Почему старый лес нельзя посадить заново

Кажется, вырубил — посади саженцы, и через сколько-то лет лес вернётся. Но старый лес — это не только деревья. Это почва, корни, грибница, мхи, насекомые, птицы и — главное — десятилетиями накопленные связи между ними: кто кого кормит, кто чьи семена разносит, чья грибница оплетает чьи корни. Именно эта паутина связей делает лес устойчивой экосистемой, и саженцами её не воткнёшь.

Есть и вторая, неочевидная роль. Пока лес растёт, он вытягивает углекислый газ из воздуха и запирает углерод в древесине, корнях и почве. Причём до половины углерода лесной экосистемы хранится не в стволах, а в почве и лесной подстилке — там, где его меньше всего замечают.

Чтобы понять, почему это так долго восстанавливается, нужно посмотреть, как лес вообще становится лесом.

Лес не возникает разом. После пожара, вырубки или на пустоши участок проходит череду стадий — экологическую сукцессию: сперва травы, затем кустарники и быстрый молодняк (берёза, осина), и лишь через многие десятилетия — теневыносливые хвойные. Старовозрастный тёмнохвойный лес — это итог многовековой смены сообществ, а не результат одной посадки¹.

В основе всего — фотосинтез, которым лес и берёт углерод из воздуха:

$$ 6\,CO_2 + 6\,H_2O \;\to\; C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 $$

модель

Часть связанного углерода остаётся надолго: в древесине, корнях, валежнике, подстилке и почве. Молодые посадки фотосинтезируют бодро, но запас углерода в почве и сеть связей нарастают медленно, столетиями, — потому-то «быстро посадить заново» именно старый лес и нельзя.

Где работает тот же закон?

Сукцессия идёт в любой потревоженной экосистеме — на заброшенном поле, на остывшей лаве, на отмели. И всюду одно правило: зрелое сообщество — продукт времени, а не мгновенной сборки. Поэтому восстановление степи, болота или кораллового рифа измеряют десятилетиями, а то и веками.

Старовозрастный лес представляет собой сложную систему взаимосвязей, которая формировалась сотни лет. Чтобы разобраться, почему невозможно восстановить такую экосистему простым высаживанием деревьев, рассмотрим подробнее процессы накопления углерода и формирования биоразнообразия.

Углеродный цикл Основной процесс, благодаря которому лес накапливает углерод, — это фотосинтез. Деревья поглощают $\text{CO}2$, воду ($\text{H}_2\text{O}$) и солнечную энергию, превращая их в глюкозу ($C_6H_2$). Реакция выглядит следующим образом:}O_6$) и кислород ($\text{O

$$ 6\,\text{CO}2 + 6\,\text{H}_2\text{O}\quad\overset{\text{свет}}{\rightarrow}\quad C_6H_2 $$}O_6 + 6\,\text{O

модель

Однако часть углерода возвращается обратно в атмосферу через дыхание растений и микроорганизмов, а также через разложение органического вещества. Баланс этих процессов определяет общий углеродный бюджет леса.

Молодой лес активно растёт и потребляет большое количество $\text{CO}_2$. Однако большая часть углерода содержится не в живых растениях, а в мертвых остатках древесины, гумусе и почвенных микроорганизмах. Например, в бореальных лесах примерно половина общего углерода находится в почве и лесной подстилке ¹. Эти запасы формируются постепенно, в течение многих десятилетий и даже веков.

При вырубке леса эти запасы высвобождаются в атмосферу гораздо быстрее, чем они были накоплены. Почвы теряют свою структуру, микроорганизмы начинают активно перерабатывать мертвую органику, выделяя $\text{CO}_2$.

Биологическое разнообразие Кроме того, старый лес обладает высоким уровнем биологического разнообразия. Различные виды животных, грибов, бактерий и других организмов формируют сложные сети взаимодействий, которые обеспечивают устойчивость системы. Например, грибы-микоризы образуют симбиотические отношения с корнями деревьев, помогая им усваивать питательные вещества из почвы. Насекомые опыляют растения, распространяют семена и регулируют численность вредителей.

Эти взаимодействия развиваются годами и зависят от наличия определенных видов растений и условий среды. При уничтожении старого леса большинство таких связей разрушаются, и воссоздать их искусственно практически невозможно.

Количественные оценки Рассмотрим пример расчета углеродного баланса для типичного северного леса. Плотность углерода в древостое составляет около $100\,\text{т}/\text{га}$, а в почве — порядка $200\,\text{т}/\text{га}$ ². Таким образом, общая плотность углерода достигает $300\,\text{т}/\text{га}$. При вырубке леса большая часть этой массы может вернуться в атмосферу в виде $\text{CO}_2$ в течение нескольких десятков лет.

Для восстановления такого количества углерода потребуется несколько поколений молодых лесов, каждый из которых будет расти десятки лет. Даже если начать посадку сразу после вырубки, полное восстановление займет минимум сто лет.

Таким образом, ценность старого леса заключается не столько в количестве деревьев, сколько в многолетних запасах углерода и сложившихся биологических сетях. Простое высаживание деревьев не способно заменить эту уникальную экосистему.

Границы бухгалтерии углерода — Молодой лес растёт быстрее — но копит меньше. Прирост биомассы у молодняка выше, чем у старого древостоя, и на этом строится довод в пользу вырубки с последующей посадкой. Он верен только для стволовой древесины. Если считать весь запас — почву, подстилку, корни, валеж, — старый лес держит вдвое-втрое больше углерода на гектар, и накапливался этот запас столетиями. — Скорость потери несопоставима со скоростью накопления. Почвенный углерод копится сотни лет, а после сплошной рубки уходит за 10–20 лет: нарушенная подстилка прогревается, разложение ускоряется. Восстановить запас посадкой нельзя в принципе — можно только дождаться. — Не всякая гарь — потеря. Низовой пожар в сосняке часть углерода переводит в устойчивый уголь, который живёт в почве тысячелетиями. Простое «сгорело — значит потеряно» здесь не работает.

Чего не восстановить посадкой Посадка воспроизводит древостой, но не лес. Не воспроизводятся: сеть микоризных грибов, связывающая корни разных деревьев; сообщество разрушителей древесины, которому нужен крупный валеж — стволы толще 30 сантиметров, появляющиеся только в старом лесу; виды, живущие исключительно в дуплах, а дупло образуется за десятилетия. Отсюда и лесоводческая практика: при рубках стараются оставлять единичные крупные деревья и валеж — не из эстетики, а как носители этих сообществ.

О чём спорят Считать ли старовозрастный лес углеродно-нейтральным — предмет давнего спора. Классическая точка зрения: в климаксной стадии прирост уравновешен разложением, и нетто-поглощение близко к нулю. Измерения последних двух десятилетий на вышках потоков показывают, что многие старые леса продолжают поглощать углерод, хотя и медленно. Расхождение существенно для политики: если старый лес нейтрален, его рубка и замена молодняком выглядит выгодной; если он остаётся стоком — нет.

Открытый вопрос Как точно оценить потери углерода при вырубке старого леса и скорость его возвращения в молодой посадке? Современные исследования дают разные результаты, и точный ответ на этот вопрос важен для понимания возможности компенсации потерь углерода путем создания новых лесных массивов.