В последние десятилетия в лесах России ухудшается состояние темнохвойных. Кедры, пихты и ели усыхают в сибирской тайге: в Прибайкалье, в горах Восточного и Западного Саяна и Кузнецкого Алатау. Усыхают ельники и в лесах европейской части России, и в Белоруссии, и на Украине, и в Прибалтике, и в странах Восточной и Западной Европы. Ухудшение состояния хвойных наблюдается в лесах бореальной зоны в целом, включая Северную Америку. Визуально усыхание проявляется в изменении цвета хвои: она становится серовато-зеленой, а при гибели пихты или кедра резко изменяет цвет на красный (лесоводы называют их "рыжиками"). Съемка из космоса в различных спектральных диапазонах позволяет определять площади повреждений.
Фото: Вячеслав Харук
Фото: Вячеслав Харук
Фото: Вячеслав Харук
Фото: Вячеслав Харук
В Прибайкалье триггером усыхания стали засухи
При неблагоприятных условиях уменьшается прирост. Величину и динамику прироста удобно прослеживать по изменению структуры и ширины годичных колец. Сопоставляя изменения в динамике прироста с экологическими условиями (температура воздуха, условия влагообеспечения, дефицит влажности) и с воздействием насекомых-вредителей, можно выявить основные факторы, влияющие на состояние древесного растения.
Дефицит влажности воздуха
Так, в горно-таежных лесах Прибайкалья, где в последнее время наблюдается усыхание кедровников и пихтарников хребта Хамар-Дабан, в хронологии индекса прироста (ИП) кедра, начиная с 1980-х годов, прослеживается негативный тренд (r2 = 0.69). Снижение прироста происходило на фоне возрастания индекса сухости (r2 = 0.72). То есть наблюдается тесная связь величины прироста с индексом сухости SPEI . На фоне общего возрастания засушливости триггером усыхания стали периодические засухи, разделившие древостой на два класса: "усыхающий" и "выживший".
Индекс сухости (SPEI)
Усыхает на Хамар-Дабане и пихта. При этом усыхание не связано с перестойностью, то есть старением насаждений: средний возраст кедра составляет 105 лет, пихты — 90 лет. Подрост же как кедра, так и пихты в целом жизнеспособен: он защищен от избыточной эвапотранспирации верхним пологом.
Фото: Вячеслав Харук
Что деревьям плохо, то вредителям хорошо
Здоровое дерево защищено от насекомых: когда жуки делают насечки на коре, пробуя дерево "на зуб", они получают в ответ такую дозу смолы, после которой грызть это дерево они больше не хотят. Однако ослабленные водным стрессом кедровники и пихтарники так защищаться уже не способны. Все обследованные усыхающие и погибшие деревья были заселены либо "отработаны" стволовыми вредителями; отмечались повреждения корневыми фитопатогенами.
Возрастание аридности климата и повышение температуры воздуха ослабляют хвойные, но благоприятны для многих насекомых-вредителей. К примеру, численность популяции жуков-короедов растет, они расширяют ареал, продвигаются на север и в высокогорья. Возрастающая длительность вегетационного периода позволяет жукам быстрее проходить генеративный цикл. Благоприятствует насекомым и сокращение холодных дождливых периодов весной и ранних осенних заморозков.
Наибольшие площади усыхания наблюдаются в пихтарниках, произрастающих в низкогорьях Восточного Саяна и на Чулымо-Енисейской равнине. Ослабленные водным стрессом деревья добивают насекомые-вредители. Проснулся уже долгое время дремавший уссурийский полиграф — маленький, со спичечную головку вредоносный жучок-агрессор, который потеснил черного пихтового усача, традиционного вредителя сибирских лесов.
Активизируются и старые враги сибирской тайги — такие как сибирский шелкопряд. Масштабная вспышка этого вредителя наблюдается сейчас на территориях около 300 тыс. гектаров в Красноярском крае, более 400 тыс. гектаров в Томской области, десятках тысяч гектаров в Кемеровской и Иркутской областях. Причем "сибиряк" (как в обиходе именуют его энтомологи), в отличие от стволовых вредителей, повреждает и неослабленные, здоровые кедрово-пихтовые древостои. Более того, шелкопряд готовит кормовую базу для короедов и ксилофагов: в "шелкопрядниках", в зонах погубленного шелкопрядом леса, всегда происходит размножение этих вторичных вредителей леса.
Насекомые-вредители вносят вклад и в статистику пожаров: погибшие древостои и возникающие на их месте травяно-кустарниковые сообщества — прекрасный горючий материал, способствующий возникновению и распространению лесных пожаров.
Проблема горимости наших лесов под воздействием изменений климата --тема для отдельной статьи. Отметим лишь, что данные лаборатории мониторинга леса Института леса им. В.Н. Сукачева показывают, что увеличение частоты и площади лесных пожаров в Сибири в последние десятилетия связаны с повышением температуры воздуха, усилением засушливости и удлинением периода пожарной опасности в лесах.
Этого крошечного жука-короеда, Dendroctonus ponderosae, родственника врага сибирских пихтарников Polygraphus proximus, называют главной причиной гибели миллионов гектаров хвойных в лесах Америки
Фото: Вячеслав Харук
Несмотря на потери, деревья идут в гору
Кедр и пихта нередко формируют смешанные древостои, причем усыхание охватывает преимущественно южную часть ареалов этих видов.
Распределение участков с усыханием древостоев тесно коррелирует с аномалиями влажности почвы (r2=0.98), а также с индексом сухости. Это указывает на возрастание засушливости климата как на первопричину гибели древостоев. Усыхание внутри ареалов кедра и пихты обусловлено рельефом: оно возникает там, где риск водного стресса максимален, а именно, на выпуклых склонах преимущественно юго-западной экспозиции. Причем усыхание тем сильнее, чем круче склоны. По градиенту высоты оно сосредоточено преимущественно на высотах ниже 1000-1200 м. Выше, в горах, увлажнение возрастает, увеличивается и время окутывания деревьев туманом и облаками. А ведь кедр и пихта — "деревья туманов", весьма чувствительные к влажности воздуха.
В темнохвойных лесах Хамар-Дабана погибшие древостои занимают примерно 10% общей площади. В низкогорьях и равнинах подзоны южной тайги в преимущественно пихтовых древостоях усыхание достигает 30% занятой темнохвойниками площади. В официальной статистике данные об общей площади повреждений отсутствуют.
Зато потепление климата открывает возможности для продвижения кедра и пихты на север, в зону доминирования лиственницы, а также для миграции в зону горной, альпийской тундры. Как на севере, так и в высокогорьях рост растений лимитируется, как правило, температурой; стало теплее, улучшились условия произрастания — и деревья "пошли в гору".
И хотя повышение температуры воздуха и возрастание засушливости климата негативно влияют на кедр и пихту в южной части их местообитания, в средней и северной тайге, а также в высокогорьях изменение климата в целом для них благоприятно. В условиях достаточного увлажнения (высокогорья, подзоны средней и северной тайги) величина годичного прироста деревьев возрастает до 30-50% по сравнению с тем, что наблюдалось сто лет назад. Продвигаются на север и границы темнохвойных древостоев, возрастает сомкнутость древостоев.
В выигрыше и лиственница, основная лесообразующая порода России: по имеющимся у нас данным, лиственница продвигается в зону северной и альпийской тундры, а лиственничные древостои увеличивают продуктивность.
Прогноз
В XXI веке наиболее вероятно дальнейшее повышение температуры воздуха и возрастание засушливости климата в различных частях бореальной зоны. Наряду с собственно ослаблением древостоев это спровоцирует вспышки массового размножения насекомых-вредителей, что в сочетании с возрастающим водным стрессом может привести к элиминации кедра и пихты в части их ареалов. Вероятно, их заменят более засухоустойчивые виды — такие как сосна, лиственница, береза.
Необходимо разработать стратегию лесовосстановления, которая учитывала бы "миграцию" ареалов хвойных под воздействием климатических изменений. В частности, бессмысленно восстанавливать кедровники и пихтарники в зонах, где эколого-климатические условия изменились и больше не пригодны для этих видов. Конструктивным решением станет замена кедра и пихты в этих зонах засухоустойчивыми видами древесной флоры.
Кедр и пихта — деревья влаголюбивые, "деревья туманов"
Фото: Вячеслав Харук
Почему темнохвойные столь чувствительны к засухе
Чувствительность кедра, ели и пихты к засухе обусловлена в первую очередь высоким индексом листовой поверхности (ИЛП, отношение суммарной площади листвы всех растений к площади, на которой указанные растения произрастают). Если у "светлохвойных" сосняков величина ИЛП составляет 3-4, то у темнохвойных она достигает 7-8. Чем выше ИЛП, тем выше величина эвапотранспирации, испарения и тем больше влаги необходимо для их успешного произрастания. В горных условиях это усугубляется узким корнеобитаемым слоем, расположенным нередко в хорошо дренированных почвах, подстилаемых горными породами, что препятствует аккумулированию влаги в почве.
Губительна для вечнозеленых хвойных и весенняя атмосферная засуха, когда почва еще не оттаяла, влага недоступна, а воздух уже прогрет и хвоя активно испаряет влагу, что приводит к ее десикации, иссушению. Кроме того, при положительных температурах воздуха (а в солнечные дни и при отрицательных, поскольку температура хвои при водном стрессе может существенно превышать температуру воздуха) активируется фотосинтез, что в условиях недостатка влаги ведет к деструкции хлорофилла. В некоторые годы с ранней, теплой весной хвоя пихты и кедра "краснеет" на пространствах, охватывающих сотни километров.