Ю. Колесник - Современное состояние биосферы и экологическая политика
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:
, (14)
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.
(16)
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;
