя будущими сценариями пиковой скорости ветра. Три сценария изменения климата были основаны на различных комбинациях моделей глобальной и региональной циркуляции при воздействии A1B, а именно CNRM-RM4.5, управляемой ARPEGE (Radu et al. 2008), MPI-REMO (Jacob 2001) и ICTP-RegCM3. оба управляются ECHAM5 (Пал и др., 2007). Предыдущие анализы показали, что изменения температуры и осадков, возникающие в результате сюжетной линии сценария A1B, находятся между теми, которые ожидаются для RCP4.5 и RCP6.0 для нашего района исследования (Thom et al. 2017a). Что касается среднегодовой температуры, то три сценария прогнозируют ее повышение на +3,2°–+3,3°C в период 2080–2100 гг. по сравнению с климатом 1950–2000. За тот же базовый период годовая сумма осадков изменяется от −84 до +160 мм в изученных климатических сценариях. Предполагалось, что климат стабилизируется на уровне 2080–2100 гг. для лет, смоделированных после 2100 г. Данные климатического сценария были статистически уменьшены с использованием климатических наблюдений, предоставленных Центральным институтом метеорологии и геодинамики Вены (см. Thom et al. 2017b). Чтобы устранить значительные остающиеся неопределенности в отношении местного будущего климата ветра (Линднер и др., 2014), мы изучили два сценария ветра для каждой из трех траекторий климата, полученных с помощью модели. Первый сценарий был основан на исторических данных о ветре, предполагая, что будущие пиковые скорости ветра и интервалы повторения напоминают таковые в недавнем прошлом. Второй сценарий основан на недавних выводах, указывающих на то, что в будущем пиковая скорость ветра может умеренно увеличиться в Центральной Европе (Рокель и Уот, 2007 г.), при условии увеличения пиковой скорости ветра на 10% при всех ветровых явлениях. Подробное описание сценариев и процессов возмущения можно найти в Seidl et al. (2018а).

Стратегии управления

Мы исследовали четыре альтернативные стратегии управления, охватывающие широкий спектр потенциальных путей лесоводства в будущем (таблица). Две стратегии были получены в результате процесса с заинтересованными сторонами, в котором участвовали как нынешние управляющие ландшафтом (федеральные леса Австрии, стратегия BAU), так и местные органы управления лесным хозяйством, которым поручено контролировать управление лесами в этом районе (Лесная служба Верхней Австрии, стратегия AM1). Стратегия BAU представляет собой обычное управление текущим бизнесом с упором на такие породы деревьев, как ель европейская и лиственница европейская ( Larix decidua L.), с примесью бука европейского. Периоды ротации составляли от 120 до 140 лет (увеличение с высотой), и в первой половине периода ротации проводились от одного до двух прореживания. Напротив, стратегия AM1 также включает пихту и сосну обыкновенную ( Pinus sylvestris L.) в качестве важных целевых пород деревьев. Возраст ротации был снижен до 120 лет также в высокогорных насаждениях, и во всех насаждениях было проведено по два рубки ухода. Таким образом, стратегия AM1 отражает частые рекомендации по сокращению периодов ротации и увеличению частоты прореживания, чтобы адаптировать управление лесами к изменению климата (Seidl et al. 2011, Loisel 2014).

Table 1

Overview of the four management strategies simulated

Management strategy	Description	Primary aim	Target tree species
HIST	historical management	maximum timber yield	Picea abies
BAU	текущее управление местными лесниками	устойчивое производство древесины и защита территории	Picea abies , Larix decidua , Fagus sylvatica
AM1	рекомендации местного управления лесного хозяйства	защита участка и устойчивое производство древесины, адаптация к изменению климата	Picea abies , Larix decidua , Fagus sylvatica , Abies alba , Pinus sylvestris
AM2	на основе будущей потенциальной естественной растительности	обеспечение множества услуг лесных экосистем в условиях изменения климата	Picea abies , Fagus sylvatica , Abies alba , Pinus sylvestris , Quercus robur , Quercus petraea

Открыть в отдельном окне

В дополнение к этим двум стратегиям, разработанным совместно с заинтересованными сторонами, были разработаны две стратегии брекетинга (HIST и AM2), представляющие альтернативные варианты ведения. Стратегия HIST основана на историческом управлении максимальной урожайностью, и единственной целевой породой деревьев является европейская ель. В то время как ель была единственным видом, который активно сажали и отдавали предпочтение прореживанию, мы также позволили другим видам естественным образом регенерировать в соответствии со стратегией HIST. Периоды ротации и режимы ухода были такими же, как и для стратегии BAU. С другой стороны, стратегия AM2 представляет собой активную адаптацию видового состава деревьев к будущим климатическим условиям на основе будущей потенциальной естественной растительности. Чтобы получить количественную оценку последнего, мы провели неуправляемое моделирование iLand на голой земле в течение 1500 лет в условиях изменения климата, прогнозируемых на период 2080–209 гг.9. Полученный таким образом состав целевых древесных пород стратегии AM2 состоял из разнообразного набора древесных пород, включая виды, продвигаемые в других стратегиях (ель, пихта, бук, сосна), а также адаптированные к теплу местные виды деревьев, такие как дубы ( Quercus petraea Matt. , Quercus robur L.). Периоды ротации и режимы прореживания при АМ2 соответствовали стратегии АМ1.

Все стратегии были реализованы в моделировании на уровне насаждений (средний размер насаждений 3,4 га, всего 1678 насаждений на ландшафте) с использованием программ ухода за насаждениями (STP), которые предписывают доли целевых пород и лесоводственные обработки с учетом условия участка и высота каждого стенда (подробности см. в Приложении S1: Раздел S1.4). Это привело к значительным внутриландшафтным различиям в управлении даже в рамках стратегии управления (см. рис. S26). Планирование лечения в моделировании динамически выполнялось ABE. В соответствии с австрийским законом о лесах (Anonymous 2017) нарушенные участки были вырублены при всех стратегиях управления, чтобы смягчить распространение короедов на соседние насаждения. В общей сложности было смоделировано 24 уникальных комбинации стратегий управления (четыре) и климатических сценариев (шесть), начиная с текущих лесных условий. Чтобы учесть стохастичность в моделировании (например, в отношении начального местоположения очагов беспокойства короедов), мы смоделировали 20 повторов каждой комбинации климатического сценария и стратегии управления (см. Приложение S1: Таблица S4 для анализ дисперсии среди повторов), в результате чего было проведено в общей сложности 480 прогонов модели. Каждое моделирование проводилось в течение 200 лет.

Временная стабильность и уровень предоставления экосистемных услуг

Мы сосредоточили наш анализ на трех экосистемных услугах, которые имеют большое значение как на местном, так и на глобальном уровне, а именно: производство древесины, круговорот углерода и защита территории. Для каждой ЭУ были исследованы показатели стока и стока с целью комплексной оценки уровня и устойчивости обеспеченности ЭУ в условиях изменения климата и режимов возмущений. Производство древесины в настоящее время является основной целью австрийских федеральных лесов в управлении ландшафтом. Ожидается, что он останется весьма актуальным и в будущем, чтобы обеспечить общество возобновляемыми ресурсами из местных источников. Мы выбрали объем древесины на корню (м ³ /га) и годовой объем урожая (м ³ ·га ⁻¹ ·год ⁻¹ , включая как запланированный урожай, так и спасательный урожай после нарушений) в качестве индикаторов запаса и потока соответственно.

В последние годы все большее внимание уделяется роли лесных экосистем в круговороте углерода и смягчении последствий изменения климата за счет секвестрации и хранения углерода (Fahey et al. 2010, Thom et al. 2017b). Поэтому мы выбрали два показателя, определяющих круговорот углерода в лесах: общий углерод экосистемы (TEC, т. е. сумма пулов углерода всех экосистем, смоделированных в модели, включая углерод в стволах, ветвях, листве, грубых и тонких корнях, регенерации, корягах, поваленных древесных растениях). отбросов, а также в подстилке и органическом веществе почвы, в Мг С/га) и чистой продуктивности экосистемы (NEP, т. е. ежегодное поглощение или выделение С лесным ландшафтом, в Мг С·га ⁻¹ ·год ⁻¹ ). Положительный NEP означает чистое поглощение углерода из атмосферы и, таким образом, смягчающее воздействие на изменение климата.

Защита участка от эрозии почвы в результате проливных дождей и сил гравитации имеет особое значение в нашем изучаемом ландшафте, учитывая его крутой горный рельеф и неглубокие почвы (Reger et al. 2015). Поскольку защита участка тесно связана с наличием густого лесного покрова (Боррелли и др., 2017 г.), мы выбрали индекс площади листьев (LAI, в м ² /m ² ) в качестве индикатора состояния для защиты объекта. Кроме того, поскольку вода является основной движущей силой эрозии, мы использовали годовой сток воды (т. е. избыток воды, который не может накапливаться в почве или поглощаться растениями в течение года, в мм/год) в качестве индикатора стока для защиты участка от эрозии. . На высокий уровень защищенности участка указывает высокая водоудерживающая способность экосистемы и, следовательно, низкие значения стока. Все индикаторы были получены непосредственно из динамического моделирования с помощью iLand.

Чтобы проверить нашу первую гипотезу об отрицательной связи между временной стабильностью и долгосрочным уровнем обеспечения ES, эти два измерения были рассчитаны для каждого индикатора и каждого отдельного прогона моделирования. Здесь важно отметить, что как уровень обеспечения ES, так и его временная стабильность являются эмерджентными свойствами нашего моделирования на основе процессов на уровне отдельных деревьев, отражая сложное взаимодействие между климатом (изменением), почвой, управлением и природными факторами. нарушение. Уровень обеспечения ES был выражен как среднее значение за 200-летний период моделирования. Временная стабильность рассчитывалась как единица, деленная на 5-9.Диапазон 5-го процентиля годовых оценок ES за весь период моделирования (рис. , формула (1))

Временная стабильность=1(95-й процентиль − 5-й процентиль)

(1)

Открыть в отдельном окне

Иллюстрация получения временной стабильности и уровня предоставления экосистемных услуг из смоделированных траекторий индикаторов экосистемных услуг (здесь показано в качестве примера для индикаторной заготовки древесины). Черная линия указывает на один прогон моделирования, для которого сплошная красная линия указывает на долгосрочный уровень предоставления экосистемных услуг, рассчитанный здесь как медиана временного ряда. Пунктирные красные линии обозначают 5-й и 9-й5-й процентиль временной вариации с обратной величиной, используемой здесь для обозначения временной стабильности предоставления экосистемных услуг. Серые линии обозначают огибающую 479 дополнительных смоделированных траекторий соответствующего индикатора, представляющих различные климатические сценарии, стратегии управления и повторения.

Для проверки взаимосвязи между стабильностью ES и уровнем подготовки была рассчитана линейная регрессия для всех прогонов моделирования ( n = 480) индивидуально для каждого показателя ЭУ. Если имел место значительный компромисс между стабильностью и уровнем обеспечения ES, мы ожидали, что наклон регрессии будет значительно отличаться от нуля. Силу связи оценивали с помощью коэффициента детерминации ( R ² ). Чтобы ответить на вопрос о том, как разнообразие влияет на стабильность ЭС, мы рассчитали экспоненциальный индекс Шеннона (Jost 2006) древесных пород в ландшафте на основе долей базальной площади. Этот индекс представляет собой эффективное количество видов деревьев, присутствующих в ландшафте, и учитывает как видовое богатство, так и равномерность. Впоследствии коэффициент корреляции Пирсона был использован для анализа взаимосвязи между разнообразием и стабильностью ЭС. Проект R для статистических вычислений (R Core Team 2017) использовался для подготовки данных моделирования и всех анализов.

Влияние альтернативных стратегий управления на уровень предоставления экосистемных услуг

Уровень предоставления экосистемных услуг существенно различался между стратегиями управления. Стратегия HIST, ориентированная на ель, позволила получить наибольшее количество древесины. Этот вывод был последовательным как для индикатора потока (уровень заготовки), так и для индикатора запаса (объем древесины на корню), используемых для характеристики производства древесины (таблица ). Стратегия BAU поддерживала такие же запасы древесины, как и HIST, но имела более низкие уровни заготовки. Стратегии AM1 и AM2, ориентированные на широколиственные леса, имели более низкие запасы древесины и уровни вырубки за 200-летний период моделирования по сравнению со стратегиями управления BAU и HIST, ориентированными на ель. Однако стратегии, ориентированные на широколиственные растения, также значительно меньше подвергались воздействию ветров и короедов (Приложение S1: рис. S18). Следовательно, вклад спасательного вылова в общий уровень вылова (Приложение S1: рис. S19) был значительно ниже при AM1 (11,4%) и AM2 (9,1%) по сравнению с HIST и BAU (28,1% и 22,0% соответственно).

Table 2

Level of ecosystem service provisioning under alternative forest management strategies

Management strategy	Timber production		Carbon cycling		Site protection
Management strategy	Harvest level (m ³ ·ha ⁻¹ ·год ⁻¹ )	Запас древесины (м ³ /га)	ЧЭП (Мг C·га ⁻¹ ·год ⁻¹ )	ТЕС (Мг C/га)	Водный сток (мм/год)

LAI4 (м 2 2 443 ) /m ² )

HIST	5. 54 (4.76–6.16)	270.5 (244.9–334.8)	0.331 (0.053–0.739)	318.2 (292.3–342.1)	900.2 ( 883,6–1003,8)	3,58 (3,35–3,89)
БАУ	5,34 (4,52–5,99)	260.9 (243.0–321.6)	0.254 (−0.020–0.617)	316.3 (291.6–338.7)	898.7 (884.4–1000.8)	3.50 (3.36–3.85)
AM1	4.80 (4.25 –5.47)	225. 8 (211.3–267.7)	0.320 (0.030–0.689)	308.9 (282.8–324.7)	902.9 (896.3–1000.8)	3.43 (3.33–3.82)
AM2	4,67 (4,00–5,25)	219,4 (202,8–259,3)	0,327 (0,083–0,774)	311,2 (289,8–332,4)	903,1 (898,8–1001,4)	3,60 (3,50–4,04)

. для каждой стратегии с диапазоном 5-го и 95-го процентиля по сценариям и повторениями в скобках. NEP, чистая продуктивность экосистемы; TEC, общий запас углерода в экосистеме; LAI, индекс площади листа.

Воздействие управления на круговорот углерода в значительной степени совпадало с тем, которое наблюдалось при производстве древесины. HIST и BAU имели самый высокий уровень общего хранения углерода в экосистеме (TEC). В соответствии со стратегией AM1, TEC был между 9.3 и 7,4 Мг C/га ниже, чем при HIST и BAU, и на 2,3 Мг C/га ниже, чем при AM2. Поглощение C (т. е. чистая продуктивность экосистемы) было самым высоким при HIST. NEP под управлением BAU был значительно ниже (-0,077 Мг C·га 90 442 -1 90 443 · год 90 442 -1 90 443 по сравнению с HIST), в то время как между другими стратегиями не было больших различий.

Обеспечение защиты участка от эрозии почвы было особенно чувствительно к основному климатическому сценарию. Учитывая, что абсолютный уровень годового количества осадков в нашем исследуемом регионе значительно превышает потенциальную эвапотранспирацию полностью покрытого лесом ландшафта, объем водного стока в основном определяется различиями в уровне осадков, характерными для конкретных сценариев, с лишь небольшим влиянием управления. Сток был лишь немного ниже (то есть, что указывает на лучшую эффективность в отношении защиты участка) при стратегиях BAU и HIST с преобладанием ели по сравнению со стратегиями AM1 и AM2, ориентированными на широколиственные растения. Второй показатель, исследованный в качестве косвенного показателя защиты участка, LAI, не выявил функционально значимых различий между стратегиями (разницы между 0,17 и 0,02 м 9 ).0442 2 /м ² ). По обоим показателям уровень защиты сайта не пострадал от руководства.

Временная стабильность экосистемных услуг и ее связь с уровнем предоставления услуг

Изменение климата и наследие нарушений оказали отчетливое влияние на временную стабильность обеспечения ландшафта ЭУ. Климатические изменения привели к высокочастотным временным колебаниям и особенно повлияли на переменные стока. Как поглощение C, так и сток воды сильно зависели от климатических условий данного года и, таким образом, демонстрировали высокие межгодовые колебания (Приложение S1: рис. S21, S22). Наследие прошлых нарушений, с другой стороны, главным образом повлияло на переменные запасов и привело к низкочастотным многодесятилетним колебаниям траекторий предоставления услуг. Здесь особенно обращают на себя внимание неравномерное распределение лесов по возрасту и плотность посадки в нашем ландшафте в начале изучаемого периода (Приложение S1: рис. S1, S2). Первоначальная доля больших площадей относительно молодых лесов (которые являются наследием недавних нарушений, вызванных ветром и короедом) привела к пиковым значениям запасов древесины и углерода, а также LAI в середине 200-летнего периода моделирования, при этом пик LAI был достигнут до появления древесины. объем и запасы C (Приложение S1: рис. S25, S23, S24). Таким образом, временная стабильность обеспечения ЭУ представляет собой совокупный эффект быстрых (изменчивость климата) и медленных (развитие насаждений) факторов.

На временную стабильность обеспечения ЭУ явно повлияло управление лесами. Что касается производства древесины, временные колебания обоих показателей были ниже в стратегиях AM1 и AM2, богатых древесными породами, по сравнению со стратегиями с преобладанием ели, что указывает на более высокую стабильность стратегий адаптивного управления (таблица). Значительно более низкая восприимчивость этих стратегий к возмущениям (Приложение S1: рис. S18) является важным фактором, способствующим их более высокой временной стабильности. Точно так же AM2 имел самую высокую временную стабильность в поглощении C, а AM1 — в хранении C. Что касается защиты сайта, BAU и AM1 были наиболее стабильными во времени. Водный сток лучше всего работал под управлением BAU.

Table 3

Temporal stability of ecosystem service provisioning under alternative management strategies

Management strategy	Timber production		Carbon cycling		Site protection
Management strategy	Harvest level (m ³ ·ha ⁻¹ ·год ⁻¹ )	Запас древесины (м ³ /га)	ЧЭП (Мг C·га ⁻¹ ·год ⁻¹ )	TEC (TEC)	Water runoff (mm/yr)	LAI (m ² /m ² )
HIST	0. 095 (0.076–0.111)	0.00560 (0.00418–0.00668)	0.120 ( 0.088–0.150)	0.00933 (0.00785–0.01199)	0.00148 (0.00118–0.00150)	0.396 (0.344–0.446)
BAU	0.100 (0.084–0.122)	0.00582 (0.00421–0.00691)	0,126 (0,091–0,157)	0,00872 (0,00734–0,01112)	0.00149 (0.00118–0.00151)	0.449 (0.399–0.487)
AM1	0.111 (0. 095–0.132)	0.00724 (0.00483–0.00933)	0.128 (0.093–0.163)	0.01000 (0.00769 –0.01305)	0.00145 (0.00117–0.00148)	0.465 (0.390–0.509)
AM2	0.116 (0.099–0.137)	0.00802 (0.00504–0.01055)	0.132 (0.096–0.166)	0,00994 (0,00748–0,01272)	0,00145 (0,00117–0,00147)	0,435 (0,357–0,474)

Открыто в отдельном окне

. по сценариям и повторяется в скобках (см. рис. и уравнение (1) для расчета показателя стабильности). NEP, чистая продуктивность экосистемы; TEC, общий запас углерода в экосистеме; LAI, индекс площади листа.

Для всех экосистемных услуг мы обнаружили отрицательную связь между временной стабильностью и долгосрочным уровнем обеспечения ЭУ во всех изученных стратегиях управления и климатических сценариях (рис. ). Как правило, отношения были более отрицательными для индикаторов запасов, чем для индикаторов потока. Однако сила компромисса сильно различалась между экосистемными услугами и отдельными показателями. Период наблюдения также повлиял на силу взаимосвязи между стабильностью и уровнем обеспечения ES (Приложение S1: Таблица S5). Для производства древесины как индикаторы потока, так и запаса показали четкую отрицательную связь между стабильностью ЭУ и уровнем ЭУ (9).0018 P < 0,001, R ² = 0,375/0,571, рис. а, г). Повышение уровня лесозаготовок на 5 % по сравнению со средним уровнем лесозаготовок по всем сценариям (т. е. увеличение на 0,25 м ³ · га ⁻¹ ·год ⁻¹ ) снизило временную стабильность лесозаготовок на 10,2 %. . Эффект был еще сильнее для запасов древесины, где увеличение на 5% по отношению к медиане соответствовало снижению стабильности на 11,8%. В целом, стратегии HIST и BAU, ориентированные на ель, имели более высокий уровень обеспечения, но более низкую стабильность по обоим показателям производства древесины по сравнению со стратегиями управления, ориентированными на лиственные породы.

Открыть в отдельном окне

Взаимосвязь между временной стабильностью и уровнем обеспеченности экосистемными услугами (ЭУ). Индикаторы стока показаны в верхнем ряду и представляют собой (а) производство древесины по сравнению с уровнем заготовки, (б) круговорот углерода по сравнению с чистой продуктивностью экосистемы и (в) защита территории по сравнению со стоком воды (обратите внимание на перевернутые и ‐ оси), в то время как индикаторы запасов приведены в нижнем ряду и представляют собой (d) производство древесины по сравнению с объемом древесины на корню, (e) круговорот углерода по сравнению с общим запасом углерода в экосистеме и (f) защита участка по сравнению с индексом площади листвы. Черные линии обозначают линию регрессии, пунктирные линии — интервалы прогнозирования. Цвета обозначают среднюю долю ели в каждом прогоне, полученную в результате динамического моделирования альтернативных методов управления при различных климатических сценариях. Три отдельных кластера, показанные на панели с, являются результатом трех изученных климатических сценариев.

Временная стабильность также отрицательно ассоциировалась с долгосрочным резервированием индикаторов цикла C. Общий запас углерода экосистемы (рис. д) показал сильную отрицательную связь между обеспечением ЭУ и стабильностью ( P < 0,001, R ² = 0,674), при этом увеличение запасов углерода на 5% приводит к снижению временной стабильности на 17,9%. С другой стороны, для поглощения C связь между временной стабильностью и обеспечением ES была слабой и статистически не значимой (9).0018 Р = 0,367, Р ² = 0,002).

Для защиты объекта стабильность и уровень обеспечения ES также имели отрицательную связь с более сильным влиянием на запас по сравнению с индикатором потока. Сток воды (рис. c) показал достоверную зависимость ( P < 0,001, R ² = 0,18), при этом увеличение среднего уровня обеспечения ES на 5 % связано со снижением стабильности ES на 23,0 %. Было ярко выражено влияние трех климатических сценариев с разным уровнем осадков, в результате чего результаты моделирования были разделены на три отдельные группы. Климатический сценарий с наибольшей изменчивостью осадков (ARPEGE, см. Приложение S1: рис. S6) также имел наименьшую устойчивость ЭС. Индикатор запаса LAI (рис. е) был менее чувствителен, чем сток, при этом увеличение обеспеченности ЭУ на 5 % сопровождалось снижением устойчивости ЭУ на 13,5 % ( P < 0,001, R ² = 0,486). В то время как взаимосвязь между стабильностью и обеспечением ES была сильнее для LAI по сравнению со стоком, относительный размер эффекта был выше для стока.

Влияние разнообразия древесных пород на временную стабильность экосистемных услуг

Разнообразие древесных пород положительно связано с временной стабильностью для всех исследованных показателей запасов (т. е. объема древесины на корню, общего запаса углерода в экосистеме и LAI). Положительное влияние разнообразия древесных пород на стабильность было наиболее сильным для производства древесины, при этом стабильность обоих исследованных показателей увеличивалась с разнообразием древесных пород (таблица). Кроме того, запасы углерода были положительно связаны с разнообразием древесных пород, в то время как для поглощения углерода не было обнаружено значительной связи. Что касается защиты участков, соотношение между разнообразием и стабильностью показало расходящиеся результаты для двух исследованных показателей: в то время как временная стабильность LAI увеличивалась с разнообразием древесных пород, сток отрицательно ассоциировался с разнообразием. Это в основном является следствием различных особенностей жизненного цикла бедных видами (с преобладанием вечнозеленых) и богатых видами (с преобладанием лиственных) типов леса, рассматриваемых в нашем исследовании, причем последние имеют более короткие вегетационные периоды и обеспечивают более низкий уровень вегетационного периода. защита участка в период распускания листьев.

Компромиссы между стабильностью и уровнем предоставления экосистемных услуг

Мы продемонстрировали, что в лесных экосистемах умеренного пояса существуют серьезные компромиссы между стабильностью и уровнем предоставления экосистемных услуг. Наши результаты показывают, что повышение уровня предоставления услуг может в то же время снизить его временную стабильность. В целом это подтверждает гипотезу об отрицательной связи между стабильностью и уровнем обеспечения ES. Однако сила компромисса варьировалась в зависимости от ES и фокусного индикатора. В целом взаимосвязь была сильнее для индикаторов запасов, чем для потоков, в частности для таких процессов, как поглощение C и сток воды. Сильное влияние высокочастотной изменчивости климата ослабляло в целом негативную взаимосвязь между устойчивостью и обеспечением для индикаторов стока. Помимо «быстрой» (т.е. годовой) изменчивости климата, на временную устойчивость обеспечения ЭУ влияла «медленная» изменчивость, вызванная развитием насаждений (т. е. в масштабах десятилетий). В частности, начальные условия, отражающие наследие прошлых нарушений в форме асимметричного распределения возрастных классов, могут иметь долгосрочное влияние на будущие траектории экосистемы (см. Приложение S1: рис. S17 и Temperli et al. 2013) и влияют на будущую стабильность экосистем (Шурман и др., 2018). Вследствие такой медленной изменчивости от развития древостоев мы обнаружили изменение соотношения между стабильностью и уровнем предоставления экосистемных услуг с течением времени (Приложение S1: Таблица S5), подчеркнув, что выбор периода исследования (здесь 200 лет) может заметно повлиять на результаты в отношении стабильности.

Природные возмущения (здесь ветровые и короеды) снизили как уровень обеспеченности ЭУ, так и ее временную устойчивость. Это соответствует целому ряду исследований, сообщающих о негативном воздействии нарушений на экосистемные услуги (см. Thom and Seidl, 2016). Однако наш анализ также выявил значительную сложность в оценке воздействия нарушений на предоставление экосистемных услуг. В то время как возмущения сокращают накопление углерода на месте в годы после события (Линдрот и др., 2009 г., Мэтьюз и др. 2017), они могут в то же время способствовать поглощению углерода в течение более длительного периода времени за счет высоких темпов роста в лесах, восстанавливающихся после нарушений (Yue et al. 2016). Это подчеркивает важность учета как индикаторов запасов, так и потоков, а также их динамики в течение длительного периода времени, чтобы всесторонне отражать изменения в экосистемных услугах. Точно так же, если предположить, что нарушенная древесина спасается (как это сделано здесь), влияние нарушений на производство древесины неоднозначно, поскольку они увеличивают объем заготовленной древесины, якобы повышая уровень обеспечения ЭУ. Однако такое увеличение не обязательно желательно в контексте управления лесным хозяйством, поскольку утилизация нарушенной древесины связана с высокими затратами на заготовку, снижением качества древесины и потенциально пагубным воздействием на биоразнообразие (Престемон и Холмс, 2008 г. , Торн и др., 2017 г.).

Любые данные о стабильности ЭС обязательно зависят от используемого определения стабильности (Grimm and Wissel 1997). Здесь мы сосредоточились на временной стабильности и определили ее как обратную временную изменчивость. Преимущества такого совокупного показателя стабильности заключаются в простоте его получения и значительной информативности, как показано в нашем анализе здесь. Однако при таком подходе остается невыявленным, является ли низкая стабильность результатом коротких периодов времени с низким обеспечением ES, или существуют более масштабные тенденции в траекториях ES. Таким образом, альтернативные подходы могут учитывать минимально необходимые пороговые значения для предоставления услуг для определения стабильности, подход, часто используемый также при рассмотрении многофункциональности ES (Pasari et al. 2013, Ratcliffe et al. 2017). Кроме того, важно отметить, что другие типы стабильности помимо временной стабильности имеют значение в контексте управления ЭС. Сценарная неопределенность (т. е. изменчивость ЭУ при различных климатических сценариях, например, Сильва Педро и др., 2015 г.) или неопределенность в отношении общественных предпочтений в отношении ЭУ (т. е. изменения в востребованных обществом ЭУ, например, Зайдл и Лексер, 2013 г.) два примера для других типов устойчивости, которые также актуальны в контексте управления экосистемами.

Стабилизирующее воздействие биоразнообразия на экосистемные услуги

Мы выдвинули гипотезу о стабилизирующем воздействии большого разнообразия деревьев на временное изменение экосистемных услуг. Эта гипотеза согласуется с предыдущими выводами (Исбелл и др., 2011 г., Харрисон и др., 2014 г., Морин и др., 2014 г., Сильва Педро и др., 2015 г., Мори и др., 2017 г.) и следует «гипотезе страхования», которая утверждает, что большее количество видов стабилизирует функционирование экосистемы в результате увеличения разнообразия реакций и функциональной избыточности (Ячи и Лоро 19).99). Мы нашли общую поддержку этой гипотезы, но также показали, что такая положительная связь не является универсальной для всех ЭС. Стабильность шести индикаторов ES показала диапазон различного поведения в отношении разнообразия древесных пород (таблица ). Гипотеза страхования может быть в целом подтверждена для производства древесины и круговорота углерода (см. также Silva Pedro et al. 2015). Что касается защиты сайта, то мы обнаружили как положительную, так и отрицательную связь между разнообразием и стабильностью ЭУ в зависимости от анализируемого показателя. Это подчеркивает важность контекста при оценке воздействия биоразнообразия (Ratcliffe et al. 2017, Paquette et al. 2018). Кроме того, в нем подчеркивается, что подход грубой фильтрации к повышению стабильности ЭС за счет поощрения разнообразия не всегда может быть успешным, требуя более ориентированного на процесс анализа, сосредоточенного на ЭС, представляющих локальный интерес.

Table 4

Pearson’s product‐moment correlation between stability of ecosystem service provisioning and tree species diversity ( n = 480)

Ecosystem service and type of indicator	Indicator	Correlation coefficient	П
Производство древесины
Поток	уровень заготовки древесины	+0,581	<0. 001
Stock	standing timber volume	+0.686	<0.001
Carbon cycling
Flow	net ecosystem productivity	+0.043	0.346
Запас	Общий запас углерода в экосистеме	+0,316	<0,001
Охрана территории
Flow	water runoff	−0. 268	<0.001
Stock	leaf area index	+0.491	<0.001

Open in a separate window

A factor that complicates анализ отношений разнообразие-стабильность – это динамические взаимодействия и обратные связи, присущие лесным экосистемам. Природные нарушения, например, представляют собой угрозу временной стабильности предоставления экосистемных услуг, но в то же время способствуют разнообразию (Пельтцер и др., 2000 г., Франклин и др., 2002 г., Сильва Педро и др., 2016 г.), что, в свою очередь, , в целом положительно влияет на устойчивость. В нашей исследовательской системе, например, нарушения, вызванные короедом, нацелены на один вид дерева-хозяина, ель европейскую, и способствуют укоренению множества других видов деревьев за счет естественного возобновления в образовавшихся промежутках. Таким образом, моделирование с высокой активностью нарушений будет иметь менее стабильное предоставление экосистемных услуг, в то же время разнообразие древесных пород будет выше, чем в сценарии с низкой активностью нарушений. Об этой парадоксальной роли нарушений в негативном воздействии на экосистемные услуги при одновременном положительном воздействии на биоразнообразие сообщалось ранее (Том и Зайдл, 2016 г.), и она требует дальнейшего внимания в стремлении к лучшему пониманию процесса роли биоразнообразия в предоставлении экосистемных услуг. (Исбелл и др., 2017 г.).

Ограничением нашего анализа в контексте рассмотрения воздействия естественных возмущений является то, что основное внимание уделяется двум факторам возмущения, ветру и Ips typographus . Несмотря на тот факт, что эти два агента в настоящее время являются наиболее важными агентами беспокойства в Центральной Европе (Schelhaas et al. 2003, Thom et al. 2013), значение других агентов может возрасти по мере изменения климата и видового состава деревьев в будущем. Особую озабоченность в этом контексте вызывают инвазивные чужеродные вредители деревьев, которые могут сильно изменить лесные экосистемы и предоставляемые ими услуги (Liebhold et al. 2017, Seidl et al. 2018b). Таким образом, будущие исследования, посвященные временной стабильности обеспечения ЭУ в лесах, должны быть сосредоточены не только на последствиях изменения климата и естественных возмущающих агентов, но и на явном рассмотрении воздействия инвазивных чужеродных вредителей (Pautasso et al. 2010).

Последствия для управления лесным хозяйством

Перед лицом все более неопределенного будущего управление лесным хозяйством нуждается в подходах, которые надежно обеспечивают экосистемные услуги в широком диапазоне возможных режимов климата и возмущений (Миллар и др., 2007 г., Даниэль и др., 2017 г.). Наши результаты показывают, что повышение стабильности может быть достигнуто за счет снижения уровня обеспечения ES. Другими словами, достижение стабильного во времени максимального предложения ЭУ и часто невозможно одновременно при управлении экосистемой. Таким образом, важно, чтобы исследования, направленные на оптимизацию обеспечения ЭУ (Диас-Балтейро и др., 2017 г., Мина и др., 2017 г., Тривиньо и др., 2017 г.), все чаще учитывали не только уровень обеспечения ЭУ, но и его временную стабильность (например, за счет введение минимальных уровней требуемого обеспечения ES, см. Härtl et al. 2016). В контексте нашего исследовательского ландшафта мы обнаружили, что стратегии управления, способствующие развитию разнообразного, адаптированного к будущему портфолио древесных пород в сочетании с лесоводственными мерами, снижающими риски (такими как сокращение периодов севооборота и увеличение частоты прореживания), привели к более стабильному обеспечению лесов. большинство рассматриваемых экосистемных услуг (см. также Temperli et al. 2012). Однако, учитывая как стабильность, так и уровень обеспечения ES, мы не нашли четкой передовой стратегии управления, которая могла бы обеспечить как высокий уровень предоставления услуг, так и стабильную во времени траекторию ES. Таким образом, в контексте принятия оперативных решений менеджеры должны будут определить подходящее для местных условий сочетание уровня и стабильности ЭУ на основе социально-экологического контекста и их личного уровня неприятия риска (Бленноу и др., 2014).

Наши результаты показывают, что более высокий уровень предложения ЭУ может быть достигнут за счет стратегий управления, принимая на себя более высокие риски. Тем не менее, важно отметить, что мы явно не учитывали тот факт, что стабильность имеет разное значение при управлении различными ЭС и что могут существовать иерархические зависимости. В контексте рассматриваемых здесь услуг, например, стабильность важнее для защиты территории, чем для круговорота углерода или производства древесины. Уже относительно короткое пребывание в условиях открытого полога может привести к значительной потере почвы (Моррис и Мозес 19).87, Регер и соавт. 2015), что, в свою очередь, окажет сильное негативное воздействие на производство древесины и круговорот углерода из-за снижения продуктивности участка. Таким образом, во многих случаях стабильность может быть более важной, чем уровень обеспечения ЭУ для поддержания потенциала экосистем в долгосрочной перспективе. Таким образом, наш вывод о значительных компромиссах между стабильностью и уровнем обеспечения ES предполагает, что предыдущие исследования, сосредоточенные исключительно на последнем, могли переоценить обеспечение ES, которое реально достижимо из экосистем. Таким образом, мы предлагаем более четко включать соображения стабильности в будущие оценки предложения экосистемных услуг.

Данные доступны на Figshare: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.6820172

Щелкните здесь, чтобы просмотреть файл с дополнительными данными. ^{(5.5M, pdf)}

Эта работа была поддержана Австрийским научным фондом FWF через гранты P 25503-B16 и Y895 B25. Дальнейшая поддержка поступила от ЕС FP7 ERA-NET Sumforest 2016 в рамках призыва «Устойчивые леса для общества будущего» (проект REFORCE) с Федеральным министерством сельского, лесного хозяйства, окружающей среды и управления водными ресурсами Австрии в качестве национального финансирующего агентства (грант 10119). 8). Мы благодарим М. Канциана (Австрийские федеральные леса) за данные о современной растительности ландшафта Вайсенбахталя. Кроме того, мы благодарны К. Яссеру (Лесная служба Верхней Австрии) за предоставление данных лазерного сканирования региона. Мы благодарим двух анонимных рецензентов за их комментарии к более ранней версии рукописи. Представленные здесь результаты моделирования были получены Венским научным кластером (VSC).

Ответственный редактор: Эмиль Чиенсиала.

¹ http://iland.boku.ac.at/

Анонимный . 2017. Bundesgesetz vom 3. Juli 1975, mit dem das Forstwesen geregelt wird (Forstgesetz 1975), Fassung vom 02.11.2017. Вена, Австрия.
Бленнов, К. , Перссон Дж., Валлин А., Вареман Н. и Перссон Э.. 2014. Понимание рисков, связанных с услугами лесных экосистем: значение для эффективного управления рисками, коммуникации и планирования. Лесное хозяйство 87:219–228. [Академия Google]
Борелли, П. , Панагос П., Меркер М., Модуньо С. и Шютт Б.. 2017. Оценка воздействия сплошных рубок на потерю почвы в результате водной эрозии в итальянских лесах: первый комплексный подход к мониторингу и моделированию. Катена 149: 770–781. [Академия Google]
Брешерс, Д. Д. , Лопес-Хоффман Л. и Граумлих Л. Дж. 2011. Когда экосистемные услуги терпят крах: подготовка к большому, быстрому и неравномерному изменению климата. Амбио 40:256–263. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Канаделл, Дж. Г. и Раупах М.Р. 2008. Управление лесами для смягчения последствий изменения климата. Наука 320: 1456–1457. [PubMed] [Академия Google]
Кройцбург, М.К. , Шеллер Р. М., Лукаш М. С., ЛеДюк С. Д. и Джонсон М. Г.. 2017. Сценарии управления лесами в меняющемся климате: компромиссы между углеродом, древесиной и старым лесом. Экологические приложения 27: 503–518. [PubMed] [Академия Google]
Дэниел, Си Джей , Тер-Микаелян М. Т., Уоттон Б. М., Рэйфилд Б. и Фортин М.-Дж. 2017. Включение факторов неопределенности в планирование управления лесным хозяйством: заготовка древесины, лесные пожары и изменение климата в бореальных лесах. Лесная экология и управление 400: 542–554. [Академия Google]
де Гроот, Р.С. , Уилсон М.А. и Боуманс Р.М. 2002. Типология для классификации, описания и оценки экосистемных функций, товаров и услуг. Экологическая экономика 41:393–408. [Академия Google]
Диас-Бальтейро, Л. , Алонсо Р., Мартинес-Хауреги М. и Пардос М.. 2017. Выбор наилучшей альтернативы лесопользованию путем агрегирования показателей экосистемных услуг с течением времени: тематическое исследование в центральной Испании. Экологические показатели 72:322–329. [Академия Google]
Доррен, Л.К. , Бергер Ф., Имесон А.С., Майер Б. и Рей Ф., 2004. Целостность, стабильность и управление защитными лесами в европейских Альпах. Лесная экология и управление 195: 165–176. [Академия Google]
Элькин, С. , Гутьеррес А. Г., Лейцингер С., Мануш К., Темперли К., Раше Л. и Бугманн Х.. 2013. Повышение температуры на 2°C небезопасно для экосистемных услуг в европейских Альпах. Биология глобальных изменений 19: 1827–1840. [PubMed] [Академия Google]
Фэйи, Т.Дж. , Вудбери П. Б., Бэттлс Дж. Дж., Гудейл К. Л., Гамбург С. П., Оллингер С. В. и Вудалл К. В.. 2010. Хранение углерода в лесах: экология, управление и политика. Границы экологии и окружающей среды 8: 245–252. [Академия Google]
Фелтон, А. , и другие. 2016. Замена монокультур на смешанные насаждения: последствия для экосистемных услуг двух альтернатив продуктивных лесов в Швеции. Амбио 45:124–139. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Франклин, Дж. Ф. , и другие. 2002. Нарушения и структурное развитие естественных лесных экосистем с лесокультурными последствиями на примере пихтовых лесов Дугласа. Лесная экология и управление 155:399–423. [Академия Google]
Гримм, В. , и Виссел С.. 1997. Вавилон, или дискуссии об экологической стабильности: перечень и анализ терминологии и руководство по избежанию путаницы. Экология 109: 323–334. [PubMed] [Академия Google]
Харрисон, П.А. , и другие. 2014. Связи между атрибутами биоразнообразия и экосистемными услугами: систематический обзор. Экосистемные услуги 9: 191–203. [Академия Google]
Хартль, Ф. Х. , Барка И., Хан В. А., Хласны Т., Ираушек Ф., Ноук Т., Лексер М. Дж. и Грисс В. К.. 2016. Многофункциональность в горных лесах Европы — оптимизация в меняющихся климатических условиях. Канадский журнал лесных исследований 46:163–171. [Академия Google]
Ираушек, Ф. , Раммер В. и Лексер М. Дж. 2017. Оценка многофункциональности и адаптационной способности альтернатив управления горными лесами в условиях изменения климата в Восточных Альпах. Европейский журнал лесных исследований 136: 1051–1069. [Академия Google]
Исбелл, Ф.И. , Полли Х.В. и Уилси Б.Дж., 2009 г. Биоразнообразие, продуктивность и временная стабильность продуктивности: закономерности и процессы. Экологические письма 12:443–451. [PubMed] [Академия Google]
Исбелл, Ф. , и другие. 2011. Для поддержания экосистемных услуг необходимо большое разнообразие растений. Природа 477:199–202. [PubMed] [Академия Google]
Исбелл, Ф. , и другие. 2017. Связывание влияния и зависимости людей от биоразнообразия в разных масштабах. Природа 546: 65–72. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Джейкоб, Д. 2001. Примечание к моделированию годовой и межгодовой изменчивости водного баланса водосборного бассейна Балтийского моря. Метеорология и физика атмосферы 77:61–73. [Академия Google]
Йост, Л. 2006. Энтропия и разнообразие. Ойкос 113:363–375. [Академия Google]
Килиан, В. , Мюллер Ф. и Старлингер Ф., 1994. Die forstlichen Wuchsgebiete Österreichs. Eine Naturraumgliederung nach Waldökologischen Gesichtspunkten. Forstliche Bundesversuchsanstalt, Вена, Австрия. [Академия Google]
Ландсберг, Дж. Дж. и Уоринг Р. Х., 1997. Обобщенная модель продуктивности лесов с использованием упрощенных концепций эффективности использования радиации, углеродного баланса и разделения. Лесная экология и управление 95:209–228. [Академия Google]
Либхольд, А. М. , Брокерхофф Э. Г., Калиш С., Нуньес М. А., Уордл Д. А. и Вингфилд М. Дж. 2017. Биологические инвазии в лесных экосистемах. Биологические вторжения 19: 3437–3458. [Академия Google]
Линднер, М. , и другие. 2014. Изменение климата и европейские леса: что мы знаем, каковы факторы неопределенности и каковы последствия для управления лесами? Журнал экологического менеджмента 146: 69–83. [PubMed] [Академия Google]
Линдрот, А. , Лагергрен Ф., Грелль А., Клемедтссон Л., Лангвалл О., Веслиен П. и Туулик Дж. 2009. Штормы могут вызвать общеевропейское сокращение поглощения углерода лесами. Биология глобальных изменений 15:346–355. [Академия Google]
Луазель, П. 2014. Влияние штормового риска на вращение Фаустмана. Лесная политика и экономика 38:191–198. [Академия Google]
Люцер, А. , Айрес М., Карноски Д., Томпсон И., Лоэле К., Перси К. и Зонген Б. 2009. Реакция лесов и их уязвимость к недавним изменениям климата Страница 224 в Сеппяля Р. , Бак А. и Катила П., редакторы. Адаптация лесов и людей к изменению климата. Отчет о глобальной оценке. IUFRO Всемирный международный союз лесных исследовательских организаций (IUFRO), Хельсинки, Финляндия. [Академия Google]
Лундмарк, Т. , Берг Дж., Хофер П., Лундстрём А., Нордин А., Пудель Б., Сатре Р., Таверна Р. и Вернер Ф.. 2014. Потенциальные роли шведского лесного хозяйства в контексте смягчения последствий изменения климата. Леса 5: 557–578. [Академия Google]
Мэтьюз, Б. , Майер М., Катценштайнер К., Годболд Д. Л. и Шуме Х. 2017. Обмен турбулентной энергией и углекислым газом в хронологической последовательности ранних ветровалов в Европейских Альпах. Сельскохозяйственная и лесная метеорология 232: 576–594. [Google Академия]
МЭА . 2005. Оценка экосистем тысячелетия: экосистемы и благополучие человека — синтез. Island Press, Вашингтон, округ Колумбия, США. [Академия Google]
Миллар, C.I. , Стефенсон Н.Л. и Стивенс С.Л., 2007. Изменение климата и леса будущего: управление в условиях неопределенности. Экологические приложения 17:2145–2151. [PubMed] [Академия Google]
Мина, М. , Бугманн Х., Кордонье Т., Ираушек Ф., Клопчич М., Пардос М. и Кайлере М.. 2017. Будущие экосистемные услуги горных лесов Европы в условиях изменения климата. Журнал прикладной экологии 54:389–401. [Академия Google]
Мори, А.С. , Фурукава Т. и Сасаки Т. 2013. Разнообразие реакций определяет устойчивость экосистем к изменениям окружающей среды. Биологические обзоры 88:349–364. [PubMed] [Академия Google]
Мори, А.С. , Лерцман К. П. и Густафссон Л., 2017. Биоразнообразие и экосистемные услуги в лесных экосистемах: программа исследований в области прикладной лесной экологии. Журнал прикладной экологии 54:12–27. [Академия Google]
Морин, X. , Fahse L., de Mazancourt C., Scherer-Lorenzen M. и Bugmann H. 2014. Временная стабильность продуктивности леса возрастает с увеличением разнообразия деревьев из-за асинхронности в динамике видов. Экологические письма 17: 1526–1535. [PubMed] [Академия Google]
Моррис, С. Э. и Моисей Т.А., 1987. Лесной пожар и режим естественной эрозии почвы в Переднем хребте Колорадо. Анналы Ассоциации американских географов 77: 245–254. [Академия Google]
Пал, Дж. С. , и другие. 2007. Региональное моделирование климата для развивающихся стран: ICTP RegCM3 и RegCNET. Бюллетень Американского метеорологического общества 88: 1395–1409. [Академия Google]
Пакет, А. , Вайреда Дж., Колл Л., Мессье К. и Ретана Дж. 2018. Изменение климата может свести на нет положительное влияние разнообразия деревьев на продуктивность лесов: исследование пяти типов климата в Испании и Канаде. Экосистемы 21:960–970. [Академия Google]
Пасари, Дж. Р. , и другие. 2013. Несколько масштабов биоразнообразия влияют на многофункциональность экосистемы. Труды Национальной академии наук 110:10219–10222. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Паутассо, М. , Денен-Шмутц К., Холденридер О., Пьетравалле С., Салама Н., Джегер М.Дж., Ланге Э. и Хель-Ланге С. . 2010. Здоровье растений и глобальные изменения — некоторые последствия для управления ландшафтом. Биологические обзоры 85:729–755. [PubMed] [Академия Google]
Пельтцер, Д. А. , Баст М.Л., Уилсон С.Д. и Джерри А.К.. 2000. Разнообразие растений и реакция деревьев на контрастные нарушения в бореальных лесах. Лесная экология и управление 127:191–203. [Академия Google]
Похьянмиес, Т. , Тривиньо М., Ле Торторек Э., Мацциотта А., Снэлл Т. и Мёнкконен М.. 2017. Воздействие лесного хозяйства на бореальные леса: перспектива экосистемных услуг. Амбио 46:743–755. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Престемон, Дж. П. и Холмс Т. П. 2008. Экономика утилизации древесины Страницы 167–186 в Холмс Т.П., Престемон Дж.П. и Абт К.Л., редакторы. Экономика нарушений леса: лесные пожары. Штормы и инвазивные виды. Первое издание Springer Netherlands, Дордрехт, Нидерланды. [Академия Google]
Основная команда R . 2017. R: язык и среда для статистических вычислений. R Foundation for Statistical Computing, Вена, Австрия: www.r-project.org [Академия Google]
Раду, Р. , Деке М. и Сомот С., 2008 г. Спектральное подталкивание в спектральной модели регионального климата. Tellus A: динамическая метеорология и океанография 60:898–910. [Академия Google]
Раммер, В. и Зейдл Р., 2015. Объединение человеческих и природных систем: моделирование агентов адаптивного управления в динамично меняющихся лесных ландшафтах. Глобальное изменение окружающей среды 35:475–485. [Академия Google]
Рэтклифф, С. , и другие. 2017. Отношения между биоразнообразием и функционированием экосистемы в европейских лесах зависят от экологического контекста. Экологические письма 20:1414–1426. [PubMed] [Академия Google]
Регер, Б. , Гёттлейн А., Катценштайнер К. и Эвальд Дж. 2015. Оценка чувствительности горных лесов к деградации участков в Северных Известняковых Альпах, Европа. Горные исследования и разработки 35:139–151. [Академия Google]
Рокель, Б. и Вот К. 2007. Экстремальные значения скорости приповерхностного ветра над Европой и их будущие изменения, оцененные на основе совокупности симуляций RCM. Климатические изменения 81: 267–280. [Академия Google]
Рантинг, Р.К. , Брайан Б. А., Ди Л. Э., Масейк Ф. Дж. Ф., Мэндл Л., Хамел П., Уилсон К. А., Йетка К., Поссингэм Х. П. и Родс Дж. Р. 2017. Включение изменения климата в оценки и решения экосистемных услуг: обзор. Биология глобальных изменений 23:28–41. [PubMed] [Академия Google]
Шелхаас, М.-Дж. , Набуурс Г.-Дж. и Шук А.. 2003. Природные нарушения в европейских лесах в 19-20 веках. Биология глобальных изменений 9: 1620–1633. [Академия Google]
Шурман, Дж. С. , и другие. 2018. Наследие крупномасштабных нарушений и чувствительность к изменению климата первичных лесов Picea abies . Биология глобальных изменений 24:2169–2181. [PubMed] [Академия Google]
Зейдл, Р. и Лексер М. Дж. 2013. Управление лесным хозяйством в условиях климатической и социальной неопределенности: компромиссы между снижением воздействия изменения климата и повышением адаптивной способности. Журнал экологического менеджмента 114:461–469. [PubMed] [Академия Google]
Зейдл, Р. и Раммер В. 2017. Изменение климата усиливает взаимодействие между ветром и короедом в лесных ландшафтах. Ландшафтная экология 32: 1485–1498. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Зейдл, Р. , Раммер В. и Лексер М. Дж. 2009. Schätzung von Bodenmerkmalen und Modellparametern für die Waldökosystemsimulation auf Basis einer Großrauminventur. Allgemeine Forst‐ und Jagdzeitung 180:35–44. [Академия Google]
Зейдл, Р. , Раммер В. и Лексер М. Дж. 2011. Варианты адаптации для снижения уязвимости устойчивого лесопользования к изменению климата в австрийских Альпах. Канадский журнал лесных исследований 41:694–706. [Академия Google]
Зейдл, Р. , Раммер В., Шеллер Р. М. и Спайс Т. А.. 2012a. Индивидуальная модель процесса для имитации динамики лесной экосистемы в ландшафтном масштабе. Экологическое моделирование 231:87–100. [Академия Google]
Зейдл, Р. , Спайс Т. А., Раммер В., Стил Э. А., Пабст Р. Дж. и Олсен К.. 2012b. Многомасштабные факторы пространственной изменчивости плотности углерода в старовозрастных лесах, распутанные с лидаром и индивидуальной моделью ландшафта. Экосистемы 15:1321–1335. [Академия Google]
Зейдл, Р. , Раммер В. и Бленноу К., 2014a. Моделирование воздействия ветра на лесные ландшафты: неоднородность на уровне деревьев имеет значение. Моделирование окружающей среды и программное обеспечение 51:1–11. [Академия Google]
Зейдл, Р. , Раммер В. и Спайс Т. А. 2014b. Наследие нарушений повышает устойчивость структуры, состава и функционирования лесных экосистем. Экологические приложения 24:2063–2077. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Зейдл, Р. , и другие. 2017. Нарушения лесов при изменении климата. Изменение климата природы 7:395–402. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Зейдл, Р. , Альбрих К., Том Д. и Раммер В.. 2018a. Использование неоднородности ландшафта для управления будущими рисками нарушения лесных экосистем. Журнал экологического менеджмента 209:46–56. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Зейдл, Р. , Клоннер Г., Раммер В., Эссл Ф., Морено А., Нойманн М. и Даллинджер С.. 2018b. Инвазивные чужеродные вредители угрожают запасам углерода в лесах Европы. Связь с природой 9: 1–10. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Шексби, Р. , Коэльо К., Феррейра А., Терри Дж. и Уолш Р., 1993. Воздействие лесных пожаров на эрозию почвы и гидрологию во влажных средиземноморских лесах, Португалия. Международный журнал диких пожаров 3: 95–100. [Академия Google]
Сильва Педро, М. , Раммер В. и Зайдл Р. 2015. Разнообразие древесных пород смягчает воздействие нарушений на лесной углеродный цикл. Экология 177: 619–630. [PubMed] [Академия Google]
Сильва Педро, М. , Раммер В. и Зайдл Р. 2016. Увеличение разнообразия древесных пород, вызванное нарушениями, способствует продуктивности лесов. Ландшафтная экология 31:989–1004. [Академия Google]
Темперли, К. , Бугманн Х. и Элкин С. 2012. Адаптивное управление конкурирующими лесными товарами и услугами в условиях изменения климата. Экологические приложения 22:2065–2077. [PubMed] [Академия Google]
Темперли, К. , Зелл Дж., Бугманн Х. и Элкин С. 2013. Чувствительность проекций экосистемных товаров и услуг модели лесного ландшафта к данным инициализации. Ландшафтная экология 28:1337–1352. [Академия Google]
Том, Д. и Зейдл Р., 2016. Природные нарушения воздействуют на экосистемные услуги и биоразнообразие в умеренных и бореальных лесах. Биологические обзоры 91: 760–781. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Том, Д. , Зайдл Р., Стейрер Г., Крехан Х. и Формайер Х.. 2013. Медленные и быстрые факторы естественного режима нарушений в лесных экосистемах Центральной Европы. Лесная экология и управление 307: 293–302. [Академия Google]
Том, Д. , Раммер В. и Зайдл Р. 2017a. Нарушения катализируют адаптацию лесных экосистем к изменяющимся климатическим условиям. Биология глобальных изменений 23:269–282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Том, Д. , Раммер В. и Зайдл Р., 2017b. Воздействие будущей динамики лесов на климат: интерактивные эффекты изменения растительности и режимов нарушений. Экологические монографии 87:665–684. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Том, Д. , Раммер В., Дирнбёк Т., Мюллер Дж., Коблер Дж., Катценштайнер К., Хелм Н. и Зайдл Р. 2017c. Влияние изменения климата и нарушений на пространственно-временные траектории биоразнообразия в лесном ландшафте умеренного пояса. Журнал прикладной экологии 54:28–38. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Томпсон, И. , Макки Б., Макналти С. и Мосселер А., 2009 г. Устойчивость лесов, биоразнообразие и изменение климата. Синтез взаимосвязи биоразнообразия/устойчивости/стабильности в лесных экосистемах. Секретариат Конвенции о биологическом разнообразии, Монреаль 43:1–67. [Академия Google]
Торн, С. , и другие. 2017. Воздействие спасательных рубок на биоразнообразие: метаанализ. Журнал прикладной экологии 55:1–11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Тилман, Д. , Райх П.Б. и Кнопс Дж.М.Х.. 2006. Биоразнообразие и стабильность экосистем в десятилетнем эксперименте на пастбищах. Природа 441:629–632. [PubMed] [Академия Google]
Тривиньо, М. , Pohjanmies T., Mazziotta A., Juutinen A., Podkopaev D., Le Tortorec E. и Mönkkönen M.. 2017. Оптимизация управления для повышения многофункциональности бореального лесного ландшафта. Журнал прикладной экологии 54:61–70. [Академия Google]
Ваккиано, Г. , Маджиони М., Персегин Г. и Мотта Р., 2015 г. Влияние частоты схода лавин на услуги лесных экосистем в елово-пихтовом горном лесу. Наука и технологии холодных регионов 115:9–21. [Академия Google]
Васс, М.М. и Элофссон К., 2016. Является ли секвестрация углерода в лесах за счет биоэнергии и лесной продукции рентабельной в климатической политике ЕС до 2050 года? Журнал экономики леса 24:82–105. [Академия Google]
фон Деттен, Р. , и Ханевинкель М.. 2017. Стратегии управления рисками и неопределенностями в управлении лесами в Центральной Европе. Текущие отчеты по лесному хозяйству 3: 60–73. [Академия Google]
Вайнфертер, П. 2004. Вальдбаухендбук В Österreichische Bundesforste AG, изд. Eine Orientierungshilfe für die Praxis. Пуркерсдорф, Австрия. [Академия Google]
Ячи, С. и Лоро М., 1999. Биоразнообразие и продуктивность экосистем в изменчивой среде: страховая гипотеза. Труды Национальной академии наук США 96: 1463–1468. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Юэ, С. , Сиаис П., Чжу Д., Ван Т., Пэн С. С. и Пяо С. Л. 2016. Как прошлые пожары повлияли на текущий углеродный баланс бореальных экосистем? Биогеонауки 13: 675–690. [Google Академия]

Экосистема | National Geographic Society

Экосистема — это географическая область, где растения, животные и другие организмы, а также погода и ландшафт работают вместе, чтобы сформировать пузырь жизни. Экосистемы содержат биотические или живые части, а также абиотические факторы или неживые части. К биотическим факторам относятся растения, животные и другие организмы. К абиотическим факторам относятся камни, температура и влажность.

Каждый фактор экосистемы прямо или косвенно зависит от всех остальных факторов. Например, изменение температуры экосистемы часто влияет на то, какие растения там будут расти. Животные, которые зависят от растений в качестве пищи и крова, должны будут адаптироваться к изменениям, перейти в другую экосистему или погибнуть.

Экосистемы могут быть очень большими или очень маленькими. Приливные бассейны, пруды, оставленные океаном после отлива, представляют собой полноценные крошечные экосистемы. Приливные бассейны содержат морские водоросли, своего рода водоросли, которые используют фотосинтез для создания пищи. Травоядные, такие как морские ушки, едят морские водоросли. Хищники, такие как морские звезды, поедают других животных в приливном бассейне, таких как моллюски или мидии. Приливные бассейны зависят от изменения уровня воды в океане. Некоторые организмы, такие как морские водоросли, процветают в водной среде, когда есть прилив и бассейн полон. Другие организмы, такие как крабы-отшельники, не могут жить под водой и зависят от мелких водоемов, оставленных отливами. Таким образом, биотические части экосистемы зависят от абиотических факторов.

Вся поверхность Земли представляет собой ряд взаимосвязанных экосистем. Экосистемы часто связаны в более крупный биом. Биомы — это большие участки земли, моря или атмосферы. Например, леса, пруды, рифы и тундра — это все типы биомов. Они организованы очень широко, в зависимости от типов растений и животных, которые в них живут. В каждом лесу, в каждом пруду, на каждом рифе или в каждой части тундры вы найдете множество различных экосистем.

Биом пустыни Сахара, например, включает большое разнообразие экосистем. Засушливый климат и жаркая погода характеризуют биом. В Сахаре есть оазисные экосистемы с финиковыми пальмами, пресной водой и животными, такими как крокодилы. В Сахаре также есть экосистемы дюн, а изменение ландшафта определяется ветром. Организмы в этих экосистемах, такие как змеи или скорпионы, должны быть в состоянии выживать в песчаных дюнах в течение длительных периодов времени. Сахара включает в себя даже морскую среду, где Атлантический океан создает прохладные туманы на северо-западном побережье Африки. В этой экосистеме Сахары обитают кустарники и животные, питающиеся небольшими деревьями, например козы.

Даже похожие по звучанию биомы могут иметь совершенно разные экосистемы. Например, биом пустыни Сахара сильно отличается от биома пустыни Гоби в Монголии и Китае. Гоби — холодная пустыня с частыми снегопадами и морозами. В отличие от Сахары, в Гоби есть экосистемы, основанные не на песке, а на километрах голой скалы. Некоторые травы способны расти в холодном и сухом климате. В результате в этих экосистемах Гоби есть пасущиеся животные, такие как газели и даже тахи, исчезающий вид дикой лошади.

Даже экосистемы холодных пустынь Гоби отличаются от экосистем замерзающих пустынь Антарктиды. Толстый ледяной щит Антарктиды покрывает континент, почти полностью состоящий из сухих голых скал. В этой пустынной экосистеме растет всего несколько мхов, поддерживающих только несколько птиц, таких как поморники.

Угрозы экосистемам

На протяжении тысячелетий люди взаимодействовали с экосистемами. Многие культуры развивались вокруг близлежащих экосистем. Например, многие индейские племена Великих равнин Северной Америки разработали сложный образ жизни, основанный на местных растениях и животных равнинных экосистем. Бизон, крупное пастбищное животное, обитающее на Великих равнинах, стал самым важным биотическим фактором во многих культурах равнинных индейцев, таких как лакота или кайова. Бизона иногда ошибочно называют буйволом. Эти племена использовали шкуры буйвола для жилья и одежды, мясо буйвола для еды и рога буйвола для инструментов. Высокотравные прерии Великих равнин поддерживали стада бизонов, за которыми племена следовали в течение всего года.

Однако по мере роста населения люди вытеснили многие экосистемы. Высокотравные прерии Великих равнин, например, стали сельскохозяйственными угодьями. По мере того, как экосистема сокращалась, меньше бизонов могло выжить. Сегодня несколько стад выживают в охраняемых экосистемах, таких как Йеллоустонский национальный парк.

В экосистемах влажных тропических лесов, окружающих реку Амазонку в Южной Америке, наблюдается аналогичная ситуация. Тропический лес Амазонки включает в себя сотни экосистем, включая навесы, подлески и лесные подстилки. Эти экосистемы поддерживают обширные пищевые сети.

Навесы — это экосистемы в верхней части тропического леса, где в поисках солнечного света растут высокие тонкие деревья, такие как инжир. Экосистемы навеса также включают другие растения, называемые эпифитами, которые растут прямо на ветвях. Экосистемы нижнего яруса существуют под пологом. Они темнее и влажнее, чем навесы. Животные, такие как обезьяны, живут в экосистемах подлеска, поедая плоды с деревьев, а также более мелких животных, таких как жуки. Экосистемы лесной подстилки поддерживают большое разнообразие цветов, которыми питаются насекомые, такие как бабочки. Бабочки, в свою очередь, служат пищей для животных, таких как пауки, в лесных экосистемах.

Деятельность человека угрожает всем экосистемам тропических лесов Амазонки. Тысячи акров земли расчищаются под сельскохозяйственные угодья, жилье и промышленность. Страны тропических лесов Амазонки, такие как Бразилия, Венесуэла и Эквадор, слаборазвиты. Вырубка деревьев, чтобы освободить место для таких культур, как соя и кукуруза, приносит пользу многим бедным фермерам. Эти ресурсы дают им надежный источник дохода и пищи. Дети могут иметь возможность посещать школу, а семьи могут позволить себе более качественное медицинское обслуживание.

Однако разрушение экосистем тропических лесов имеет свою цену. Многие современные лекарства были разработаны из тропических лесных растений. Кураре, мышечный релаксант, и хинин, используемый для лечения малярии, — это лишь два из этих лекарств. Многие ученые опасаются, что разрушение экосистемы тропических лесов может помешать разработке новых лекарств.

Экосистемы тропических лесов также плохо подходят для сельскохозяйственных угодий. В отличие от богатых почв Великих равнин, где люди разрушили экосистему высокотравных прерий, почва тропических лесов Амазонки тонкая и содержит мало питательных веществ. Урожай может вырасти всего за несколько сезонов, прежде чем все питательные вещества будут поглощены. Фермер или агробизнес должен перейти к следующему участку земли, оставив позади пустую экосистему.

Восстанавливающиеся экосистемы

Однако экосистемы могут восстановиться после разрушения. Хрупкие экосистемы коралловых рифов в южной части Тихого океана находятся под угрозой из-за повышения температуры океана и снижения солености. Кораллы обесцвечиваются или теряют свою яркую окраску в слишком теплой воде. Они умирают в недостаточно соленой воде. Без рифовой структуры экосистема разрушается. Такие организмы, как водоросли, растения, такие как водоросли, и животные, такие как рыбы, змеи и креветки, исчезают.

Большинство экосистем коралловых рифов оправятся от разрушения. По мере того как температура океана понижается и в нем остается больше соли, ярко окрашенные кораллы возвращаются. Медленно они строят рифы. Также возвращаются водоросли, растения и животные.

Отдельные люди, культуры и правительства работают над сохранением важных для них экосистем. Например, правительство Эквадора признает права на экосистемы в конституции страны. Так называемые права природы говорят Природа или Пачамама [Земля], где жизнь воспроизводится и существует, имеет право на существование, сохранение, поддержание и регенерацию своих жизненных циклов, структуры, функций и своих процессов в эволюции. Каждый человек, народ, сообщество или национальность смогут требовать признания прав на природу перед государственными органами. Эквадор является домом не только для экосистем тропических лесов, но и для речных экосистем и замечательных экосистем Галапагосских островов.

Быстрый факт

Бактриан и верблюд
В разных пустынных экосистемах обитают разные виды верблюдов. Верблюд-верблюд высокий и быстрый, с длинными ногами. Он произрастает в жарких сухих пустынях Северной Африки и Аравийского полуострова. У двугорбого верблюда более густая шерсть, он короче и имеет больше жира, чем дромадер. Двугорбый верблюд обитает в холодных пустынных степях Центральной Азии.

Легко отличить два вида верблюдов: у дромадеров один горб, у бактрианов два.

Быстрый факт

Коралловый треугольник
Самая разнообразная экосистема в мире — огромный Коралловый треугольник в Юго-Восточной Азии. Коралловый треугольник простирается от Филиппин на севере до Соломоновых островов на востоке до островов Индонезии и Папуа на западе.

Краткий факт

Экоцид
Разрушение целых экосистем людьми называется экоцидом, или убийством окружающей среды.

Краткий факт

Человеческая экосистема
«Человеческая экосистема» — это термин, который ученые используют для изучения того, как люди взаимодействуют со своими экосистемами. При изучении человеческих экосистем учитываются география, экология, технология, экономика, политика и история. Изучение городских экосистем сосредоточено на городах и пригородах.

Статьи и профили

Новости National Geographic: Обрушение шельфового ледника открывает новые виды, изменения экосистем Журнал National Geographic: Заповедник Tallgrass Prairie

Статья

Общественное телевидение Нью-Гэмпшира: Natureworks—Ecosystems

Что такое первичные леса и почему мы должны их охранять? | Данные и исследования

Первичные леса являются одними из самых густых, диких и экологически значимых лесов на Земле. Они охватывают весь земной шар, от заснеженных бореальных регионов до жарких тропиков, хотя 75% из них можно найти всего в семи странах. Но что отличает эти леса от обычных лесных массивов на заднем дворе, что делает их настолько важными для защиты?

Леса в их «окончательном виде»

Возраст является одним из факторов формирования девственного леса, хотя не существует установленного дня рождения, когда лес становится «первичным». Все леса достигают зрелости с разной скоростью в зависимости от окружающей среды, а некоторые деревья могут жить даже тысячи лет, поэтому термин «старовозрастные» весьма относителен.

Более важным, чем возраст, является стадия леса в процессе, называемом сукцессией. С точки зрения экологии, сукцессия — это способ, которым экосистемы переходят из одного состояния в другое после нарушения. Возьмем, к примеру, пожар, бушующий в лесах на северо-западе Северной Америки. Если будет достаточно жарко, он сожжет все на своем пути, оставив только обугленные деревья и тлеющую землю. Когда дым рассеется, природа приступит к восстановлению из грязи.

Первыми вернувшимися организмами называются «виды-первопроходцы», обычно это быстрорастущие травы, однолетние растения и другие низкорослые низкорослые растения, которые могут быстро воспользоваться нынешним обильным солнечным светом. По мере того, как эти виды живут и умирают, они накапливают питательные вещества в почве, что позволяет переселиться новой группе видов.

Эта замена сообществ видов повторяется как годы прогрессируют. Каждое новое сообщество наследует среду, более подходящую для его рост выше, чем у предшествующих ему видов. И так, со временем экосистема начинает меняться. От солнцелюбивых злаков до быстрорастущих деревья хвойных пород и, наконец, к высоким лиственным деревьям, кроны которых срослись, чтобы образуют густую крону.

Эту окончательную форму леса часто называют «климаксным сообществом», и именно эти сообщества считаются первичными лесами. Время, необходимое для возврата к полному первичному лесу, зависит от типа леса. В бассейне реки Конго восстановление леса может занять до 50 лет, документально подтверждено, что для дубовых и орешниковых лесов умеренного пояса этот процесс занимает около 150 лет, но одно исследование бразильских атлантических лесов показало, что на это могут уйти даже тысячелетия.

Самые нетронутые места на Земле

Первичные леса также должны соответствовать определенным требованиям экологической целостности и практически не подвергаться вмешательству человека. Их нельзя беспокоить из-за лесозаготовок, добычи полезных ископаемых, антропогенных пожаров или строительства дорог, а также для того, чтобы их родные виды не подвергались влиянию импортированных инвазивных видов. На них преобладает сплошной древесный покров, и они должны удерживать незагрязненную почву и воду.

Размер и нетронутость также являются факторами при определении девственного леса. Перережьте дорогу с одной стороны Амазонки на другую, и вы только что разделили одну массивный первичный лес на два меньших. Но делайте это снова и снова, разделяя лес на все меньшие и меньшие кусочки, и в конечном итоге вы получите первичный участки леса настолько малы, что уже не заслуживают этого названия. Хотя официального нет. порог размера коренных лесов, вырубка обычно рассматривается в с точки зрения того, позволяет ли размер леса обитать местным видам, естественная структура леса и функции экосистем должны оставаться нетронутыми.

Однако первозданная природа не означает, что первозданные леса должны быть полностью лишены человеческого присутствия. Многие коренные общины жили в девственных лесах на протяжении сотен лет, устойчиво используя лесные ресурсы для обеспечения своих традиционных средств к существованию. Общины коренных народов могут быть весьма эффективными защитниками первобытных лесов.

Зачем защищать девственные леса?

Первичные леса составляют примерно 26% естественных лесов мира, а остальные «вторичные леса» находятся где-то на промежуточных стадиях восстановления после недавнего вмешательства человека. Итак, если первичные леса составляют едва ли треть существующих лесов, почему так важно, чтобы мы уделяли их защите первоочередное внимание?

Частично ответ заключается в защите, которую они представляют против изменения климата. Первичные леса невероятно богаты углеродом; по оценкам, одни только тропические девственные леса хранят более 141 миллиарда тонн углерода. Деревья поглощают углекислый газ из атмосферы по мере роста и сохраняют его в своих стволах, листьях и почве. Как только лес достигает первичного статуса, он может продолжать поглощать углерод в течение столетий. Вырубка этих лесов не только высвобождает накопленный углерод, но и снижает их способность поглощать больше углерода в будущем.

На более поздних сукцессионных стадиях обычно отмечается более высокий уровень биоразнообразия. Отсутствие вмешательства человека позволяет естественным образом процветать экологическим нишам, создавая эндемичные виды, формирующие сложные межвидовые взаимодействия. Более высокая сложность экосистемы коррелирует с большей устойчивостью и стабильностью перед лицом будущих нарушений. Сохранение этих лесов также сохраняет культурное разнообразие, гарантируя, что традиционный образ жизни коренных народов не будет нарушен.

В силу определения первичных лесов утрата древесного покрова в них по вине человека является опасным событием обезлесения. А поскольку первобытным лесам могут потребоваться десятилетия и даже столетия, чтобы вернуться в свое нетронутое состояние, все, что мы потеряем сейчас, мы можем больше не увидеть в этом столетии.

Лес как природная экосистема

ЭКОСИСТЕМА ЛЕСА виды

Леса активно вовлечены в процесс глобальных изменений

Бескрайний лес — экосистема на планете Земля — Вторпроект

Лес горит и движется на север. Как изменение климата провоцирует лесные пожары

комментарии к проекту концепции Федерального закона «Лесной кодекс Российской Федерации» — ВОПРОСЫ ЛЕСНОЙ НАУКИ/FOREST SCIENCE ISSUES

Роль лесов – СЕМЕНА

Лес как среда обитания:

Лес как ресурс:

Роль лесов в изменении климата:

Другие экологические функции лесов:

Воздействие на лесную экосистему

Воздействие местных насекомых и болезней на окружающую среду

Угроза, создаваемая чужеродными насекомыми и болезнями

Положительные воздействия

Негативные воздействия

Изменение климатических условий и лесные вредители

Спасибо за помощь!

Вырубка и деградация лесов | Угрозы

Обзор

Причины

Воздействия

Увеличение выбросов парниковых газов

Нарушение круговорота воды

Повышенная эрозия почвы

Нарушенные средства к существованию

Затронутые виды и места

Что делает WWF

Сохранение на местах

Создание устойчивой инфраструктуры

Создание заповедных зон и надлежащее управление ими

Продвижение устойчивой биоэнергетики

Влияние на политику

Эксперты

Как вы можете помочь

Компромиссы между временной стабильностью и уровнем предоставления услуг лесных экосистем в условиях изменения климата

Учебный ландшафт

Имитационная модель

Исходные условия и климатические сценарии

Стратегии управления

Table 1

Временная стабильность и уровень предоставления экосистемных услуг

Влияние альтернативных стратегий управления на уровень предоставления экосистемных услуг

Table 2

Временная стабильность экосистемных услуг и ее связь с уровнем предоставления услуг

Table 3

Влияние разнообразия древесных пород на временную стабильность экосистемных услуг

Компромиссы между стабильностью и уровнем предоставления экосистемных услуг

Стабилизирующее воздействие биоразнообразия на экосистемные услуги

Table 4

Последствия для управления лесным хозяйством

Экосистема | National Geographic Society

Статьи и профили

Статья

Что такое первичные леса и почему мы должны их охранять? | Данные и исследования

Добавить комментарий Отменить ответ