Решение экологических проблем и надежды человечества во многом связаны с переходом в перспективе на грамотное использование возобновимых ресурсов и разнообразных функций экосистем, управления ими. Это один из важнейших путей длительного и неистощительного природопользования при одновременном сохранении и поддержании стабильности биосферы, а следовательно, и окружающей человека среды. К сожалению, приходится констатировать, что до настоящего времени основные усилия и средства человечество направляет не на решение названных вопросов, а на нейтрализацию уже свершившихся отрицательных последствий своей деятельности (очистку вод, захоронение отходов, ликвидацию острых экологических ситуаций и т. п.). Люди постоянно выступают как бы в роли незадачливых пожарных, которые настолько заняты ликвидацией очагов огня, что им некогда подумать, а тем более искать пути для их предупреждения или хотя бы снижения вероятности возникновения. Ограниченное использование экосистемных методов неистощительного природопользования связано во многом с недостаточным вниманием к данной проблеме и, прежде всего, изучению многочисленных функций экосистем и управлению ими. Для экосистем суши к таким функциям, кроме продукционных по биомассе, относятся водоохранные, климаторегулирующие, санитарно-гигиенические, рекреационно-оздоровительные и другие. Они до настоящего времени используются, как правило, как пассивные (имманентные), сопутствующие биопродукгивным и сами собой проявляющиеся. Между тем во многих случаях эти функции по своему значению не уступают чисто продукционным и, более того, могут целенаправленно и экологически обоснованно управляться человеком. Такие подходы созвучны идеям В. И. Вернадского о ноосфере или развиваемой в последнее время концепции «устойчивого развития». Рассмотрим некоторые возможности экосистемного природопользования на примере использования лесных экосистем не только для получения древесины, но и для решения крайне актуальной проблемы водных ресурсов в отношении как объемов поступления их в источники, так и улучшения качественного состава. В настоящее время вопросы такого плана решаются в основном чисто техническими методами. Среди них можно назвать строительство водохранилищ, очистку вод техническими средствами, перераспределение ресурсов между отдельными регионами (по каналам, водоводам) и другие чуждые экосистемному принципу мероприятия. Не отрицая необходимости использования перечисленных и других технических методов, отметим, что многие из водохозяйственных задач могут решаться на уровне экосистем, в пределах естественных природных циклов. Рассмотрим их. Известно, что практически единственным источником поступления влаги на поверхность суши являются атмосферные осадки и лишь частично конденсационные явления (роса, иней, туманная капель и т. п.), а расходную часть составляет испарение и сток. Все элементы водного баланса выражаются в миллиметрах слоя воды за расчетный период либо в объемных значениях (м3, км3), отнесенных к определенной площади (га, км2), экосистеме или водосбору в целом. Первые три члена правой части формулы объединяют термином «суммарное испарение», или «эвапотранспирация», два последних - «суммарный сток». Из этого следует, что, изменяя суммарное испарение или отдельные его составляющие, можно в такой же степени изменять сток и поступление влаги в источники. Такие возможности на уровне экосистем, как будет показано ниже, существенны не только в теоретическом, но и в прикладном плане. Это возможно через замену одних экосистем другими либо посредством воздействия на отдельные структурные составляющие существующих экосистем, в том числе путем регулирования продолжительности отдельных стадий (серий) сукцессионного процесса. Например, применительно к лесным экосистемам такими составляющими являются видовой состав (в частности, участие доли хвойных или лиственных видов), густота фитоценозов, их пространственная и возрастная структура. Рассмотрим два варианта управления водными ресурсами через воздействия на экосистемы суши.
При сходных объемах прихода влаги в леса и на полевые угодья в них существенно различаются практически все расходные элементы баланса. Они представлены на рис. 29, из которого видно, что в лесах, по сравнению с полями, меньше поверхностный и больше подземный сток, а следовательно, благоприятнее и подземное питание рек. Эта закономерность практически не имеет исключений. Следствием ее является тот факт, что для рек, питающихся лесными водами, типичны меньшие колебания уровней по сезонам года (уровни ниже в периоды таяния снега и обильных дождей и выше в периоды засух и зимой). Лучше качественные показатели лесных вод (химические, биологические, тепловые), меньше вероятность бурных разрушительных паводков и эвтрофикации. Повышенный грунтовый сток с лесных водосборов обязательно связан с его охлаждающим влиянием на водные источники (температура родниковых вод обычно не превышает 5-6°С). Следовательно, с груновым питанием связана не только стабилизация уровней воды в реках, но и нейтрализация усиливающегося теплового загрязнения. Они же - практически единственный природный источник разбавления загрязненных вод и улучшения их качественного состава по химико-бактериологическим параметрам. Большее поступление влаги на питание фунтовых вод под лесами связано с хорошей (лучшей, чем на полях) водопроницаемостью почв (результат большей насыщенности корнями и продуктами их разложения, рыхлое сложение под защитой подстилки). Важную роль в гидрологических процессах лесов играет также отсутствие очагов концентрации поверхностного стока (в виде борозд, эрозионных размывов) и другие явления. С усиленным питанием грунтовых вод связывается обычно широко распространенное представление о благоприятном влиянии лесов на водность рек («Где лес - там и вода», «Леса - хранители вод», «Водоохранная роль лесов» и т. п.). Следовательно, лесные экосистемы, по сравнению с безлесными, характеризуются большими возможностями по изменению влагооборота в плане уменьшения поверхностного стока и увеличения подземного. По этой причине изменением соотношения площадей лесных и безлесных пространств человек может существенно изменять поступление воды в источники. Обычно такие изменения происходят в основном как сопутствующие решению других задач землепользования и связаны с сокращением площадей лесов, расширением территорий под пашнями, сенокосами, пастбищами, строениями, дорогами и т. п. Но они могут управляться и целенаправленно, с учетом решения конкретных задач природопользования.
Возможности управления водными ресурсами в пределах лесных водосборов
К настоящему времени соотношение земель, занятых лесными и иными угодьями, сохраняется довольно стабильным, и поэтому возможности управления водными ресурсами на этом уровне незначительны. Существенно больше такие возможности в пределах лесных экосистем, не переводя их в другие (не лесные) угодья. Рассмотрим их на примере результатов исследований, представленных на.рис. 30, из которого видно, что лиственные леса (из березы и осины) обеспечивают существенно большее поступление воды в источники (суммарный сток 239 мм/год), чем еловые леса (121 мм/год). Смешанные леса по данному, как и другим элементам водного баланса, занимают промежуточное положение (201 мм/год) соответственно доле участия в их составе лиственных и хвойных видов деревьев. В пределах значений этих различий стока возможно и управление водными ресурсами через изменение видового состава древостоев. Расчеты показывают, что увеличение стока с лесных площадей европейской части страны только на 10 мм/год (это примерно в 8-10 раз меньше потенциально возможного) соизмеримо с такими планировавшимися в свое время грандиозными мероприятиями, как переброска вод северных рек в вододефицитные южные районы. Заметим, что для перехода от слоя воды в мм к его объему в м3/га первую величину надо увеличить в 10 раз. Это значит, что дополнительный объем стока, равный 100-120 мм/год (см. рис.29), соответствует 1000-1200 м3 /га в год. Причины большего испарения (меньшего стока) в еловых лесах связаны с высокой плотностью их полога. В результате этого влага здесь довольно интенсивно расходуется на испарение не только летом, но и зимой. Снег, зависающий на плотных ветвях ели, испаряется в результате сублимационных явлений (минуя жидкую фазу). Лиственные леса в безлистном состоянии выступают как идеальные аккумуляторы влаги: зимой они легко и полностью пропускают под полог осадки, хорошо защищая их от последующего испарения. Кроме видового состава лесов, в качестве факторов управления их водным балансом можно использовать возраст и густоту. Материалы, относящиеся к этим вопросам, представлены на рисунках 31и 32. Из них видно, что водохозяйственный эффект от воздействия на эти элементы структуры также существенен, особенно в хвойных лесах, где в большей мере удается изменять плотность полога в процессе выращивания насаждений. За счет регулирования возраста и густоты еловых лесов можно получить дополнительно до 130-140 мм воды. В лиственных лесах этот эффект ограничивается 30-40 мм/год воды. Рассмотренные выше закономерности влагооборота экосистем свидетельствуют, таким образом, что листопадные леса более благоприятны в плане получения дополнительного количества воды практически во всех случаях. В то же время вечнозеленые хвойные леса представляют большие возможности для целенаправленного управления влагооборотом посредством изменения таких элементов их структуры, как возрастной состав и густота. Воздействием на сток и питание водных источников не ограничиваются возможности решения прикладных задач природопользования на уровне экосистем (табл.41). Например, для уменьшения риска заболачивания лесных почв и ряде случаев приходится решать задачи противоположного плана - увеличения испарения. Таким целям наиболее полно соответствуют густые темнохвойные леса. Они выступают как фактор биологической гидромелиорации (осушения). Леса все шире используются доя перехвата и последующей очистки вод, поступающих с сопредельных территорий (например, с полей, дорог, поселений и т. п.). Для этих целей наиболее целесообразны высокопродуктивные, с мощной лесной подстилкой и многоярусные (с кустарниками) хвойно-лиственные леса, способные аккумулировать, а затем очищать и переводить в подземный сток большие массы воды. Функции защиты берегов рек от разрушения водными потоками хорошо выполняют кустарники с мощной корневой системой. Особенно те из них, которые переносят длительное затопление паводками, противостоят ледоходу и быстро юсстанавливаются при повреждениях. Такие свойства наиболее типичны для многих ив. Древесные виды для этих целей менее подходящи. Деревья при размывании берегов могут усиливать их разрушение, выворачиваясь с корнями. В таком же плане можно решать и другие задачи: почвозащитные, полезащитные, путезащитные, противошумовые и т. п. Нельзя не обратить внимания на тот факт, что управление природными процессами на уровне экосистем нередко связано с одновременным решением нескольких задач, что требует поиска путей сочетания интересов различных отраслей хозяйства. В рассматриваемых нами случаях это касается лесного и водного хозяйств. Выше мы отмечали, что задачам увеличения стока и питания водных источников в наиболее полной мере отвечают леса из лиственных древесных видов. Производство же заинтересовано в получении хвойной древесины. Решить это противоречие можно следующим образом. На ранних этапах жизни лесов их выращивать как смешанные (хвойно-лиственные) с явным преобладанием в составе (до 70-80%) лиственных деревьев. С возрастом же видовой состав древостоев регулировать рубками ухода так, чтобы к моменту спелости леса сформировать древостой с явным преобладанием хвойных деревьев. Практически такие задачи решаемы. Аналогичные подходы можно использовать для регулирования других функций (средообразующей, углеродо поглощающей, кислородопродуцирующей, концентрационной и пр.). Подчеркнем, что такие подходы созвучны идеям В. И. Вернадского о ноосфере как разумном сочетании интересов человека с биосферными процессами и являются важнейшими для решения современных экологических проблем.
Возможности управления водными ресурсами посредством изменения облесенности водосборов
При сходных объемах прихода влаги в леса и на полевые угодья в них существенно различаются практически все расходные элементы баланса. Они представлены на рис. 29, из которого видно, что в лесах, по сравнению с полями, меньше поверхностный и больше подземный сток, а следовательно, благоприятнее и подземное питание рек. Эта закономерность практически не имеет исключений. Следствием ее является тот факт, что для рек, питающихся лесными водами, типичны меньшие колебания уровней по сезонам года (уровни ниже в периоды таяния снега и обильных дождей и выше в периоды засух и зимой). Лучше качественные показатели лесных вод (химические, биологические, тепловые), меньше вероятность бурных разрушительных паводков и эвтрофикации. Повышенный грунтовый сток с лесных водосборов обязательно связан с его охлаждающим влиянием на водные источники (температура родниковых вод обычно не превышает 5-6°С). Следовательно, с груновым питанием связана не только стабилизация уровней воды в реках, но и нейтрализация усиливающегося теплового загрязнения. Они же - практически единственный природный источник разбавления загрязненных вод и улучшения их качественного состава по химико-бактериологическим параметрам. Большее поступление влаги на питание фунтовых вод под лесами связано с хорошей (лучшей, чем на полях) водопроницаемостью почв (результат большей насыщенности корнями и продуктами их разложения, рыхлое сложение под защитой подстилки). Важную роль в гидрологических процессах лесов играет также отсутствие очагов концентрации поверхностного стока (в виде борозд, эрозионных размывов) и другие явления. С усиленным питанием грунтовых вод связывается обычно широко распространенное представление о благоприятном влиянии лесов на водность рек («Где лес - там и вода», «Леса - хранители вод», «Водоохранная роль лесов» и т. п.). Следовательно, лесные экосистемы, по сравнению с безлесными, характеризуются большими возможностями по изменению влагооборота в плане уменьшения поверхностного стока и увеличения подземного. По этой причине изменением соотношения площадей лесных и безлесных пространств человек может существенно изменять поступление воды в источники. Обычно такие изменения происходят в основном как сопутствующие решению других задач землепользования и связаны с сокращением площадей лесов, расширением территорий под пашнями, сенокосами, пастбищами, строениями, дорогами и т. п. Но они могут управляться и целенаправленно, с учетом решения конкретных задач природопользования.
Возможности управления водными ресурсами в пределах лесных водосборов
К настоящему времени соотношение земель, занятых лесными и иными угодьями, сохраняется довольно стабильным, и поэтому возможности управления водными ресурсами на этом уровне незначительны. Существенно больше такие возможности в пределах лесных экосистем, не переводя их в другие (не лесные) угодья. Рассмотрим их на примере результатов исследований, представленных на.рис. 30, из которого видно, что лиственные леса (из березы и осины) обеспечивают существенно большее поступление воды в источники (суммарный сток 239 мм/год), чем еловые леса (121 мм/год). Смешанные леса по данному, как и другим элементам водного баланса, занимают промежуточное положение (201 мм/год) соответственно доле участия в их составе лиственных и хвойных видов деревьев. В пределах значений этих различий стока возможно и управление водными ресурсами через изменение видового состава древостоев. Расчеты показывают, что увеличение стока с лесных площадей европейской части страны только на 10 мм/год (это примерно в 8-10 раз меньше потенциально возможного) соизмеримо с такими планировавшимися в свое время грандиозными мероприятиями, как переброска вод северных рек в вододефицитные южные районы. Заметим, что для перехода от слоя воды в мм к его объему в м3/га первую величину надо увеличить в 10 раз. Это значит, что дополнительный объем стока, равный 100-120 мм/год (см. рис.29), соответствует 1000-1200 м3 /га в год. Причины большего испарения (меньшего стока) в еловых лесах связаны с высокой плотностью их полога. В результате этого влага здесь довольно интенсивно расходуется на испарение не только летом, но и зимой. Снег, зависающий на плотных ветвях ели, испаряется в результате сублимационных явлений (минуя жидкую фазу). Лиственные леса в безлистном состоянии выступают как идеальные аккумуляторы влаги: зимой они легко и полностью пропускают под полог осадки, хорошо защищая их от последующего испарения. Кроме видового состава лесов, в качестве факторов управления их водным балансом можно использовать возраст и густоту. Материалы, относящиеся к этим вопросам, представлены на рисунках 31и 32. Из них видно, что водохозяйственный эффект от воздействия на эти элементы структуры также существенен, особенно в хвойных лесах, где в большей мере удается изменять плотность полога в процессе выращивания насаждений. За счет регулирования возраста и густоты еловых лесов можно получить дополнительно до 130-140 мм воды. В лиственных лесах этот эффект ограничивается 30-40 мм/год воды. Рассмотренные выше закономерности влагооборота экосистем свидетельствуют, таким образом, что листопадные леса более благоприятны в плане получения дополнительного количества воды практически во всех случаях. В то же время вечнозеленые хвойные леса представляют большие возможности для целенаправленного управления влагооборотом посредством изменения таких элементов их структуры, как возрастной состав и густота. Воздействием на сток и питание водных источников не ограничиваются возможности решения прикладных задач природопользования на уровне экосистем (табл.41). Например, для уменьшения риска заболачивания лесных почв и ряде случаев приходится решать задачи противоположного плана - увеличения испарения. Таким целям наиболее полно соответствуют густые темнохвойные леса. Они выступают как фактор биологической гидромелиорации (осушения). Леса все шире используются доя перехвата и последующей очистки вод, поступающих с сопредельных территорий (например, с полей, дорог, поселений и т. п.). Для этих целей наиболее целесообразны высокопродуктивные, с мощной лесной подстилкой и многоярусные (с кустарниками) хвойно-лиственные леса, способные аккумулировать, а затем очищать и переводить в подземный сток большие массы воды. Функции защиты берегов рек от разрушения водными потоками хорошо выполняют кустарники с мощной корневой системой. Особенно те из них, которые переносят длительное затопление паводками, противостоят ледоходу и быстро юсстанавливаются при повреждениях. Такие свойства наиболее типичны для многих ив. Древесные виды для этих целей менее подходящи. Деревья при размывании берегов могут усиливать их разрушение, выворачиваясь с корнями. В таком же плане можно решать и другие задачи: почвозащитные, полезащитные, путезащитные, противошумовые и т. п. Нельзя не обратить внимания на тот факт, что управление природными процессами на уровне экосистем нередко связано с одновременным решением нескольких задач, что требует поиска путей сочетания интересов различных отраслей хозяйства. В рассматриваемых нами случаях это касается лесного и водного хозяйств. Выше мы отмечали, что задачам увеличения стока и питания водных источников в наиболее полной мере отвечают леса из лиственных древесных видов. Производство же заинтересовано в получении хвойной древесины. Решить это противоречие можно следующим образом. На ранних этапах жизни лесов их выращивать как смешанные (хвойно-лиственные) с явным преобладанием в составе (до 70-80%) лиственных деревьев. С возрастом же видовой состав древостоев регулировать рубками ухода так, чтобы к моменту спелости леса сформировать древостой с явным преобладанием хвойных деревьев. Практически такие задачи решаемы. Аналогичные подходы можно использовать для регулирования других функций (средообразующей, углеродо поглощающей, кислородопродуцирующей, концентрационной и пр.). Подчеркнем, что такие подходы созвучны идеям В. И. Вернадского о ноосфере как разумном сочетании интересов человека с биосферными процессами и являются важнейшими для решения современных экологических проблем.
