Оценка вклада сибирских регионов в глобальной экологический баланс (на примере вклада сибирских лесов в кругооборот углерода)

DOI 10.12737/1205.2 
Е.А. Ваганов1

А.З. Швиденко2

ОЦЕНКА ВКЛАДА СИБИРСКИХ РЕГИОНОВ 
В ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ БАЛАНС 
(НА ПРИМЕРЕ ВКЛАДА СИБИРСКИХ ЛЕСОВ 

В КРУГООБОРОТ УГЛЕРОДА)

ВВЕДЕНИЕ

Территория Сибири является в современном мире важнейшим участ
ником поддержания экологического баланса: огромная по площади  и в 
значительной мере сохранившая девственную природу, она выступает 
важным резервуаром биологического разнообразия и играет значительную роль в глобальных биогеохимических циклах, в первую очередь 
в цикле углерода.

В данной статье показано значение бореальных лесов Сибири для 

поддержания баланса углерода в биосфере Земли, обсуждается влияние 
экзогенных факторов, в частности лесных пожаров, на характер и степень участия данных лесов в цикле углерода. В статье использованы 
данные по первичной продукции растительных экосистем России в 
целом и Сибири в частности, многолетние данные по эмиссии углерода 
в атмосферу вследствие пожаров растительности, особенно лесных пожаров, из публикаций  Е.А. Ваганова, А.З. Швиденко, Д.Г. Щепаченко 
и др.3

1 
Ваганов Евгений Александрович, академик РАН, доктор биологических наук, 
профессор, ректор Сибирского федерального университета (Красноярск, 
Россия).

2 
Швиденко Анатолий Зиновьевич, академик Международной академии информатизации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный 
сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН 
(Красноярск, Россия) и Международного института прикладного системного 
анализа (Австрия). 

3 
См.: Швиденко А.З., Щепаченко Д.Г., Ваганов Е.А., Нильссон С. Чистая первичная 
продукция лесных экосистем России: новая оценка // ДАН. 2008. № 421 (6). 
С. 822–825; Швиденко А.З., Щепаченко Д.Г., Ваганов Е.А., Сухинин А.И., Максютов Ш.Ш., МакКаллум И., Лакида И.П. Влияние природных пожаров в 
России 1998–2010 гг. на экосистемы и глобальный углеродный бюджет // ДАН. 
2011. № 441 (4). С. 544–548.

Важность указанной тематики обусловлена тем, что существующие 

эмпирические данные и прогнозные модели климата достаточно убедительно указывают на повышение концентрации углекислоты в атмосфере как основной фактор текущего потепления климата планеты. 
Необходимо переосмысление значимости бореальных лесов: они становятся важными не только и не столько в качестве ресурсной базы лесопромышленного комплекса, но прежде всего в качестве аккумулятора 
атмосферного углерода. В этой роли леса важны независимо от их расположения на поверхности Земли: вблизи или в отдаленности от густонаселенных и промышленно развитых регионов, их транспортной доступности и т. п. 

Оценки емкости так называемых резервуаров углерода на Земле в 

целом и основных его потоков таковы:
• содержание углерода в атмосфере — 750 Гт (гигатонн, т.е. млрд т);
• содержание углерода в растительном покрове суши — 610 Гт;
• содержание углерода в обменном слое почвы — 1 580 Гт.

Сжигание органического топлива обеспечивает постоянный поток 

углерода в атмосферу, оцениваемый в 5,5 Гт.

1. ОЦЕНКА МАСШТАБА УЧАСТИЯ БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСОВ СИБИРИ 

В КРУГООБОРОТЕ УГЛЕРОДА

Две трети всех бореальных лесов планеты приходится на Россию 

(более 40% углерода суши), при этом леса Сибири аккумулируют примерно 22–25% мирового углерода суши. Таким образом, особенности 
поглощающей способности растительности Сибири и ее изменение под 
воздействием антропогенных факторов имеют важное значение для общего планетарного бюджета углерода. 

Два главнейших потока обмена углерода между экосистемами и ат
мосферой — чистая первичная продукция (ЧПП) и гетеротрофное дыхание — определяют степень влияния растительности на глобальный 
углеродный бюджет. Будучи климатически обусловленной, ЧПП является объективным количественным показателем реакции экосистем на 
климатические изменения. Леса бореальной зоны являются основным 
стабилизирующим элементом функционирования климатической 
системы планеты в высоких широтах. Однако существующие оценки 
плотности ЧПП лесов России варьируют более чем в 2 раза (от 204 до 
614 г C/м2/год), что объясняется нечетким (fuzzy) характером изучаемого 
процесса, различным уровнем информационного обеспечения и научной обоснованности применяемых (достаточно разнообразных) методов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, часто 
значительные.

В табл. 1 представлены данные о ЧПП лесных экосистем России  в 

целом, а также ее европейской и азиатской частей, с учетом различий 
продуктивности хвойных и лиственных растений. Для оценки ЧПП 
лесов России был применен новый метод, при реализации которого ис

пользовались система моделей и данные учета Государственного лесного 
фонда (ГЛФ) 2003 г. Метод позволяет надежно оценивать погрешности 
определения ЧПП лесов и предоставляет потенциальные возможности 
для совершенствования методологии полного учета углеродного баланса 
лесных экосистем России путем интеграции эмпирических и теоретических методов и моделей. Оценка производилась по каждому лесному 
предприятию Министерства природных ресурсов России (порядка 
2000 предприятий),  а также по лесам других фондодержателей. Таблица 1 содержит агрегированные итоговые оценки.

Рисунок 1 демонстрирует пространственное распределение плот
ности ЧПП лесных экосистем в России: существуют отчетливые географические и высотные градиенты в данном распределении.

Анализ данных рис. 1 и табл. 1 показывает, что леса Сибири,  не
сколько уступая лесам европейской части по плотности ЧПП, более чем 
в 2 раза превосходят их по суммарной продуктивности.

Общая ЧПП всех российских лесов оценивается в 2308 Тг C/год, 

плотность ЧПП — 297 г C/м2/год. Из них 20,5% приходится на надземную древесину (из них 14,9% в древесине стволов). Больше половины 
ЧПП размещается в листьях (хвое) деревьев (27,7%) и корнях (28,7%), 
главным образом тонких, диаметром до 2 мм. Существенная часть ЧПП 
приходится на нижние ярусы — подрост и подлесок (6,5%) и напочвенный живой покров (16,8%). В среднем леса в Европейской России 
примерно на треть более продуктивны, чем леса в азиатской части 
страны (соответственно 371 и 277 г C/м2/год). Чистая первичная продукция лиственных пород заметно выше, чем хвойных (285 г C/м2/год в 
хвойных лесах, 391 г C/м2/год  в мягколиственных и 450 г C/м2/год в 

Рис. 1. Чистая первичная продукция лесных экосистем России

(по данным А. З. Швиденко и др.)  (+
)

Та б л и ц а  1

Чистая первичная продукция лесных экосистем России 

по основным фракциям фитомассы

Породы
ЧПП, Тг С/год
Плотность ЧПП, г C/м2/год

Европейская часть

Хвойные
В том числе:

сосна
ель
пихта
лиственница
кедр

314,9

136,1
172,5
2,9
1,1
2,3

303

288
315
369
276
253

Твердолиственные породы

В том числе дуб

Мягколиственные породы
В том числе:

береза
осина

Итого

47,6
33,2

267,4
192,9
40,8
631,2

751
785

451
435
417
371

Азиатская часть

Хвойные
В том числе:

сосна
ель
пихта
лиственница
кедр

Твердолиственные породы

В том числе дуб

Мягколиственные породы
В том числе:

береза
осина

Итого

1219,8

203,0
96,0
42,2
718,9
159,8
39,6
18,6
292,0

229,5
45,9

1676,4

281

252
323
274
269
383
304
550
349

345
324
277

Россия в целом

Хвойные
В том числе:

сосна
ель
пихта
лиственница
кедр

Твердолиственные породы

В том числе дуб

Мягколиственные породы
В том числе:

береза
осина

Итого

1534,6

339,0
268,5
45,1
720,0
162,1
87,3
51,8
559,4
422,4
86,8

2307,6

285

266
318
279
269
380
450
681
391
381
362
297

твердолиственных), что объясняется главным образом различием в величине ЧПП листьев и хвои. 

Приведенные данные позволяют уточнить прежние знания о вели
чине ЧПП лесов России и, следовательно, их углеродного бюджета, что 
существенно в условиях действия Киотского протокола. 

2. ПРИРОДНЫЕ ПОЖАРЫ — УГРОЗА ЛЕСАМ 

КАК АККУМУЛЯТОРАМ УГЛЕРОДА

Природные пожары являются наиболее опасным экзогенным нару
шением в естественных экосистемах России. В результате роста масштабов лесных пожаров сокращается вклад лесов в баланс углерода как 
его аккумуляторов, эмиссия СО2 возрастает до величин, сопоставимых 
с его выбросами промышленностью.

Климатические изменения последних трех десятилетий существенно 

усиливают угрозу возникновения и распространения разрушающих природных, особенно лесных, пожаров. Тренд увеличения температуры на 
территории России за последние 30 лет был значительно выше глобального: соответственно 0,51 и 0,17 °C/10 лет в 1976–2008 гг. Хотя в последние годы наблюдается некоторое замедление темпов глобального 
потепления, рост годовых температур в России продолжается. Среднее 
количество осадков по стране несколько увеличивается (0,71 мм/мес/ 
10 лет в 1976–2010 гг. в сравнении с базовым периодом 1961–1990 гг.), 
однако для юга европейской и континентальных районов азиатской 
частей России наблюдаемый тренд изменения количества осадков 
близок к нулю, а сухость климата (измеряемая, например, индексом 
суровости засухи Палмерса) значимо возрастает, сохраняя тенденции 
предыдущих десятилетий. Существенно увеличивается изменчивость 
погоды, выражающаяся в чередовании периодов с ливневыми осадками 
и длительных теплых сухих периодов, иногда с аномальной жарой, как 
летом 2010 г. в центре Европейской России. Подобные изменения климата создают угрозу возникновения и распространения на большие площади природных, в первую очередь лесных, пожаров высокой интенсивности, так называемых катастрофических пожаров. Такие пожары приводят к глубинной деградации экосистем и обеднению биоразнообразия, 
создают аномальное состояние атмосферы и сезонной погоды на огромных площадях, наносят значительный вред экономике и инфраструктуре, а также крайне негативно влияют на условия жизни и здоровье населения в регионах распространения пожаров. Эта ситуация 
усугубляется существенным снижением уровня управления природными 
ресурсами в стране, деградацией гражданского самосознания и разрушением профессиональных природоохранительных систем (в частности, 
практической ликвидацией государственной лесной охраны).

На протяжении последних двух десятилетий катастрофические по
жарные ситуации в различных регионах России, как правило, в ее азиатской части, наблюдаются почти ежегодно с повторяемостью около 

10 лет. Экологические последствия катастрофических пожаров значительны. По существующим оценкам, единичные или повторяющиеся 
катастрофические лесные пожары в течение последних лет увеличили в 
Дальневосточном регионе общую площадь территорий, лишенных леса, 
на 8 млн га. Около трети лесных площадей, пройденных такими пожарами, превращаются в непродуктивные территории, на которых естественное восстановление лесов не происходит в течение 2–3 циклов 
развития основных лесообразователей (т.е. 300–600 лет). Эти территории 
представлены в основном болотами (до 70%), мелкими кустарниками и 
травой (15%), рединами (10%), каменистыми полями и обнажениями (5%).

Общая площадь природных пожаров на территории России в 1998–

2010 гг. составила 106,9 · 106 га или в среднем 8,23 · 106 га/год, изменяясь 
от 4,2 (1999) до 17,3 · 106 га/год (2003) (рис. 2). Это в 5,9 раза больше, чем 
средняя годовая площадь пожаров по официальным данным за 2000–
2009 гг. — 1,40 · 106 га/год. Хотя некоторый тренд увеличения сгоревших 
площадей в пределах рассматриваемого периода наблюдается, статистически значимого подтверждения он не имеет.

Как правило, 90–95% площадей, пройденных пожарами, находится 

в азиатской части России, главным образом в ее южной половине. Исключением является 2010 г., когда беспрецедентная засуха и температурные аномалии вызвали катастрофическую вспышку пожаров в центральных областях европейской части России (рис. 3). Больше половины 
(59,3%) сгоревших площадей находится на покрытых лесом землях, 

Рис. 2. Площади природных пожаров и пожарные эмиссии углерода на территории 

России в 1998–2010 гг.: площади по оценке:

1 — авторов; 2 — GFED3; эмиссии по оценке: 3 — авторов; 4 — GFED3 (+
)

а вместе с рединами и поврежденными лесами (в основном старые гари 
и леса, поврежденные насекомыми) это практически две трети (65,1%). 
Значительная часть пожаров наблюдается на сельскохозяйственных 
землях, как правило, вследствие различного рода профилактических 
выжиганий (18,9% общей площади). Площади пожаров в естественных 
травяных и кустарниковых экосистемах составляют 8,7% и на болотах 
7,3% от общей площади, пройденной пожарами. 

В сезонном распределении площадей пожаров отчетливо выделяются 

два типа — весенний и позднелетний. Первому свойствен пик распространения пожаров весной, вскоре после схода снежного покрова и до 
зеленения растительности. Второй тип имеет приближенно равномерное 
распределение площадей, иногда с усилением к концу пожароопасного 
сезона, что является следствием аномально засушливых весны и лета. 
Для таких сезонов (1998, 2003, 2008, 2010) характерны значительное увеличение площадей верховых и устойчивых низовых пожаров, распространение огня на обычно негорючие болота и повышенный уровень 
эмиссий парниковых газов, в частности метана и оксида углерода, за 
счет глубокого почвенного горения.

Представляется важным оценить влияние лесных пожаров на выпол
нение лесами их функции участника углеродного цикла. Количество 
органического вещества, сгоревшего в пожарах 1998–2010 гг., оценено 
в 1,57 · 109 т углерода или в среднем 121,0 Тг С/год. Пожарные эмиссии 
составили около 2,4% чистой первичной продукции экосистем, что 
практически совпадает со средней глобальной оценкой (2,5%). Как и в 
отношении площадей, межгодовая изменчивость этой величины высока: 
от 50 Тг С/год в 2000 г. до 231 Тг С/год в 2003 г. Причем здесь влияние 
типа пожарного сезона и географической локализации пожаров существенно. Так, при среднем удельном потреблении углерода в 1998–

Рис. 3. Распространение площадей, пройденных пожарами, в 1998–2009 (1) и 2010 гг. (2)

 (+
)

2010 гг. (на всех категориях земельного покрова) 1,47 кг/м2/год, максимальное значение отмечено для 2010 г. (2,12 кг/м2/год), когда площадь, 
пройденная пожарами за сезон, была несколько меньше многолетней 
средней. Основную часть углеродных эмиссий поставляют лесные пожары (включая редины) — 76,0% от общего количества, на втором 
месте — пожары на болотах (15,8%), где средние удельные эмиссии наивысшие (3,06 кг/м2/год), а при устойчивых торфяных пожарах удельные 
эмиссии могут превышать это значение в десятки раз.

Оценки показывают, что в среднем послепожарный отпад составляет 

около трети запаса древесины до пожара, а углеродные эмиссии вследствие разложения накопленной мертвой древесины составляют величину, несколько превышающую размер прямых эмиссий. В итоге растительные пожары последнего десятилетия являлись источником углеродных эмиссий порядка 250 Тг С/год. Чтобы оценить значение данной 
величины, нужно сопоставить ее с величиной промышленной эмиссии 
углерода в России. Сопоставление показывает, что углеродные эмиссии 
растительных пожаров (сумма прямых и связанных с разложением мертвой древесины эмиссий) по масштабу равны примерно 50% промышленной углеродной эмиссии страны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важнейшим вкладом сибирских территорий в общее благополучие 

биосферы Земли и человечества является их участие в глобальных биогеохимических циклах: леса Сибири аккумулируют примерно 22–25% 
углерода суши. Несколько уступая лесам европейской части по плотности чистой первичной продукции, леса Сибири более чем в 2 раза 
превосходят их по суммарной продуктивности.

Современные модельные представления о будущих пожарных ре
жимах в бореальной зоне предполагают удвоение числа пожаров к концу 
нынешнего века, возрастание количества катастрофических пожаров и 
пожаров, охватывающих большие территории и выходящих из-под 
контроля, существенное увеличение интенсивности пожаров, возрастание количества и изменение газового состава пожарных эмиссий 
вследствие усиления почвенного горения. Все четче проявляется связь 
между катастрофическими пожарами и масштабными климатическими 
аномалиями (1998 г. — пожары на российском Дальнем Востоке и наводнение в Китае, 2010 г. — пожары в европейской части России и наводнения в Пакистане и Индии). Весьма вероятно, таяние вечной мерзлоты и последующая аридизация ландшафтов на многолетней мерзлоте 
будут вести к деградации и гибели хвойных лесов, а также к широкому 
распространению «зеленого опустынивания». Процессы необратимого 
замещения леса иными типами растительности уже отмечены в ряде 
южных экотонов лесной зоны.

Для территории России, и в особенности ее вечномерзлотных терри
торий, высока вероятность существенной обратной связи между потеп

лением и эскалацией пожарных режимов: увеличение концентрации 
СО2  в атмосфере приводит к увеличению длительных сухих периодов, 
которые способствуют росту площади и интенсивности пожаров и существенному увеличению эмиссий парниковых газов. В свою очередь, 
рост углеродных эмиссий ведет к дестабилизации климатической 
системы, что провоцирует усиление угрозы пожаров.

Лесные пожары уже стали проблемой высшего приоритета в ряде 

стран. В настоящее время лесоохранные службы развитых стран Северного полушария балансируют в узком диапазоне между удовлетворительной охраной лесов от пожаров и крупными потерями в годы высокой пожарной опасности. Пожарная ситуация 2010 г. в европейской 
части России четко продемонстрировала те угрозы, которые создают 
пожары в условиях меняющегося климата. 

Для территории страны, леса которой на 90% представлены бореаль
ными лесами высокой пожарной опасности, следует ожидать непропорционально большую эскалацию пожарных режимов в сравнении с усилением климатической пожарной опасности. Поэтому кардинальное 
усовершенствование системы охраны лесов от пожаров является актуальной государственной задачей. 

Эта комплексная задача включает: 
1) системный анализ нынешних и будущих региональных пожарных 

режимов и требований к рациональной системе охраны лесов от пожаров; 

2) разработку новой доктрины охраны лесов от пожаров; 
3) разработку и внедрение стратегии предотвращения широкомасш
табных нарушений в лесах, в том числе адаптацию структуры лесных 
ландшафтов к будущему климату; 

4) внедрение эффективной системы лесного мониторинга; 
5) выделение необходимых ресурсов; 
6) усовершенствование существующего законодательства и институ
циональных структур лесоуправления, ориентированных на вызовы 
меняющегося климата; 

7) международную кооперацию. 
Эффективная реализация всех перечисленных выше задач должна 

стать делом ближайшего будущего.