Чи врятує тополя від посухи

Україна вирубала свої ліси ще до XX ст., але, на відміну від більшості європейських країн, майже не намагалася компенсувати ці втрати. Нині в нас напрочуд низький відсоток лісистості (14 – 15 %), що вдвічі менше за наукову норму або показники сусідів (Польща – 32 %, Румунія – 30 %). Китай у половині XX ст. був також вкритий лісонасадженнями чи лісами лише на 10 – 12 %, що спричинило страшні катастрофи: повені, ерозія ґрунтів, пилові буревії набули нечуваних масштабів. 1980 р. лісовий покрив Китаю скоротився до історичного мінімуму – менш як 9 %, хоча ще 1978 р. у КНР започаткували проєкт «Велика зелена стіна», метою якого було створення розгалужених вітрозахисних лісів на півночі країни для боротьби з вітровою ерозією.

Відновлення йшло туго, й лише після того, як руйнівні повені на річці Янцзи 1998 р. забрали життя понад 2000 людей, було введено загальнонаціональну заборону на вирубання природних лісів. Паралельно збільшилося фінансування екологічних програм, а 1999 р. у провінціях Сичуань, Шеньсі та Ганьсу започатковано програму «Зерно за зелень» (також відому як «Програма повернення сільськогосподарських угідь у ліси»), яка пропонувала фермерам і місцевим органам влади стимули для перетворення орних земель на крутих схилах назад на ліси або луки.

По суті, уряд визнав, що краще мати менше агроплощ, але продуктивних, аніж більше оранки, але пустельної, де не родить нічого, крім проблем. Лише в період із 1999-го по 2008 р. прог­рама «Зерно за зелень» дала змогу відновити 27 млн га землі, зокрема 9,3 млн га насаджень дерев на колишніх сільськогосподарських угіддях і близько 17,6 млн га лісонасаджень на безплідних землях. У результаті в Китаї зараз приблизно 23–25% території вкрито лісонасадженнями. Це – неймовірні темпи, що не мають аналогів у світі. Та які ж результати цієї діяльності з погляду аграріїв?

Як метри дерева перетворюються на міліметри опадів

Цьогоріч у Journal of Hydrologic Engineering вийшла велика оглядова стаття, що підсумовує грандіозний досвід Китаю в лісона­садженні та впливи практики на режими зволоження – те, що найбільше цікавить фермерів. Дослідники – Кай Дуань, Сіньюе Ян, Чжіюань Сун, Сяодун Лю, Мейсянь Лю та Ге Сунь з Університету Гуанчжоу.

До 2000-х рр. лісова гідрологія була доволі слабкою науковою дисципліною в КНР, і відповіді, чи допоможе висаджування дерев, майже не було. Відчутні зміни лісового покриву надали дослідникам рідкісну можливість вивчати взаємозв’язки між лісом і водою на регіональному та національному рівнях, що набагато перевищують масштаби традиційних експериментів у водозбірних басейнах. Амбітну програму відновлення лісів у Китаї можна розглядати як грандіозний експеримент із маніпулюванням земельними ресурсами, який дав багатий масив знань про екогід­рологічні реакції на зміну земельного покриву.

Як свідчать наведені дані, протягом останніх чотирьох десятиліть нагромадження поверхневої вологи та вуглецю в екосистемах Китаю демонстрували загальну тенденцію до зростання. Це супроводжувалося куди вищим рівнем випаровування, а також змінами у водовіддачі.

Висока пористість дає змогу лісовій підстилці затримувати опади, що проходять крізь крони, – вдвічі-вчетверо більше за власну вагу. Перехоплення вологи опалим листям варіюється від 0,9 до 7,7 мм. Спостереження за лісами в 1045 місцях по всій країні свідчать, що здатність підстилки утримувати вологу становила 5,4% від загального водоутримання лісів, тоді як утримання води кронами та нагромадження вологи в ґрунті дорівнює відповідно 21,2 і 73,4%.

Проте як лісонасадження впливають на доступність води? Традиційні гідрологічні підходи, такі як метод водного балансу водозбірного басейну, визначають евапотранспірацію (ET), або сумарну втрату води на випаровування, як різницю між кількістю опадів і стоком упродовж річного циклу. Географічно середньорічний показник ЕТ має в КНР тенденцію до зниження з рухом на північ, що чималою мірою відбиває зниження температури, кількості опадів і тривалості вегетаційного періоду. Узагальнення даних за довгочасний період засвідчило тенденцію до зростання випаровування впродовж останніх кількох десятиліть у багатьох регіонах. Фактично з 1980-х спостерігається збільшення глобального випаровування, і Китай відчутно сприяв цій тенденції завдяки своїм масштабним прог­рамам лісорозведення. Фактична річна ЕТ збільшилася на 84,8% території Китаю з 1982-го по 2017 р. (статистично значуще збільшення на 52,8% території), за середнього по країні темпу зростання близько 1,27 мм на рік. Утім, варто розуміти, що чималу роль відіграє і загальне потеп­ління клімату й часом збільшення регіональних опадів через мусони.

До того ж різні регіони демонструють чималу мінливість і навіть деякі протилежні тенденції залежно від місцевих кліматичних умов і масштабів зміни ландшафту. Наприклад, у деяких холодних або посушливих регіонах зростання ЕТ може бути обмеженим, попри озеленення, позаяк глобальний вплив клімату залишається визначальним чинником.

Сосна конкурує з кукурудзою за воду?

Не підлягає сумніву факт, що вирубання лісів збільшує річний стік із водозбірних басейнів через зменшення евапотранспірації та деградації ґрунту, що обмежує інфільтрацію й поповнення підземних вод. Однак масштаб і навіть напрямок впливу зворотного процесу – лісорозведення – можуть відчутно різнитися в різних басейнах і кліматичних умовах.

Досвід Китаю засвідчив, що вплив лісорозведення на водний баланс є більш вираженим у регіонах із дефіцитом води (сухіша північ), аніж у регіонах із дефіцитом енергії (вологий південь). Лісорозведення на Лесовому плато навіть спричинило занепокоєння через істотне зменшення стоку річок: ліси почали конкурувати з агроландшафтами за воду. За умов дефіциту вологи це зчаста призводило до катастрофічних наслідків для самих насад­жень: у лісовідновлювальному поясі Великої зеленої стіни на півночі Китаю посаджені соснові або тополині ліси в 1970-х роках демонстрували деградацію та вимирання чималою мірою через нестачу води для підтримки зрілих насаджень. Тут, звісно, певною мірою винна «партійна» тенденція саджати монокультуру без огляду на умови, а також нехтування луками та відновленням степової рослинності.

У вологіших регіонах вплив нових лісів на річний стік менший або може бути замаскований мінливістю клімату й використанням води людиною. В регіоні Гуандун (Південний Китай) відновлення лісів вдало регулює сезонний стік, дещо зменшуючи стік у вологий сезон, але збільшуючи базовий стік у сухий, тим самим перерозподіляючи водопостачання рівномірніше впродовж року.

Деякі дослідження свідчать, що заліснення сприяє зменшенню стоку в сухих басейнах, тоді як збільшення лісового покриву істотно не змінює загальний стік у вологих. Однак ці спостереження ускладнені антропогенним впливом, зокрема водосховищами й урбанізацією. Протягом десятиліть річки Китаю сильно регулювалися дамбами та водозаборами, й відокремити «лісовий сигнал» інколи доволі складно через вагу інших мінливих чинників.

Загалом же Цинхай-Тибетське нагір’я стало вологішим, тоді як в інших регіонах відбулося зменшення водопостачання. Ці результати узгоджуються з уявленням про те, що лісорозведення явно знижує водовіддачу у вододефіцитних регіонах, але може сприяти базовому і низькому водовідтоку різною мірою, поліпшуючи інфільтрацію ґрунту й підземне зберігання у вологих регіонах.

Нині китайський офіційний погляд на проблему полягає в тому, що зусилля з висадження дерев слід зосереджувати у відносно вологих регіонах (наприк­лад, Південний Китай), де водних ресурсів достатньо, а бути вкрай обережними в сухих регіонах (Лесове плато або Північний Китай), щоб уникнути загострення дефіциту вологи. Лісорозведення та відновлення лісів зв’язують більше вуглецю у біомасі та ґрунтах, але вони також споживають більше води через випаровування, залишаючи менше стоку для використання людиною або водними екосистемами. Однак видається, що досі недостатньо досліджено стратегії роботи зі складними багатовидовими насадженнями, різними видами дерев, які використовують менше води, та підтримкою лісово-лугових і степових мозаїк.

Чи гарантує ліс дощ

Фермерів зчаста цікавить: чи створюють місцеві ліси місцевий же дощ? Висувалося припущення, що лісорозведення може дещо збільшити кількість опадів у регіоні через такі чинники як збільшення рециркуляції вологи. Проте це все ще гіпотези на рівні математичних моделей. Утім, вони обіцяють шлях, яким можна компенсувати втрати води через споживання деревами й збільшити чисте водовідведення в певних сценаріях навіть для сухих регіонів.

Поки що відповіді на таке начебто просте питання не існує – атмосферні явища мають занадто великий масштаб, але локальні тригери можуть працювати довготерміново та стабільно, що засвідчить будь-який аграрій, який спостерігає за своїми полями.

Не забуваймо про ерозію

Основною мотивацією кампаній із лісорозведення в Китаї була боротьба з ерозією ґрунтів і зменшення седиментації річок та водосховищ – економічні втрати через ці явища були грандіозні. Консенсус полягає в тому, що ліс діє як природний буфер, який зменшує перенесення частинок ґрунту. Полог дерева і листковий опад розсіюють кінетичну енергію крапель дощу й запобігають прямій ерозії бризок на землі, тоді як коріння дерев і нагромаджена органічна речовина допомагають стабілізувати ґрунт, сприяти інфільтрації та зменшувати поверхневий стік.

Узагальнені темпи втрати ґрунту лісами, чагарниками й луками в КНР становили 0 – 1,9, 0,3 – 8,1 та 1,6 – 4 т / га на рік відповідно. Натомість на перелогових землях втрати ґрунту були набагато вищими (приблизно 31 – 107 т / га), а на традиційно оброблюваних сільськогосподарських угіддях вони відчутно варіювалися по всій країні від 8 до 49 т / га на рік.

Через заліснення площа, що постраждала від водної ерозії, скоротилася з 1,83 млн км² 1996 р. до 1,29 млн км² 2011 р. – на 29 %. На Лесовому плато середній рослинний покрив у 12 основних водозбірних басейнах зріс із 25 % 1978 р. до 46 % до 2010 р., тоді як між 1980-ми та 2000-ми рр. концентрація осаду в річці Хуанхе зменшилася на 21 %.

Скидання осаду з плато зараз наближається до рівнів, які не спостерігалися століттями – воно знизилося до оцінок для династії Тан (740 р. н. е.), коли ландшафт був набагато менш деградованим.

Утім, для Китаю баланс між контролем ерозії ґрунту й підтримкою надходження осаду нижче за течією – це компроміс. Хоча зменшення ерозії є корисним вище за течією, екстремальне зменшення осаду, що сягає приокеанських регіонів, може мати непередбачувані наслідки.

Темний ліс

Цікаво, що навіть грандіозні масштаби лісовідновлення в КНР залишають основні питання лісової гідрології без відповіді. Наприклад, ми досі не вміємо прогнозувати, якою мірою ліси зменшують водовіддачу або збільшують потік у посушливий сезон у різних регіонах. Ефекти масштабу також створюють додаткову проблему, позаяк результати на масштабі ділянки або малого водозбирання не завжди чітко екстраполюють, як свідчить досвід, на регіональні басейни. Ще однією важливою проблемою є велика невизначеність: як розрізнити наслідки експериментів із лісами з одночасною мінливістю клімату й іншою діяльністю людини (наприклад, зрошення чи робота водосховищ).

Узагальнені повідомлення китайських учених про те, що лісівництво може відчутно зменшити водовіддачу в посушливих регіонах, виглядають суперечливо, адже такі прості методи управління насадженнями, як проріджування або вибіркове висадження, можуть бути використані для балансування економії води з іншими цілями. До того ж у деяких випадках невеличке зниження водовіддачі може бути прийнятним для відчутного приросту якості ґрунту й темпів консервації вуглецю.

Одне слово, Україні варто якнайшвидше включатися в роботу з кризового лісорозведення як на рівні наукових і державних прог­рам, так і через запит аграрної спільноти. Перетворення півдня на пустелю ми не можемо собі дозволити.