ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 5, с. 29-35
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630*1; 502/504:1/9; 502.1:001.83
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ "УГЛЕРОДНЫМ ЛЕСОМ"*
© 2013 г. В. Л. Гавриков1, Р. Г. Хлебопрос12
Сибирский федеральный университет1 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Международный научный центр исследований экстремальных состояний организма при Президиуме
Красноярского Научного Центра СО РАН2 660036 Красноярск, Академгородок, д 50 E-mail: vgavrikov@sfu-kras.ru Поступила в редакцию 01.02.2013 г.
В статье рассматриваются основные аспекты нового вида хозяйствования - "углеродного леса". Управление "углеродным лесом" представляет собой комплексную проблему, лежащую на стыке экологии и экономики. Предложена качественная схема динамики хозяйственных и экологических составляющих этого вида хозяйствования.
"Углеродный лес", рост, дисконтирование, ценность леса.
Одной из наиболее актуальных мировых проблем последнего двадцатилетия была и остается экологизация жизни современного человечества и ее частная реализация - необходимость предотвращения существенных изменений глобального оборота углерода, источником которых является хозяйственная деятельность. Неослабевающая актуальность этой тематики определяется не в последнюю очередь тем, что международному сообществу не удается перейти от осознания проблемы к практическим шагам по реализации совместных действий.
Одной из причин такого положения дел является, на наш взгляд, недостаточная проработанность увязки между собой всех существенных аспектов проблемы, которые определяют суть вопроса. Сохранение приемлемых параметров глобального баланса углерода возможно только при решении этой проблемы одновременно с нескольких научных позиций: экологии, экономики и психологии. Причем каждая из позиций должна найти в общей картине свое адекватное место.
* Исследование выполнено в Сибирском Федеральном университете, проект "Биосферный потенциал и экономическая роль долговременной углеродопоглощающей способности таежных экосистем Восточной Сибири (на примере заповедника "Столбы")" в рамках госзадания Минобрнауки России в 2013 г.
Экология подходит к данному вопросу с биологических позиций. Поскольку человеческая цивилизация выбрасывает в атмосферу некоторую добавочную долю углекислоты, особое внимание привлекается к тем биомам, которые в силу своей природы могли бы служить долговременными депонентами этой избыточной углекислоты. В качестве наиболее вероятных претендентов на эту роль рассматриваются сфагновые болота [6] и в особенности леса [1-5, 8, 12-14]. Именно эти биомы способны надолго задержать атмосферную углекислоту в связанном состоянии органического углерода - в торфе и древесине.
Сложность проблемы сохранения глобального углеродного цикла состоит в том, что она не является чисто научной экологической проблемой. Человек живет в биосфере не как обычный биологический вид, но вместе со своей экономикой, которая представляет собой важнейший механизм его существования.
В соответствии с современными представлениями экономической науки мы приближаемся к пределу того, что природные ресурсы, имеющаяся экологическая среда, ее экологические "услуги" могут в теоретических построениях считаться "бесплатными". Основой анализа является общий экономический принцип сопоставления затрат и результатов. Именно от структуры затрат и по-
лученных результатов будет зависеть экономический инструментарий, применяемый в экологической политике [7]. В частности, Г.А. Моткин [7] предложил оценивать ренту R при использовании биоресурсов определенной экосистемы в виде: т
R = /(W - Qt)(1+E)-t, (1)
t = 0
где Wt - цена выхода биоресурсной продукции некоторой экосистемы в год t, Qt - затраты на эксплуатацию биоресурсов, а также на их восстановление или вовлечение в хозяйственный оборот новых ресурсов, E - норма дисконта, T - время эксплуатации биоресурсов.
Задача данной работы состоит в том, чтобы рассмотреть перечисленные выше аспекты в контексте возможного решения проблемы сохранения углеродного цикла с помощью выращивания "углеродного леса". Термин "углеродный лес" появился в ходе научных дискуссий о путях противодействия угрозам нарушения глобальных циклов ([9], см. выступление академика А.С. Исаева) и пока не имеет общепринятого определения. Однако в целом создание "углеродного леса" и управление им означает особый вид хозяйствования в природопользовании, в котором одной из главных, хотя и не единственной целью является эффективное связывание избытка углекислоты, попадающей в атмосферу в результате промышленной деятельности.
Предполагается, что субъект хозяйствования имеет скорее внутрирегиональный масштаб, сопоставимый с отдельным предприятием, городом и т.п. Экономическая подпитка этого вида хозяйствования возможна, если на национальном уровне возникнут внутристрановые рынки квот на выброс СО2. Предполагаемая система торговли квотами должна накладывать экономическое "наказание" на эмиссию углекислоты и, с другой стороны, поощрять ее поглощение - так называемый секвестр СО2 лесными массивами.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Феномен роста
Характерные черты биологического роста в различных вариациях проявляются у разных организмов, в том числе и у деревьев. В самом общем виде рост представляется как так называемая сигмоидная (или S-образная) кривая (рис. 1, А), описывающая динамику каких-либо измеримых показателей в зависимости от времени. Широко известной характеристикой этой кривой является наличие более или менее явных стадий: первона-
чального медленного роста, быстрого роста и завершающего медленного роста.
Считается, что на завершающей стадии размер (или биомасса) растительного организма X стремится к некоторому пределу а (рис. 1, А), который представляет собой максимально возможный размер организма в данных условиях роста.
Особый интерес в рассматриваемом здесь контексте представляет рост совокупности взаимодействующих деревьев, которые в зависимости от научных традиций могут обозначаться как древо-стои, лесные насаждения, популяции и т.п.
Одновозрастные древостои имеют качественно такую же динамику роста, что и индивидуальные деревья. Когда деревья, достигнув предельного возраста, начинают отмирать, одновозрастный древостой, предоставленный сам себе и в отсутствие катастроф типа пожаров, претерпевает ряд циклических трансформаций, превращающих его в разновозрастный лес. При этом может происходить или не происходить смена пород. Как правило, стволовая масса разновозрастного леса со временем стабилизируется на более низком уровне, чем максимальная стволовая масса одновозра-стного леса (рис. 1Б).
В связи с последним обстоятельством там, где хозяйствование направлено на получение древесной массы, сбор урожая обычно осуществляют до того, как одновозрастный древостой начинает распадаться. С достаточно давних времен известно (см., например, [10]), что состояние леса, при котором осуществлять рубку деревьев наиболее выгодно с экономической точки зрения, характеризуется максимальным средним приростом (техническая спелость).
В экологических исследованиях часто используемым инструментом анализа является зависимость текущего прироста X от биомассы X, которая в рассматриваемом случае имеет колоко-лообразную форму, пересекая ось X в двух точках - в нуле и точке а, то есть асимптоте функции X(t) (рис. 1, А, В). Именно такая форма зависимости X(X) математически обеспечивает сигмо-идную форму функции X(t). Обычно зависимость X(X) именуется фазовым портретом процесса, который отражает внутренние механизмы динамики.
Форма фазового портрета позволяет наглядно продемонстрировать важное свойство среднего прироста. Максимум среднего прироста (рис. 1, В, пунктирная линия) располагается между максимумом текущего прироста и максимально возможным запасом биомассы а. Более того,
функция среднего прироста обязательно пересекает функцию Х(Х) именно в точке своего максимума независимо от формы функции роста Х(?). Это можно продемонстрировать с помощью несложных выкладок.
По определению, средний прирост X(?) = X( ?) ■ ?. Для нахождения точки максимума необходимо продифференцировать эту функцию по ? и приравнять к нулю: Хг = X ■ ? 1 + Х(—~2) = 0.
Легко видеть, что в этой ситуации X = X ■ ? 1 = X, то есть в точке своего максимума средний прирост X совпадает с производной X (приростом).
Феномен ценности леса
Доходную часть "углеродного леса" составляют два компонента: запас (обозначаемый здесь как X) и текущий прирост (X). Запас представляет собой традиционную цель хозяйствования и является медленно меняющейся величиной. В противоположность запасу текущий прирост быстро меняется. Он характеризует скорость роста, то есть поглощения углекислоты, в любой момент, когда рост происходит. В связи с этим результат работы древостоя по поглощению углекислоты может быть подсчитан, например, за сезон роста или один год.
Задача ставится таким образом так, чтобы представить некоторую функцию Г (X, X), которая зависит и от прироста, и от запаса, и характеризует ценность данного лесного массива как объекта хозяйствования. Традиционно в экономических построениях используются аддитивные формы, и функцию Г можно записать как:
Г(X, X) = X ■ с 1+ X ■ с2, (2)
где с1 и с2 - фактически сложившиеся цены на соответствующий вид продукции, которые в реальности могут зависеть от времени.
Функция Г показывает, какой доход можно получить одномоментно, получив оплату за поглощение углекислоты и реализовав всю древесину. Если же оставить лес расти дальше, то в вычислении дохода будет принимать участие только второй член суммы, однако этот доход будет осуществляться в течение многих лет. Возможен и промежуточный вариант, при котором пользование лесом происходит постепенно. В этом случае запас и прирост будут изменяться не только в силу естественных причин, но и в зависимости от схемы пользования. Аддитивная форма функции F (2) не означает, что поглощение углекислоты и реализация товарной древесины являются независимыми переменными. Выращивание древесины
А Б
Рис. 1. Основные качественные особенности роста дерева и древостоя: качественная ка
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.