До недавнего времени считалось, что леса как весьма сложно устроенные экосистемы обладают сравнительно высокой устойчивостью к антропогенным воздействиям, в частности, играют важную роль в очищении атмосферы от вредных примесей — продуктов деятельности промышленных предприятий, транспорта, энергетики и др. и способны противостоять влиянию низких хронических концентраций загрязняющих атмосферу веществ — поллютантов.
Поэтому основные усилия в изучении их воздействия были сосредоточены на ближайшем окружении непосредственных источников эмиссий — заводов, электростанций, городов и т. п. В качестве критериев так называемых допустимых уровней загрязнения природной среды, в том числе лесов, использовали ПДВ (предельно допустимые выбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации). Они положены в основу системы первичных (по отношению к человеку) и вторичных (по отношению к растительности) экологических стандартов, цель которых нормировать локальные острые воздействия поллютантов на природные экосистемы. Следствием ориентации на экологические стандарты, регламентирующие ПДВ и ПДК, явилось развитие контроля воздействия человека на биосферу, базирующееся на принципе нормирования уровней локального загрязнения путем разбавления, рассредоточения в пространстве и времени поллютантов. Тем самым создались условия для увеличения уровня хронического воздействия их низких доз на биосферу.
В настоящее время благодаря сумме известных разнообразных фактов реакции лесных экосистем на антропогенные воздействия и в первую очередь на загрязнение атмосферы вредными эмиссиями произошли существенные изменения в развитии теоретических представлений об устойчивости экосистем. Накопленные мировой наукой данные серьезно поколебали оптимистические концепции конца 70-х — начала 80-х годов об упругой устойчивости лесных экосистем в ответ на длительное поглощение низких доз поллютантов.
До проведения в 1957—1967 гг. Международной биологической программы (МБП) лесам отводилась второстепенная роль в продукции фитомассы и кислорода на Земле, а ведущая (80 % фитомассы и кислорода) — океану. Анализ результатов МБП и новые данные Международной программы «Человек и Биосфера» изменили эту точку зрения. Несмотря на то, что суша составляет 29,7 % общей площади поверхности земного шара, именно она ежегодно производит 64 % фитомассы, в том числе леса — 60 %, при этом на долю тропических (на 1980 г.) приходится 56 %, умеренного пояса — 21, таежных — 14, прочей древесной и кустарниковой растительности — около 3 %, тундры, степей, пустынь, саванн, сельскохозяйственной и т. д. — остальное.
Общая лесная площадь планеты составляет, по данным ФАО, примерно 4,2 млрд га, в том числе покрытая лесом — 3 855 967 тыс. га, из них 2 598 922 тыс. га — листопадные и 1 260 045 тыс. га — хвойные. Из общего запаса органического вещества 90 % сконцентрировано в лесах. В сравнении с общеизвестными на уровне ландшафтов жизненно важными функциями лесов глобальное значение имеет производство кислорода и древесины. Убыль кислорода в атмосфере пока никак не регистрируется, хотя и признается, что биосфера не восполняет антропогенного расхода. Глобальные оценки его содержания как продукта жизнедеятельности растений исходят из оценок продуктивности основных экосистем земли с учетом занимаемой ими площади. Последняя же постоянно убывает по мере развития человеческой цивилизации.
За последние 20-30 лет средняя лесистость на планете снизилась с 29 до 27 %, запас древесины — с 360 до 336 млрд м3. Ежегодный прирост ее оценивается в 3,6 млрд м3, или около 1 м3/га, тогда как объем лесозаготовок составляет 3 млрд м3, а к 2000 г. он достигнет по прогнозам 5—7 млрд м3. Как видим, цифры весьма красноречивы, особенно если принять во внимание, что оценки эти сделаны без учета глобального снижения прироста, ухудшения состояния, да и просто деградации лесов вследствие антропогенного загрязнения биосферы.
Особую тревогу вызывает состояние тропических и хвойных лесов. Первыми из них занято сейчас 0,95 млрд га. Ожидается, что к 2000 г. площадь их уменьшится на 12 %, а к 2050 г. — до 0,5 млрд га. Следовательно, если объем лесозаготовок и процесс антропогенной деградации лесов останутся на прежнем уровне, то к концу XXI в., т. е. через 100 лет, они теоретически будут полностью сведены, что адекватно глобальной экологической катастрофе, последствия которой непредсказуемы.
Территория СССР относится к наиболее лесистым в мире: при общей площади лесного фонда 1,26 млрд га покрыто лесом 0,81 млрд га. По площади на долю наших лесов приходится более 1/5 имеющихся на планете, по запасам — свыше 1/3, в том числе хвойной древесины — почти 60 %. Лесистость страны оценивается в 36 %, т. е. больше среднемировой (27 %). На начало 80-х годов на одного человека приходилось 2,38 га лесов; среднемировой показатель почти в 3 раза ниже, а из стран умеренного климата он выше лишь в Финляндии (4,16 га), Швеции (3,19 га) и Канаде (13,36 га). С 1961 г. в целом для СССР характерно непрерывное увеличение площади лесов (с 0,74 млрд га в 1961 г. до 0,81 млрд га в 1984 г.) и общего запаса древесины (с 80,2 до 85,9 млрд м3), но последовательное снижение запаса спелой и перестойной — с 73,1 до 60,2 %. В среднем лесные экосистемы создают ежегодно примерно 3 млрд т фитомассы, поглощая из атмосферы около 5,5 млрд т двуокиси углерода и выделяют в атмосферу около 4,25 млрд т кислорода, т. е. вносят существенный вклад в его глобальный баланс.
На проведенном в сентябре 1984 г. в Страсбурге (Франция) симпозиуме Международного союза лесных научно-исследовательских организаций по проблеме «Воздействия человека на лес» оценен в глобальном масштабе процесс убыли лесов и все более ощутимого ухудшения их состояния, особенно в промышленно развитых странах. Но тем не менее существующие на сегодняшний день методики оценок продуктивности лесных экосистем, среднегодового прироста исходят из предпосылок, разработанных до эпохи глобального антропогенного загрязнения биосферы. Необходимость же их коррекции стала очевидной еще до проведения в 1982 г. Стокгольмской конференции по кислотным дождям и вступления в силу 16 марта 1983 г. Международной конвенции о трансграничном переносе загрязнений воздуха на большие расстояния, разработанной в 1979 г. Один из протоколов предусматривает 30%-ное сокращение эмиссий соединений серы в атмосферу странами — участниками конвенции.
О проблеме антропогенного загрязнения биосферы заговорили в печати в конце 60-х годов. За прошедшее время она приобрела столь значительный международный резонанс, что включена ООН в список приоритетных глобальных задач человечества. Это обусловлено в первую очередь опасным для здоровья и жизни людей загрязнением атмосферы городов и разрушением биоты вблизи индустриальных центров. Вначале леса рассматривались лишь как фильтр, особое значение придавалось способности древесной растительности поглощать пыль, газ и т. п. Практически лесам отводилась умозрительная функция аппарата самоочищения биосферы от антропогенного загрязнения атмосферы. Например, среди бесценных полезностей отмечались такие, как способность 1 га елового леса ежегодно задерживать 30 т пыли, соснового — 36, дубового — 56 т; общее содержание пылевых частиц (оксидов, золы, сажи и т. п.) под пологом в 20—500 раз меньше, чем в городе. Но в начале 70-х годов сначала в Европе, затем в США и Канаде появились тревожные сообщения о симптомах поражения крон хвойных пород, увеличении отпада и ухудшения санитарного состояния лесов. Стало очевидным, что помимо импактного загрязнения (т. е. локального поражения поллютантами в дозах, намного превышающих фоновый уровень их содержания в атмосфере, приводящего к быстрой гибели лесов) существует вполне реальная угроза медленного, но необратимого разрушения лесных экосистем под воздействием хронического фонового загрязнения поллютантами, чему способствуют принятые экологические стандарты по ПДВ и ПДК и построенная на их основе система контроля загрязнения атмосферы. Проведенные в 1984-1985 гг. международные симпозиумы по кислотным осадкам и атмосферным загрязнениям, заседания группы перспективных исследований НАТО по проблеме «Воздействия атмосферных поллютантов на лесные, водно-болотные и сельскохозяйственные экосистемы» подтвердили обоснованность этих опасений.
В настоящее время проблема деградации лесов вследствие антропогенного загрязнения атмосферы особенно обострилась в Западной Европе (ФРГ, Австрия, Швейцария, Франция), а также в Польше и Чехословакии, отдельных территориях США и Канады, ряде районов Тихоокеанского региона. В ФРГ деградировало более 50 % лесов, в Голландии — около 50, Швейцарии — свыше 30, Швеции — почти 30, Норвегии — в среднем 20 % (от 10 до 40 % по разным оценкам). Быстрыми темпами деградируют горные пихтовые и еловые леса. Эпицентры бедствий — горные массивы в ФРГ, ГДР, ЧССР, ПНР. Стремительно усыхают Судеты, 25 % хвойных лесов Вогезов (Франция) охвачены деградацией. В США с 1985 г. проводится Национальная программа по оценке кислотных осадков, вызванная к жизни катастрофическим состоянием лесов в ряде северо-восточных и западных штатов. Аналогичная проблема стоит перед Канадой в приграничных с США районах.
Некоторым исключением на сегодняшний день являются леса Японии, где при высоком уровне развития промышленности явные признаки гибели лесов отсутствуют даже в горах; инструментальными методами удалось обнаружить лишь замедление роста деревьев. Такая ситуация объясняется островным положением страны: поллютанты распространяются в основном над поверхностью океана.
Происходящее в разных странах разрушение лесных биогеоценозов приобретает характер экологического кризиса именно потому, что является следствием не одной какой-либо причины угнетения лесов: например, выпадения кислотных осадков, увеличения концентрации озона, глобальных флуктуаций климата, снижения резистентности к вредителям и болезням и т. п. Очевидно, что существует сложное взаимодействие антропогенных и природных стресс-факторов, вызывающих дестабилизацию биогеоценотических процессов, снижение прироста и в ряде случаев гибель древостоев. По-видимому, при взаимодействии они взаимно усиливаются (синергизм), что наиболее наглядно видно на примере лесов Западной Европы.
В 1986 г. страны — члены Экономической комиссии ООН для Европы приняли протокол по международной кооперации в мониторинге состояния лесов Европы в связи с проблемой их деградации. Согласно этому протоколу, введены единые процедуры мониторинга и оценки состояния лесов, в частности химического анализа листвы на постоянных пробных площадях. В качестве оценок последствий повреждения лесов атмосферными поллютантами рассматриваются: стресс-симптомы на растительные клетки; микроскопические повреждения листвы (хвои); концентрация поллютантов или их производных в листве (хвое); концентрация поллютантов или их производных в почве; уменьшение прироста древесины; цветовые изменения листвы (хвои); потери листвы (хвои) в терминах плотности полога.
При осуществлении широкомасштабной программы оценки деградации лесов в Европе использовали в основном два показателя состояния лесов, фиксируемых на аэрокосмических снимках: степень обесцвечивания и потери листвы (хвои). При расчетах запаса поврежденных насаждений и потерь прироста учитывали, что изменение окраски листвы (хвои) зависит от множества факторов — от плодородия почвы до высоты над уровнем моря, а потеря до 25 % хвои не сопровождается измеряемым снижением радиального прироста. Выделено пять категорий состояния деревьев в зависимости от сочетания уровней дефолиации и обесцвечивания крон: 0 — здоровые, I — слабо-, II — средне, III — сильноповрежденные, IV — погибшие. На основе оценок составлены карты состояния лесов и сделаны расчеты потерь запаса. Для большинства стран — членов европейской комиссии ООН представлены данные за 1984, 1985 и 1986 гг., для ФРГ и ПР и за 1983 г. Даже при самом критическом отношении к проделанной в рамках этой программы работе анализ опубликованных результатов однозначно фиксирует катастрофу с лесосырьевыми ресурсами. По данным на 1986 г., только в слабоповрежденных хвойных лесах установлено ежегодное увеличение поврежденного запаса: для Австрии 34,7 % общего запаса, Болгарии — 25,3, Чехо-Словакии — 32,8, Франции — 25,2, ФРГ — 24, Венгрии — 11,4, Нидерландов — 20,5, Польши — 6,3, Испании — 21,2, Швейцарии — 36, Великобритании — 39,4, Югославии — 15,1, Норвегии — 16,9 %. При этом нельзя забывать, что запас древесины здесь составляет в среднем 10-кратный объем годовых лесозаготовок. Учитывая средне — и сильноповрежденные, а также погибшие от эмиссий леса, надо признать, что процессом деградации охвачено уже около 20 % хвойных и лиственных насаждений.
Анализ результатов долговременных исследований воздействия газообразных поллютантов (озон, серный ангидрид, фториды, окислы азота), проведенных в восточных районах Северной Америки, показывает, что хроническое воздействие их в низких концентрациях на протяжении 1955—1978 гг. привело к снижению на 30—50 % годового прироста у хвойных пород. Внешние симптомы заключаются в незначительном некрозе хвои, уменьшении ее длины и т. п. Причем для районов, подвергающихся хроническому загрязнению, например, двуокисью серы, характерна повышенная встречаемость рака-серянки (смоляного рака) сосен, тогда как в неподвергающихся этот возбудитель отсутствует.
Активизация таких стресс-факторов, как вредители и болезни леса, под воздействием хронического загрязнения лесов, в частности кислотных дождей — один из злободневнейших вопросов проблемы деградации лесов в целом. Вопрос поставлен, исследования ведутся и уже показали, что опенок и короеды могут оказать решающее воздействие на судьбу слабоповрежденных лесов.
Физиология прямого повреждающего воздействия атмосферных поллютантов на растения и косвенного — через изменение биологической активности почвы и нарушения ионного баланса вследствие изменения кислотности почв изучены с достаточной полнотой и останавливаться на них нет необходимости. Мы хотим обратить внимание лишь на два аспекта деградации лесов под воздействием антропогенного загрязнения.
Во-первых, очевидными стали снижение интенсивности фотосинтеза, замедление роста и уменьшение прироста деревьев в условиях хронического атмосферного загрязнения как наиболее общие следствия длительного воздействия низких (фоновых и околофоновых) концентраций поллютантов и прежде всего двуокиси серы, окислов азота, озона.
Во-вторых, еще неизбежны и на весьма продолжительный период эмиссии указанных поллютантов в атмосферу, несмотря на предпринимаемые усилия по их снижению, а значит, последствия будут не только существенными, но и длительными. Постепенное накопление в лесных экосистемах большого количества ксенобиотиков, изменяющих ход нормальных экологических процессов, будет ощущаться десятилетия, даже если эмиссии будут полностью прекращены. Необратимость медленного, подчас малозаметного воздействия низких концентраций поллютантов на леса проявляется в первую очередь в смене пород, как, например, в горном массиве «Грин Маунтэн» (штат Вермонт, США), в редукции площади и продуктивности наиболее чувствительных хвойных древостоев, изменении условий естественного возобновления.
По всей видимости, отмеченные аспекты в полной мере относятся и к лесам СССР, равновероятно с другими странами подверженных хроническому воздействию фоновых и околофоновых концентраций атмосферных поллютантов. Сказанным не исчерпываются все стороны проблемы глобальной деградации лесов. Нам хотелось отметить только те вопросы, учет которых необходим уже сейчас при определении и решении проблем лесного хозяйства.
Не преувеличивая остроты ситуации, было бы дальновидным критически осмыслить существующую систему взглядов на лес как на неиссякаемый ресурс, способный не только к самовоспроизводству, но и к саморегуляции. В изменяющихся условиях целесообразно пересмотреть концепцию обязательного доминирования хвойных пород в восстановлении леса со всеми вытекающими для народного хозяйства последствиями. Следует признать, что существенного снижения антропогенного загрязнения биосферы в ближайшие десятилетия не ожидается. Предпринимаемые сейчас усилия в изучении загрязнителей ориентированы на предупреждение острых локальных воздействий: ПДК, ПДВ, ПДУ. Проблема же, на наш взгляд, заключается не в разработке программы исследований и обеспечении их финансирования, а в изменении взгляда общества на еще 20 лет назад казавшееся вечным общенародное достояние — лес.
В числе первоочередных задач, требующих обсуждения и анализа, надо назвать следующие:
- необходимость уточнения и корректировки существующих прогнозных оценок продуктивности лесов в основных лесосырьевых районах, подвергающихся хроническому воздействию сравнительно низких концентраций двуокиси серы, окислов азота и озона, с учетом возможного снижения прироста. Экономические последствия такой коррекции представляются столь конструктивными, что очевидна потребность в незамедлительном анализе ситуации хотя бы на уровне моделей и средних оценок ожидаемых потерь прироста (как это было сделано, например, в рамках Национальной программы США но кислотным дождям, когда прогнозная оценка снижения прироста в двух лесосырьевых регионах на 10, 15 и 20 % показала, что совокупные потери только древесины на период с 1985 по 2030 г. составят 342,4; 446,8 и 510,1 млн долл, в ценах 1984 г.);
- пересмотр планов строительства и размещения производительных сил, переоценка роли рекреационных лесов в поддержании уровня жизни народа, потребность в которых определяется ожидаемой деградацией лесов вблизи промышленных центров и городов вплоть до полной гибели отдельных массивов (на отдельных участках европейской части страны, Урала и Сибири это уже сейчас наблюдается).
Требуется переоценка стратегии восстановления лесов хвойными породами. В целях сохранения их жизненно важных ландшафтных функций необходимо изменить отношение к естественной смене пород, доминированию лиственных и хвойно-лиственных насаждений. Экономические последствия этого для целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности, по-видимому, адекватны практически полной реконструкции отраслей в связи с переходом на новые технологии.
Из сказанного следует, что уже в кратчайшие сроки необходимо упорядочить проводимые различными организациями экологические исследования по оценке последствий антропогенного загрязнения лесов для их структуры, функционирования и продуктивности. Результаты этих исследований должны быть не только полезными Госкомлесу СССР, ответственному перед народом и правительством за легкие планеты, но и доступными широкой общественности, так как будущее лесов — это будущее страны.