Известно, что самую высокую лесистость на Д В имеет Приморский край – 165,9 тыс. км2. Современное состояние дальневосточных лесов, к сожалению, нельзя признать удовлетворительным. Интенсивная вырубка, частые лесные пожары и загрязнение территорий леса промышленными выбросами – все это привело к тому, что произошло резкое сокращение площадей ценных кедровых, пихтово-еловых и долинных широколиственных лесов и увеличение доли малоценных лиственных. На больших пространствах образовались кустарниковые пустоши, мари, заболоченные луга и болота (Урусов и др., 2002, с. 62–63).
Сегодня в Приморье уже имеется 7 % земель, не покрытых лесом. Напомним, что на 1 января 1983 г. леса гослесфонда занимали 11,1 млн га, или 67 % территории (Урусов с соавт., 2002, с. 73–74). На 1 января 2005 г. общая площадь лесного фонда Приморского края составила 11855,6 тыс. га, в том числе покрытых лесом 11373, 4 тыс. га (96 %).
Следует заметить, что, согласно сообщениям СМИ, в последние годы в крае отмечаются огромные по площади лесные пожары, а также хищническая вырубка ценных пород и их сбыт в зарубежные страны (Китай и др.).
Тогда за счет чего же увеличилась площадь, занимаемая лесом? По породам общие запасы леса следующие:
1) общая площадь, покрытая лесом, 11 373, тыс. га с общим запасом леса – 1752,41 млн м3;
2) площадь хвойных – 6369, 3 тыс. га с общим запасом – 1158,2 млн м3;
3) площадь кедровых лесов – 2169, 7 тыс. га с общим запасом – 423, 85 млн м3;
4) площадь твердолиственных (дуб, клен, береза желтая, ясень и др.) – 3099,2 тыс. га с общим запасом – 372,88 млн м3 (цит. по: Берсенев с соавт., 2006, с. 11).
Сокращение площадей, не покрытых лесом, – 118,7 тыс. га, в том числе гари – 40,6 тыс. га.
В пересчете на один га это составило, соответственно:
хвойных – 182 м3/га (1158 млн м3/6369 тыс. га);
кедра – 200 м3/га;
твердолиственных пород – 120, 4 м3/га.
При плотности древесины (взяты для исчислений средние показатели):
кедр – 0,55 г/см3
сосна и ель – 0,45 г/см3;
береза – 0,7 г/см3;
ясень – 0,7 г/см3;
дуб – 0,8 г/см3 (в среднем 0,45 + 0,7 + 0,7 + 0,8 + 0,45)/5 = 0,62) (Кошкин, Ширкевич, 1980, с. 33).
Следовательно, запасы древесины леса в единицах фитомассы составят, соответственно:
хвойных – 819 ц/га (450 кг/м3 182 м3/га);
кедра – 1100 ц/га;
твердолиственных – 746,5 ц/га.
В целом по всем породам леса плотность древесины должна быть равна – 0,54 г/см2 (0,45 + 0,55 + 0,62)/3.
Мы не будем касаться вопросов, связанных с рациональным введением лесного хозяйства, а обратим внимание на то, что человек потерял в результате интенсивной вырубки леса. Способен ли этот процесс внести свой негативный вклад в нарушение принципа Ле Шателье в современной биосфере?
Напомним, что в настоящее время происходит быстрое увеличение в атмосфере концентрации СО2.
Известно (Лархер, 1978, с. 141), что в процессах фотосинтеза и дыхания обмен углекислоты и обмен кислорода связаны друг с другом. Именно процесс фотосинтеза ответственен за выделение кислорода, который обеспечивает живые организмы нормальным дыханием.
Подсчитано, что наземные и морские (фитопланктон и макрофиты) растения выделяют ежегодно в атмосферу 70 109 т кислорода. На долю леса приходится 55 109 т. В умеренной зоне 1 га леса весной и летом выделяет в среднем 25 кг О2 в день (Лархер, 1978, с. 143).
Для последующих оценок будем исходить из представлений, что флору Приморья (да и всего Дальнего Востока) природа (эволюция) запрограммировала такой, которую мы в настоящее время и воспринимаем.
Что же собой представляет программирование урожая? Программирование урожайности отличается как от прогнозирования, так и от планирования. Это заблаговременное предопределение и направление процессов формирования урожая по заранее составленной программе с учетом физико-географических, почвенно-климатических факторов и биологических особенностей культивируемых растений. Точнее, сущность оптимизации программирования заключается в отыскании наивыгоднейшего варианта количественного и качественного сочетания основных факторов внешней среды, когда в каждом конкретном случае обеспечивается наибольшая, экономически целесообразная продуктивность возделываемых культур (Климова с соавт., 1974). Но это прямое участие человека в процессе продуцирования растений.
Можно подойти к пониманию идеи программирования урожаев несколько иначе. За длительный исторический период природа как бы «сама» создала на данной территории такие условия, которые стали наиболее оптимальными для произрастания растений и которые выработали адаптивные механизмы, позволившие им освоить искомую площадь наилучшим образом. Критерием данного «программирования» лесов (до вмешательства человека) было существование в Приморье обильных лесов.
Высокая продуктивность растений возможна при полной обеспеченности их всеми факторами жизни. Первым таким фактором является фотосинтетическая активная радиация (ФАР), которая участвует в процессах фотосинтеза и равна ц=40–50 % от общей, приходящей на данную местность и время, солнечной радиации. Поэтому первым этапом программирования урожая является определение максимально возможного (потенциального) урожая (Ymax), величина которого зависит от приходящей за вегетационный период ФАР и коэффициента (q) использования растениями приходящей ФАР на формирование биомассы (%). ФАР зависит еще и от широты местности, числа суммарной, прямой и рассеянной радиации Солнца и других величин. Этот показатель можно определить в соответствии со следующей закономерностью (Быков и Зеленский, 1982, с. 14–24):
Офар = Ос, (13)
где Qc – суммарная (интегральная) радиация Солнца, – коэффициент, равный 0,43-0,49.
Зная ФАР, можно определить коэффициент полезного действия фотосинтеза растений (q = к. п. д.) как долю или процент падающей энергии, которая запасается в конечных продуктах фотосинтеза:
где Ymax – фитомасса растений (кг/га), Е – количество заключенной в растении энергии (ккал/кг), и Qфар – приходящая фар (ккал/га).
Энергетическую эффективность фотосинтеза можно еще выразить как (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24):
q = Кфар Рпогл Fэтц Wзам, (15)
где приведенные в (15) зкоэффициенты имеют, соответственно, следующие обозначения – коэффициент перехода от потока суммарной радиации к потоку ФАР, примем равным 0,47; второй коэффициент учитывает долю падающей ФАР поглощенной растениями. Естественно его величина зависит от плотности и структуры (архитектоники) распределения растений, пигмента, физиологического состояния растений и т. д. Примем в среднем за верхний предел поглощения ФАР лесом 0,85.
Третий коэффициент показывает долю ФАР, запасенную в первичных продуктах фотосинтеза (ЭТЦ – электротранспортная цепь).
Известно, что на восстановление одной молекулы СО2 до уровня углеводов требуется 4 электрона, а перенос каждого из них по ЭТЦ осуществляется эстафетой по Z-схеме двумя квантами света. Квантовый выход фотосинтеза таков, когда количество молекул реагирующего углекислого газа на квант света, который поглощается при фотосинтезе, равен приблизительно 0,25. Следовательно, на восстановление одной молекулы СО2 расходуется 4 кванта (hv) красного света (Лебедев, 1982, с. 151). Многочисленные экспериментальные определения квантовых выходов фотосинтеза показали, что при восстановлении одной молекулы СО2 поглощается 8-12 квантов света, или 8 энштейнов ФАР. Средний энштейн ФАР Солнца соответствует монохроматическому свету с длиной волны 575 нм. Его величина равна 49,7 ккал. При 8-квантовом расходе энергии, затрачивается на восстановление 1 моля СО2, до уровня крахмала, – 49,7 8 = 397,6 ккал. Калорийность крахмала равна 114 ккал/моль углерода, отсюда эффективность использования ФАР составляет Fэта = 0,286. Четвертый коэффициент в формуле (15) учитывает энергозатраты растения на разнообразные жизненные функции, связанные с дыханием, обменом и передвижением веществ, делением и размножением клеток. При средних температурах 20–25 С эти расходы органического вещества на свету и в темноте составляют приблизительно одну треть того, что первоначально запасается при фотосинтезе. Поэтому искомый коэффициент равен Жзап=1 – 0,333 = 0,667. Калорийность сухого вещества фитомассы находится в пределах 4,5 ± 0,5 ккал/г (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24). Рассмотренные величины позволят оценить потенциальную продуктивность (Ymax) растений в любом районе, где имеются данные о приходе солнечной радиации за выбранный промежуток времени (неделя, месяц, вегетационный период). Следует заметить, что показатель Ymax определяется как максимальный прирост сухой фитомассы за исследуемый период времени в расчете на единицу площади произрастания растений.
где у =10, коэффициент согласованности размерностей в правой и левой частях равенства (16).
По количеству солнечного тепла Приморье занимает одно из первых мест в нашей стране, не уступая даже таким территориям, как Крым и Черноморское побережье Кавказа. За год на территорию Приморья поступает солнечного тепла (110–115 ккал/см2). Наибольший приток солнечного тепла происходит зимой (8085 % от теоретически расчетного количества), потому что в это время отмечается наибольшее количество дней с безоблачным небом. Летом значительная пасмурность и туманы снижают приток прямой лучистой энергии и, наоборот, увеличивают долю рассеянной (которая в это время составляет 40–50 % от суммарной радиации). Общее количество солнечного тепла:
во Владивостоке, окруженном со всех сторон морем, достигает 120 ккал/см2;
в то время как в Санкт-Петербурге оно равно 82 ккал/см2;
в Карадаге (Крым) – 124 ккал/см2;
в Ташкенте – 134 ккал/см2.
За год на широте Приморья приход солнечной радиации равен 140–160 ккал/см2. Согласно оценкам Н. А. Ефимовой (1966, с. 7077), в муссонных областях Дальнего Востока ФАР уменьшается, по сравнению с другими районами, до 6 ккал/см2 в месяц. Примем эту величину равной 6-7ккал/см2 в месяц. Калорийность сухого вещества фитомассы по данным В. Лархер (1978, с. 133–134) следующая:
листопадные растения (средняя из данных калорийности листьев, древесных стволов и корней) – 4,4 ккал/г;
хвойных (хвоя и ствол) – 4,85 ккал/г.
Мы взяли для расчетов величину, равную 4,5 ккал/г. Тогда, в соответствии с формулой (16), имеем
Таким образом, при всех прочих оптимальных условиях, леса Приморья способны продуцировать максимально возможную фитомассу в абсолютно сухом измерении 216–252 ц/га в месяц. Если перевести эти величины в сырой вес (влажность 90–95 %), то цифра увеличится до 1971–4104 (при ФАР 6 ккал/см2) и 22684788 ц/га (при ФАР 7 ккал/см2) в месяц. Такой выход продукции в реальных условиях не достижим в силу того, что существуют объективные факторы, влияющие на снижение интенсивности продуцирования растений:
не всегда оптимальная в кронах концентрация СО2;
фактор влагообеспеченности растений;
колебание ФАР (облачность и др.);
неустойчивость температурного режима (сумма активных температур);
эдафическиее условия (лимит NPK) и другие причины.
Примем за среднюю фитомассу леса величину из трех величин пород деревьев, исчисленную нами выше (хвойные, кедр, твердолиственные) – 889 ц/га. Видно, что максимально возможный урожай превышает ее в 2–5 раз. Способов увеличить продуктивность леса, как это практикуется в отношении сельскохозяйственных культур, нет. Поэтому ее величина была предопределена всей историей воспроизводства растений на этой широте. Исходя из этих данных, можно утверждать, что неразумные эксперименты с лесом чреваты серьезными последствиями для его дальнейшей судьбы. Пожары, вырубки и другие вмешательства в жизнь леса, исходя из не очень высокой его воспроизводительной способности быстро наращивать фитомассу, – очень опасны.
Эти факты специалистам известны.
Но можно поставить еще один вопрос: сколько кислорода выделил бы лес, если бы он произрастал на изъятой территории в 119 тыс. га? (Здесь мы округлили приведенную выше цифру.)
Проделаем ряд ориентировочных расчетов. По отношению к общей площади, занятой лесом, изъятая часть составит 0,011 (119 тыс. га/11373,4 тыс. га). Можно полагать, что запас леса должен составить на данной площади (округленно) около 2 млн м3 (0,011 1752,41 млн м3) или 11 108кг (2 106м3 540 кг/м3).
Допустим, что в условиях климата Приморья на площади 1 га леса выделялось бы 25–30 кг О2 в день. Тогда за вегетационный период с данной площади в атмосферу выделилось бы за день 119 0 00 (25 – 30) = 3 1 06 – 3,65 1 06кг О2.
Согласно литературным данным (Лархер, 1978, с. 64):
листопадные растения поглощают за один час до 15–25 мг СО2 на 1 г сухого веса;
хвойные деревья – 3-18 мг СО2.
В среднем по всем породам, растения поглощают 15, 4 мг СО2 на 1 г сухого их веса. Отсюда, за световой день, равный в летний период 15–16 часам исчисленная фитомасса (в сухом весе, принятой нами 5 % влажности) смогла бы связать примерно 8 108 л СО2, а за вегетационный период – 13 1010 л (8 108 150).
Таким образом, даже приблизительные оценки свидетельствует, что потери леса ведут к снижению их регулирующей роли газового состава атмосферы, причем потери этого процесса могут быть значительны.
Анализ данных по состоянию окружающей среды Приморья указывает на то, что она находится в измененном состоянии. Исходя из этого экологическая политика, формируемая по отношению к странам АТР, должна строиться с учетом данного факта. Какие здесь возможны подходы?