Почему старый лес нельзя посадить заново?

Кажется, вырубили — посадите 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 воткнёте.

1. грибница соединяет корни разных деревьев
2. старый лес: связи копились десятилетиями
3. посадка: деревья есть, связей нет

Есть и вторая, неочевидная роль. Пока лес растёт, он вытягивает углекислый газ из воздуха и запирает углерод в древесине, корнях и почве. Причём в северном лесу около четырёх пятых углерода хранится не в живых деревьях, а в почве, подстилке и валеже — там, где его меньше всего замечают¹.

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.

Почему именно столетиями, показывает простой баланс. Запас углерода в почве $C$ пополняется опадом и отмершими корнями $I$ (т C/га в год), а разложение уносит долю запаса $k$ в год:

$$\frac{dC}{dt}=I-kC.$$

Запас растёт к равновесию $C_{\text{eq}}=I/k$ с постоянной времени $\tau=1/k=C_{\text{eq}}/I$, а 95 % равновесия достигается за $3\tau$. Для запаса 190 т/га это $\tau=190/I$ лет. Например, при условном поступлении $I=2$ т C/га в год получаем $\tau\approx95$ лет, то есть около трёх веков до почти полного запаса. Молодая посадка поставляет в почву опад, но поступление мало, и быстро запас не набрать.

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.

1. годы → десятилетия → века
2. пустошь
3. травы
4. кустарник
5. молодой лес
6. старый лес

Сколько углерода где лежит. В северном лесу углерод распределён неочевидно: в живых деревьях около 50 т на гектар, а в почве, подстилке и валеже — почти вчетверо больше, около 190 т/га¹. Иначе говоря, четыре пятых леса как хранилища — это то, чего не видно и чего нельзя посадить; после сплошной рубки поступление в этот запас прекращается, а копился он веками.

Кто открыл. Что лес — не собрание деревьев, а сообщество, связанное почвой, климатом и историей, первым сформулировал Георгий Морозов в «Учении о лесе» 1912 года — с него начинается русское лесоведение, и его ученики создали понятие типа леса. Последовательную смену сообществ на пустоши — сукцессию — описал американец Фредерик Клементс в 1916 году. А что деревья в старом лесу связаны под землёй общей грибницей и передают по ней углерод, показала в 1997 году канадка Сюзанна Симард, пометив берёзу и пихту разными изотопами углерода и проследив, как метка переходит от одной к другой².

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.
• Копится долго, а рубка бьёт прежде всего по подстилке. Почвенный углерод копится сотни лет. После сплошной рубки сильнее всего теряет подстилка: обобщения измерений в умеренных лесах дают потери до 30 % её углерода, а углерод минеральных горизонтов в целом остаётся близким к уровню нетронутого леса⁵. В северных лесах Скандинавии и Канады подстилка теряла около 30 лет подряд: в минимуме на 23 % углерода в ельниках и на 14 % в сосняках, причём ельники не вернулись к исходному уровню и через 53 года, а в минеральных слоях до 20 см изменений не нашли⁶. Главная потеря другая: с рубкой прекращается поступление опада и корней, и лес десятилетиями не возвращает то, что накопил за века. Быстро восстановить запас посадкой нельзя — 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.

Отдельный спор — о подземной сети. Опыт Симард показал перенос меченого углерода между берёзой и пихтой, но какую роль микоризные сети играют в жизни деревьев, остаётся предметом обсуждения: авторы обзора 2023 года указывают на смещение цитирования в пользу положительных результатов и на то, что для ряда популярных утверждений, например о передаче ресурсов и защитных сигналов по сети, данных недостаточно³.

Открытый вопрос. Сколько лет нужно посадке, чтобы стать лесом? Для древостоя ответ есть — век; для остального он зависит от группы организмов. В мета-анализе 90 работ по умеренным и бореальным лесам лучшая оценка срока, за который разнообразие эктомикоризных грибов выходит на уровень старого леса, — около 90 лет, эпифитных лишайников — около 180, жуков, живущих в мёртвой древесине, — около 60, а верхняя граница оценки для каждой из групп — «не восстанавливается вовсе»⁴. Для грибов на валеже и в подстилке отличий от старого леса не нашли. Возможно, для самых медленных групп ответ — «столько же, сколько прошло», и тогда сажать нужно, но считать лес восстановленным нельзя.