Э. Г. Коломыц. Углеродный баланс и устойчивость лесных экосистем при глобальных изменениях климата. Экологические ресурсы бореальных лесов. М. : Наука, 2020. 423 с.

В своей новой книге  старейшина российского ландшафтоведения исследует проблему локальных откликов на глобальные изменения, которая давно находится в центре его внимания. Книга является итогом работы Э.Г. Коломыца в течение нескольких десятилетий по теме «Локальные механизмы и региональные закономерности организации, устойчивости и углеродного баланса лесных геосистем Волжского бассейна в условиях глобальных изменений климата». В условиях современных климатических изменений требуется не столько «борьба» с ними (это, скорее, публицистический оборот, опирающийся на версию об исключительно антропогенных причинах потепления), сколько адаптация деятельности человека, понимание возможных временных рамок тенденций и типов поведения разных геосистем.

В монографии предлагаются подходы к определению объема поглощения лесными экосистемами парниковых газов. По мнению автора, это создает основу для рекомендаций по внесению изменений в нормативно-правовую базу, регулирующую порядок определения поглощающей способности российских лесных биомов. В большинстве отечественных и зарубежных работ описываются представления о влияние леса на газообмен земной поверхности с атмосферой в условиях стационарного климата, и главным образом в современных условиях. Во временном аспекте оцениваются главным образом влияние пожаров, вырубок и возраста лесных насаждений на их углеродный обмен с атмосферой. До сих пор в весьма авторитетных источниках бытует представление о лесах как о «легких планеты» – неизменном поглотителе СО₂ и других парниковых газов. Э.Г. Коломыц аргументированно доказал, что леса умеренного пояса могут существенно изменять в процессе климатических колебаний удельную (на единицу площади) и суммарную (для той или иной территории) величину поглощения диоксида углерода на создание своей фитомассы и формирование массы лабильного гумуса в почве.

Ландшафтно-экологический подход подразумевает не только массовый фактический материал на топологическом уровне, но и выявление хорологического разнообразия, отношений между пространственными элементами и возникающих в результате такого взаимодействия эмерджентных эффектов. Материалы натурных исследований автор использует не для проверки теоретических расчетов, а как фактологическую базу моделирования, что снижает субъективность моделей.

Основную часть рассуждений в книге Э.Г. Коломыц базирует на представлении о существовании экологического оптимума для каждого типа растительных сообществ и почв. Для решения предварительной задачи – определения связей между характеристиками, с одной стороны, почв и фитоценозов, а с другой – климатических условий – автор использует информационные модели, ранее многократно апробированные им на примере многих регионов и для разных задач: от динамики высотной поясности до функционирования городских систем. Применение этих моделей в географии с 1960-х годов оправдано тем, что они позволяют работать с качественными и количественными признаками без ограничений на вид распределения. Оптимум ландшафтных условий для типов сообществ или почв, по Э.Г. Коломыцу, определяется на основании выявления той части экологической ниши, на которую приходится преобладающая часть состояний (таксономическая норма). Если существует «анклав», то именно в этом направлении от оптимума (очага) будет трансгрессировать данная характеристика.

Далее автор представляет интересные рассуждения о связи между положением объектов исследования относительно оптимума ниши и их устойчивостью при климатических изменениях. По матрицам отношений включения данного объекта с другими объектами типологического ряда рассчитываются два показателя. Индекс доминирования характеризует общий уровень структурного и функционального развития. Показатель значимости объекта в геопространстве отображает запас его гомеостатичности (упруго-пластичной устойчивости) – этот параметр дает представление о сукцессионно-восстановительном потенциале при внешнем воздействии. Предложенный подход весьма перспективен для выявления наиболее вероятных структурных преобразований экосистем. Мера потенциальной устойчивости выражена через объем и мощность экологических ниш. Объем ниши определен через число градаций фактора, охваченных нишей. Считается, что устойчивость повышается при увеличении объема ниши и уменьшении относительной частоты ее оптимальной градации. По комбинации этих двух показателей выделены четыре типа климатических ниш растительных и почвенных объектов. Автор делает вывод о чувствительности каждого типа объектов к климатическим изменениям и степени развития механизмов адаптации. В зависимости от принадлежности к одному из четырех типов климатических ниш выводится степень развития адаптивных механизмов, которые носят эволюционный характер. В этой части книги несколько преждевременно делается вывод и об устойчивой способности поглощать парниковые газы для широколиственно-сосновых лесов Верхнего и Среднего Поволжья, пихто-ельников бассейна Камы и заволжских типчаково-ковыльных степей; основные расчеты углеродного баланса приводятся в следующих главах книги.

Поскольку хорошо известно, что для растительности в большинстве случаев лимитирующими факторами являются либо теплообеспеченность, либо влагообеспеченность, автор большое место уделяет сравнению «плювиальной» и «термической» толерантности групп формаций. Для структурно-функциональных перестроек растительного покрова верхневолжского сектора бореального экотона сделано заключение о более высокой значимости термического сигнала, по сравнению с плювиальным. В то же время континентальные условия и зоны недостаточного увлажнения предопределяют большую чувствительность к плювиальному сигналу. Чтобы избежать одномерности прогноза, в дальнейшем автор правомерно реализует расчеты по нескольким известным моделям климатических изменений (GISS, EGISS, HadCV3) – интенсивного термо-аридного и слабо выраженных холодно-гумидного и термо-аридного сценариев. Для каждого из них оцениваются возможные будущие реакции ландшафтов. Теория биотической регуляции окружающей среды апробирована для глобального уровня. Однако остается малоизвестным, какова регуляция углеродного цикла в локальном и региональном масштабах, где как раз зарождаются механизмы данного глобального процесса. Будем надеяться, что благодаря расчетам автора монографии, у поколений исследователей второй половины XXI в., живущих при новой климатической и ландшафтной обстановке, появится возможность сделать выводы о корректности прогнозов. Интересен вывод, что во всех зональных рядах почв имеются почвенные разности со значительными контрастами времени релаксации при изменении гидротермических условий. Автору удалось показать, что устойчивость фитобиотического и почвенного компонентов в таежной и более южных зонах могут находиться в противоположных соотношениях, что объясняет возможное длительное сохранение почвенных реликтов.

Особую научную ценность и новизну в работе Э.Г. Коломыца представляет то, что он исследует реакцию растительности, почв, углеродного баланса на климатические изменения не просто с использованием нескольких климатических сценариев, но для каждого из них дает дифференцированную оценку с учетом морфологии рельефа, положения в катене, почвообразующих пород.

Опираясь на модели климатических изменений, автор монографии дает прогнозы положения ландшафтных зон на разные периоды XXI и XXII вв. Этот сюжет является давним (как минимум, с 1980-х годов) предметом исследований автора монографии, в частности на примере Центрального Кавказа и Восточно-Европейской равнины. При этом автор ссылается на прогнозы положения зон на 2010–2030 гг., отраженные в литературе начала 1990-х годов. Очевидно, что сейчас самое время провести верификацию таких прогнозов 30–40-летней давности. К сожалению, в книге такая верификация отсутствует. Безусловно, подобная задача должна стать привлекательной для исследователей в ближайшее время. Это совершенно необходимо для развития и совершенствования методики прогнозирования, которая сложна применительно к климату как таковому, но еще сложнее – применительно к отклику ландшафтов, тем более с такой детальностью, как это сделано в рецензируемой монографии.

По результатам расчетов автора монографии, ожидаемое смещение ландшафтных зон на Восточно-Европейской равнине не будет тривиальным по типу «чем теплее климат, тем севернее сместятся зоны». Показано, что, например, в Среднем Поволжье будет происходить сближение бореально-боровых сообществ с лугово- и сухостепным и деградация неморальнолесного покрова. Светлохвойно-мелколиственная лесостепь (похожая на юг Средней Сибири) в некоторых ландшафтных условиях вытеснит широколиственную зону, а не просто заставит ее отступить севернее. Автор обращает внимание, что рост осадков не будет в достаточной степени компенсировать рост температур, особенно при легком гранулометрическом составе почв. Безусловно, наиболее сложный вопрос при составлении таких прогнозов – определение меры инертности почв по сравнению с растительным покровом.

Важная мысль автора монографии, опирающаяся на моделирование эффектов разных климатических сценариев, – метахронность ответной реакции зональных типов и подтипов растительных формаций на гидротермический сигнал. По его мнению, в случае роста аридности перестройка растительного покрова будет начинаться в лесостепной и степной зонах, а при росте гумидности – в средней и южной тайге, где приоритетной будет реакция на изменение температуры (основного лимитирующего фактора), а не влажности.

Ключевой раздел монографии – изменения углеродного баланса как следствие изменений климата. Используя углеродные коэффициенты, обильные полевые данные о биомассах разных ярусов фитоценоза и мортмасс и вегетационные индексы, автор оценивает будущие соотношения приходной и расходной частей баланса не по типичным биомам (как это обычно делается при имитационном моделировании), а по их геоморфологическим типам с учетом положения в катене. Норма углеродного баланса при этом рассчитывается как средневзвешенная по площади. Такой подход следует рассматривать как инновационный и повышающий точность оценок благодаря учету реальной пространственной организации ландшафтов. Исключительно важный результат – полученные оценки неодинаковых вкладов разных лесных и степных формаций в регулирование баланса углерода. В зависимости от положения в звене катены климатические тренды могут вызывать рост или снижение продуктивности, разные скорости высвобождения углерода из мортмасс. Например, прогнозируется, что при потеплении, некомпенсированном возможным ростом осадков, в сосняках углерод будет преимущественно накапливаться в противоположных звеньях. В верхних сухих звеньях катены это будет происходить благодаря торможению процессов разложения мортмасс и гумуса, а в аккумулятивных – благодаря росту биопродуктивности.

В монографии уделяется большое внимание соотношениям вкладов коренных и производных лесов в регулирование углеродного цикла. Эта задача нетрадиционна, ее решение автором не имеет аналогов в литературе. Сопоставляя углеродные балансы по коренным лесам и реальному покрову (с учетом производных), автор пришел к выводу, что замещение коренных лесов производными приводит к снижению положительной регуляции при потеплении и повышении отрицательной регуляции – при похолодании. Правда, усматривается неоднозначность в описанных автором общих и частных случаях. В одном из выводов говорится, что широкое распространение длительно-производных мелколиственных сообществ снижает суммарное дополнительное поглощение парниковых газов. Для Окского бассейна указывается, что постоянное наличие начальных стадий восстановительных сукцессий (вторичных мелколиственных лесов на месте подтаежных темнохвойных) в условиях повышенной гидроморфности при термоаридном сигнале будет способствовать избыточному накоплению массы углерода в растущей древесине. Вероятно, стоило более четко определить в заключительной главе, при каких условиях могут существовать исключения из общего правила. На примере конкретного экорегиона автор провел методом множественной регрессии численный эксперимент по оценке влияния упруго-пластичной устойчивости лесных формаций (как индикатора их адаптационного потенциала) на углеродный баланс лесов. Тем самым было показано, что на ландшафтном уровне, в отличие от генетического уровня видов растений, регуляция среды и адаптация – два сопряженных взаимосвязанных процесса, не исключающих друг друга.

Поскольку в монографии рассматриваются три основных возможных регулятора углеродного цикла – живая фитомасса, мортмасса и гумус – особый интерес представляет вывод автора о соотношении их вкладов. По его мнению, продукционная ветвь метаболизма вносит решающий вклад. В то же время показано, в определенных ландшафтных условиях основные изменения будут происходить за счет ускоренной эмиссии углерода из мортмасс, в основном – в сухих местообитаниях. Роль изменения запасов лабильного гумуса в регуляции углеродного баланса автор монографии считает второстепенной и преувеличенной в работах предшественников.

Работа Э.Г. Коломыца, безусловно, имеет большое фундаментальное и методическое значение. В то же время, нельзя не отметить, что полученные результаты предлагают основания для выбора стратегии лесопользования и лесоразведения в меняющихся климатических условиях. Независимо от того, естественные или антропогенные факторы вызывают потепление, выбор ассортимента пород должен опираться на их устойчивость в новых условиях с обязательным учетом позиции в рельефе, состава отложений и солярной экспозиции. Эффективность такого подхода убедительно продемонстрирована автором монографии.

В заключительной главе автор использует введенные им ранее безразмерные индексы упругой и резистентной устойчивости фитоценозов и почв, которые учитывают коэффициент годового оборота надземной фитомассы, подстилочно-опадный коэффициент, массу лесной подстилки, запасы гумуса. Лабильную фитоценотическую устойчивость автор считает возможным принять в качестве показателя общей устойчивости лесной экосистемы. Представлены карты индексов устойчивости для лесных формаций Окско-Волжского бассейна, которые могут быть использованы для планирования лесопользования. В результате установлено пять узловых типов функционального состояния лесных экосистем на основании экстремумов упругой устойчивости и прогнозируемого углеродного баланса – деградационный, адаптивный, оптимальный, субоптимальный и пессимальный. Для каждого из них указаны характерные типы лесных сообществ.

Новая монография Э.Г. Коломыца дает яркий пример количественных методов оценок и картографирования функциональной устойчивости лесных экосистем как целостных хорологических единиц, на основе дискретных параметров биологического круговорота (в духе учений Г.Н. Высоцкого, В.Н. Сукачева и Н.В. Тимофеева-Ресовского). Раскрывается феномен обострения горизонтальных (межкомплексных) связей как движущий силы климатогенных преобразований биогеоценозов, с переходом их от ареального типа устойчивости к миграционному типу. Переход с локального уровня на региональный осуществлялся с помощью разработанного автором метода индукционно-иерархической экстраполяции, который основан на выявленном им же свойстве полизональности локальных экосистем. По существу, проведен опыт разрешения противоречия между региональным масштабом природопользования и локальным масштабом сбора данных.

Следует отметить, что помимо большого общегеографического интереса, монография Э.Г. Коломыца вносит важный вклад в формирование теории ландшафтоведения, прежде всего – в вопросы структуры межкомпонентных отношений и устойчивости. Автор обращает внимание, что почти всегда отсутствуют взаимно однозначные связи между свойствами компонентов ландшафта. Связи с невысокой теснотой (в том числе некоторые из полученных автором) – это необязательно следствие методических неточностей или реально слабых взаимодействий. Даже если межкомпонентные связи слабы (но при этом достоверны!), то это часто свидетельствует о закономерном стремлении ландшафта сохранять запас устойчивости при изменении внешних условий, выстраивать разные «линии обороны». Кроме того, кажущаяся проблема «слабых связей» – это часто проблема варьирования видов зависимостей в пространстве, проблема выбора корректного масштаба для отражения тех или иных отношений, индицирующих процесс, наконец, – это проблема корректного выявления конкретных условий, благоприятных для того или иного типа взаимодействия. Книга Э.Г. Коломыца заставляет географов внимательнее относиться к своей основной «привилегии» – выявлять региональную и локальную специфику природных процессов и предлагать разумные способы адаптации хозяйственной деятельности к природным контрастам.

А. В. Хорошев
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, Москва, Россия