О механизме функционирования экосистем и рациональном землепользовании в связи с посадкой киотских лесов в степной зоне | №27 осень 2009 | Степной Бюллетень 
ISSN 1726-2860
(печатная версия ISSN 1684-8438)

Содержание номера

№27 осень 2009

Степной проект ЕССобытияЭкологическая сетьСтепи в бедеЗащита уязвимых видовОрганизацииЗаконодательствоСобытияОбъявления Новые книги От редакции

Степи в беде

О механизме функционирования экосистем и рациональном землепользовании в связи с посадкой киотских лесов в степной зоне

Н.Н. Зеленская (ИФПБ ран и Приокско-Террасный биосферный заповедник, Пущино)
А.С. Керженцев (ИФПБ ран и Окский экологический фонд, Пущино)

Понятие «управление экосистемами» начинает становиться реальностью. Степи – особый биом Земли, который с голоцена развивается в коэволюции с деятельностью человека. Будучи самой удобной для поселения и ведения сельского хозяйства, степная экосистема не только пострадала от человека, но претерпела многовековые эксперименты, в том числе и успешные, по различным методам хозяйствования. Для существования степей в дальнейшем и поддержания полноты их биоразнообразия можно и нужно использовать механизмы рационального землепользования (умеренный выпас, сенокос и т.п.). Однако в условиях угрозы глобального экологического кризиса человечество больше не может позволить себе вмешательства в природные системы с неизвестным исходом. Даже благие намерения должны быть подвергнуты тщательному научному анализу.

В последнее время в рамках Киотского протокола набирают обороты мероприятия по предотвращению выбросов углерода в атмосферу. Одним из самых экологичных проектов этого цикла считается увеличение объемов лесовосстановления – углерододепонирующие насаждения (УДН). Проект финансируется международными организациями и с энтузиазмом воспринят хозяйствующими субъектами в нашей стране. Рослесхоз РФ подготовил план действий по созданию УДН в 8 субъектах страны на площади 34 тыс. га до 2012 г. При этом ожидаемый эффект должен составить 3,5 млн т депонированного углерода к 2050 г. (Смелянский, 2009). Однако есть одно условие, которое делает посадку этих лесонасаждений небесспорными. По условиям договора, для создания УДН могут быть использованы только земли, ранее не занятые лесом в течение последних 50 лет. То есть проект предусматривает увеличение лесных площадей, а не возобновление утраченных лесов. Как справедливо отмечает в обсуждении проблемы И. Смелянский (2009), в России на сегодняшний день достаточно территорий, где за последние 50–100 лет были сведены леса. Вот бы и облесить эти площади вновь! Однако планируется создавать УДН «на неиспользуемых землях сельскохозяйственного назначения», причем таких, где не происходит спонтанного облесения. В первую очередь сюда попадают существующие в составе сельскохозяйственных угодий степные участки на неудобьях.

В данном сообщении мы не будем останавливаться на том, как мало степей осталось; сколько планировавшихся степных заказников могут так и остаться несозданными; в чем могут выиграть и в чем проиграть конкретные территории, соглашаясь на посадку «киотских лесов». Мы хотим сказать о том, что рациональное землепользование должно предусматривать научно обоснованные подходы к решению тех или иных хозяйственных задач. Иначе говоря, выбор конкретных мероприятий должен основываться на знании механизмов функционирования природных экосистем.

Природа, биосфера состоят из множества «функциональных ячеек», экосистем. Любая экосистема представляет собой единство растений (фитоценоза), почвы (педоценоза) и животных (зооценоза, в том числе и человека), которые составляют относительно автономную систему, максимально пригодную, подогнанную к условиям какой-то климатической зоны (подзоны) и существующую в динамическом равновесии с условиями внешней среды. В основе представлений о целостности экосистемы как функциональной единицы биосферы лежит принцип экосистемного круговорота, который заключается в циклической смене синтеза органического вещества из минеральных элементов автотрофами с помощью солнечной энергии и деструкции отработавшей ресурс и отмершей биомассы гетеротрофами, с возвратом минеральных элементов в новый цикл фотосинтеза.

Цикличность круговорота вещества между фитоценозом и педоценозом обеспечивает устойчивость экосистемы как относительно автономного образования. Стабильность структуры сообщества обеспечивается при оптимальном режиме функционирования экосистемы в оптимальном диапазоне колебаний факторов среды. Тип растительного сообщества (автотрофный компонент экосистемы) складывался в результате длительной эволюции «подогнанных к совместному существованию» видов, максимально полезно преобразующих солнечную энергию в энергию химических связей органического (живого) вещества, при данных условиях местообитания. Отмершее органическое вещество – опад, его количество, скорость и полнота преобразования микробной биотой определяют формирование почвенного профиля, складывающегося в той или иной экосистеме. Ежегодные колебания факторов среды определяют незначительные колебания параметров экосистемы (флуктуации) в рамках «нормы». Значительные по амплитуде колебания условий ведут к довольно глубоким, но обратимым изменениям – метаморфозам. Крупные, катастрофические изменения условий или длительное воздействие внешних факторов приводят в конечном итоге к необратимым изменениям в структуре и функционировании экосистем, их эволюции.

Степь, которую у нас часто ассоциируют с пустошью, на самом деле – богатая, полидоминантная, производительная, довольно устойчивая (по обороту органики) экосистема, растительный компонент которой сложен преимущественно травянистыми и полукустарничковыми формами. Биоразнообразие в степи отличается высочайшей концентрацией – в пределах умеренных широт только в степных сообществах насчитывается более 100 видов на 100 м2. Основной запас органического вещества степной экосистемы сосредоточен не в надземной массе (как это имеет место в лесах), а в подземной – в подземных частях растений (корнях, корневищах и т.п.) и сложных органических соединениях гумуса почвы. Поэтому почвы степи представлены плодородными черноземами и каштановыми почвами.

Для оценки роли почвы в экосистеме мы разработали модель трансформации органического вещества в экосистеме (см. диаграмму) (Ковда и др., 1990). Ступенчатая трансформация органики является связующим звеном между почвой и фитоценозом, сложной системой дозирования минеральных элементов для синтеза первичной продукции фитоценозом. Органическое вещество попадает в сферу действия почвенной биоты с момента отмирания и перехода в опад. В генетических горизонтах почвенного профиля сверху вниз происходит последовательная смена стадий деструкции органического вещества, каждая из которых характеризуется определенным количеством и качеством органики в почвенных горизонтах (Ао, А1, АВ, В, ВС, С). Этот переход определяется соответствующими скоростями (Vij), означающими, какой процент от содержащегося в данном горизонте количества вещества переходит по данному каналу за определенный промежуток времени. Модель имеет балансовый характер и реализуется при известных массах вещества в сложившихся горизонтах почвенного профиля (Mi) и коэффициентах скорости выноса вещества в атмосферу Vi1 (величина дыхания почвы по СО2) и гидросферу Vi3 (минерализация почвенного раствора или модуль химического стока), поступления элементов в фитомассу Vi2 (зольность прироста). Эти параметры доступны для измерения.

Модель позволяет получить характерные времена обновления органического вещества в каждом горизонте и характерное время обновления полного профиля почвы в любом типе экосистемы. С ее помощью можно количественно сравнивать различные типы экосистем как открытых систем, развивающихся в динамическом равновесии с условиями внешней среды.

Модель была идентифицирована по данным разных типов экосистем. Оказалось, что почвенные горизонты дерново-подзолистой почвы (экосистема хвойного леса) содержат обновляемое органическое вещество массой 133 т/га и могут полностью обновиться за период времени порядка 80 лет. Горизонты серой лесной почвы (экосистема широколиственного леса) содержат около 250 т/га органики и обновляются за период около 180–200 лет. А вот почвенный профиль типичного чернозема, содержащий органическое вещество в 825 т/га при среднем ежегодном опаде в 11,2 т/га/год, может полностью обновиться (или восстановиться) за период не менее 350–500 лет (см. график внизу страницы).

Любое изменение условий среды вызывает изменение скорости разложения органического вещества (вследствие изменения активности почвенной биоты). Затем происходит изменение количества и состава органического вещества в горизонтах почвы и изменение всего почвенного профиля. Нетрудно заметить, что при значительных нарушениях в экосистеме наибольшее время для восстановления полного почвенного профиля нужно экосистеме степи.

Посадка же лесной плантации в степи приведет не просто к количественному и качественному изменению опада, но к принципиальной смене фитоценоза. За этим должно последовать изменение всей структурно-функциональной организации экосистемы, включая почву. Если уж доводить до абсурда идею «киотских лесов», то нужно засадить ими типичный чернозем! Кстати, подобные попытки – использовать элемент одной экосистемы для «улучшения» другой – уже известны в истории. Германия во время Второй мировой войны железнодорожными составами вывозила украинский чернозем в надежде сделать более плодородными свои земли. Но в условиях иной экосистемы чернозем быстро деградировал, превратившись в конечном итоге в серую лесную почву. Ведь почва – живой компонент экосистемы. И начиная преобразования в одном функциональном блоке, мы должны задуматься о возможном изменении в другом.

Конечно, степная зона содержит участки, пригодные для произрастания лесной растительности – это балки, понижения, поймы рек; в лесостепной зоне – высокие берега рек (нагорные дубравы). Небольшие лесозащитные полосы также уместны на нередких в степной зоне полностью распаханных территориях. Однако коренной тип растительности степей, растительность открытых пространств степной зоны – это травянистые сообщества с доминированием злаков. Об этом нужно помнить при организации масштабных работ в степи.

Подчеркнем главную мысль – посадка значительных участков леса в степной зоне приведет, в конечном итоге, к изменению типа экосистемы. Под лесом через несколько десятков лет начнет меняться почва, преобразуясь из черноземов в серую лесную, гораздо менее плодородную, менее богатую гумусом и доступными микроэлементами. А для восстановления плодородных черноземов потребуются уже не десятки, а сотни лет.

Поэтому, с точки зрения рациональности землепользования, необходимо исключить посадки леса на месте степей и сосредоточиться на восстановлении именно сведенных лесов. Проще изменить критерии в рамках Киотского процесса, чем потом пытаться восстановить полноценную степную экосистему.

В этой связи целесообразно было бы усиление влияния заповедников на решения администраций примыкающих территорий. Определенные надежды на возрастание роли биосферных заповедников в природоохранном регулировании регионов дает Севильская стратегия биосферных резерватов (1995) и Мадридский план действий по биосферным резерватам (2007). Принятые на Международных конгрессах по охране природы, эти документы дополняют Концепцию устойчивого развития (Рио-де-Жанейро, 1992) и нацелены на устранение противоречий между конфликтующими целями развития – сохранением биологического разнообразия и социально-экономическим ростом регионов. После принятия Севильской стратегии изменился основной вектор деятельности биосферных заповедников – от решения преимущественно природоохранных задач к координации и интеграции политики природопользования вмещающих регионов. Таким образом, биосферные резерваты должны стать регулирующим ядром территории и получить право и возможность влиять на социально-экономическую политику муниципальных образований, входящих в охранную зону вокруг заповедного ядра. Наше правительство одобрило эти документы. Логично добиваться реального участия биосферных заповедников в управлении природоохранными мероприятиями, чтобы в пределах охранных зон и биосферных полигонов ни одно такое мероприятие не проводилось без их ведома. В свою очередь, биосферные заповедники должны поддерживать тесный контакт с академическими институтами и вузами страны.

Ковда В.А., Бугровский В.В., Керженцев А.С., Зеленская Н.Н. Модель трансформации органического вещества в почве для количественного изучения функций почвы в экосистеме // Доклады АН СССР, 1990. 312 (3). 759–762
Смелянский И. Киотский процесс угрожает степям России // СБ, 2009, № 26. 36–37.

Контакт:
Надежда Николаевна Зеленская
Институт фундаментальных проблем
биологии РАН (ИФПБ РАН)
142274 Московская обл., Серпуховской р-н,
г. Пущино, ул. Институтская, 2
или
Приокско-Террасный биосферный заповедник
142274 Московская обл., Серпуховской р-н, п/о Данки
Тел.: (4967) 73 28 48 (ИФПБ РАН),
(4967) 70 71 45 (ПТЗ)
Факс: (4967) 70 71 49
E-mail: zelen_1@rambler.ru






Наверх
315 просмотров



Сибирский экологический центр
Центр охраны дикой природы
Проект ПРООН/ГЭФ по степным ООПТ России
Казахстанская ассоциация сохранения биоразнообразия
Об издании

Популярное
ПРООН ГЭФ Минприроды России