CC BY
15
УДК 630*43
МОНИТОРИНГ ПОСЛЕДСТВИЙ ПОЖАРОВ В СОСНЯКАХ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
Галина Александровна Иванова
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН ФИЦ КНЦ СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок 50/28, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории лесной пирологии, тел. (391)249-44-62, e-mail: gaivanova@ksc.krasn.ru
Андрей Валерьевич Иванов
Сибирский государственный университет науки и технологий им. М. Ф. Решетнёва, 660049, Россия, г. Красноярск, пр. Мира, 82, кандидат биологических наук, доцент кафедры лесоводства, тел. (391)249-54-29, e-mail: ivanovv53@yandex.ru
Сергей Викторович Жила
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН ФИЦ КНЦ СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок 50/28, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории лесной пирологии, тел. (391)249-44-62, e-mail: getgan@mail.ru
Ирина Евгеньевна Фридрих
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН ФИЦ КНЦ СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, аспирант, тел. (391)249-44-62, e-mail: ifridrih@sfu-kras.ru
В связи с изменением климата и возрастанием частоты лесных пожаров актуальны исследования последствий лесных пожаров и послепожарных процессов восстановления лесов. Приведены результаты мониторинга воздействия лесных пожаров разной интенсивности на компоненты насаждения и послепожарную сукцессию. Особенно значительная постпироген-ная трансформация всех компонентов насаждения выявлена после пожаров высокой интенсивности. Выявлена зависимость отпада деревьев в древостое и послепожарного накопления фитомассы от интенсивности пожара. После пожара происходит перераспределение фито-массы растительности в мортмассу, особенно резко выраженное после высокоинтенсивных пожаров. Надземная фитомасса сосняков не претерпела значительных изменений после низкоинтенсивных пожаров и достигла допожарного уровня за рассматриваемый послепожар-ный период. Лесовозобновление в сосняках удовлетворительное и происходит без смены породного состава.
Ключевые слова: лесной пожар, сосняки, фитомасса, послепожарная сукцессия. MONITORIHG OF FIRE EFFECTS ON PINE FORESTS OF CENTRAL SIBERIA
Galina A. Ivanova
V. N. Sukachev Institute of Forestry SB RAS, 50/28, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia, D. Sc., Leading Researcher, phone: (391)249-44-62, e-mail: gaivanova@ksc.krasn.ru
Andrey V. Ivanov
M. F. Reshetnev Siberian State Aerospace University of Science and Technology, 82, Prospect Mira St., Krasnoyarsk, 660049, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Forestry, phone: (391)249-54-29, e-mail: ivanovv53@yandex.ru
Sergey V. Zila
V. N. Sukachev Institute of Forest, SB RAS, 50/28, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia, Ph. D., Researcher, phone: (391)249-44-62, e-mail: getgan@mail.ru
Irina E. Fridrich
V. N. Sukachev Institute of Forest, SB RAS, 50/28, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Ph. D. Student, phone: (391)249-44-62, e-mail: ifridrih@sfu-kras.ru
Due to the climate change and the increasing frequency of forest fires, studies of the consequences of forest fires and post-fire processes of forest restoration are relevant. The results of monitoring the effects of fires of different intensity on the pine forest components and post-fire succession are presented. Especially significant post-fire transformation of all components is identified after fires of high intensity. The trees mortality and post-fire accumulation of phytomass depend on the fire intensity. After the fire, there is decrease of phytomass vegetation and augmentation of the mortmass, highly evident after high-intensity fires. The aboveground phytomass did not undergo significant changes after low-intensity fires and reached the pre-fire level during the considered period. Post-fire reforestation in pine forests is satisfactory and occurs without change of species composition.
Key words: forest fires, pine forest, phytomass, post-fire succession.
Введение
В Сибири ежегодно возникают тысячи лесных пожаров, при этом площадь, пройденная пожарами, может в отдельные пожароопасные сезоны достигать несколько млн га. Лесные пожары являются экологическим фактором формирования растительности и среды ее обитания [5, 8]. Лесные пожары воздействуют на все компоненты насаждения, но в разной степени. Соответственно, и компоненты реагируют на пирогенное воздействие по-разному, и это зависит от многих факторов. Таких как вид и интенсивность пожара, погодных условий и условий местопроизрастания, прочих факторов [8, 12, 13, 15]. В связи с этим целью работы являлся мониторинг состояния основных компонентов сосняков Средней Сибири после воздействия пожаров разной интенсивности.
Объекты и методы
Исследования проводились в сосняках Красноярского края на Сымской равнине (60°38'с.ш., 89°41'в.д.) и в Нижнем Приангарье (58°35'с.ш., 98°55'в.д.) на 20постоянных пробных площадях. Сосняки кустарничково-лишайниково-зеленомошного типа леса, разновозрастные, III-IV классов бонитета. В сосняках в 2000-2003 гг. были проведены эксперименты по моделированию лесных пожаров, представляющие собой контролируемые выжигания разной интенсивности [10, 11]. В течение 14 лет после пожаров проводился мониторинг за восстановлением растительности в пройденных пожарами сосняках c использованием общепринятых в лесоведении методов [6, 8, 2, 10].
Результаты и обсуждение
Основнойотпад деревьев происходил в течение первых двух-трех лет после пожара высокой интенсивности и был более растянут по времени после
среднеинтенсивных и низкоинтенсивных пожаров. Установлена зависимость количества отпавших деревьев от интенсивности пожара (коэфф. корр 0,88). Так, количество отпавших деревьев достигало 90 % после высокоинтенсивных пожаров, и было незначительно после низкоинтенсивных (8-10 % от общего количества деревьев). Ранее авторами выявлена зависимость отпада деревьев от высоты нагара на стволах и заселенности их насекомыми [9].
Известно, что к наиболее выраженному индикатору послепожарных изменений относится растительность нижних ярусов, которая является динамичным компонентом лесных экосистем, чутко реагирующим на все изменения среды. Степень повреждения травяно-кустарничкового яруса при горении определяет его послепожарную структуру и видовой состав[3, 4].
После пожаров, независимо от их интенсивности, на всех пробных площадях в сосняках погиб или деградировал лишайниково-моховой покров. После среднеинтенсивных и низкоинтенсивных пожаров растительные микрогруппировки сохранились в допожарных границах, которые практически были уничтожены высокоинтенсивным пожаром. Восстановление травяно-кустарничкового яруса путем вегетативного размножения наблюдалось уже в первые годы после пожаров. Формированию растительных микрогруппировок со светолюбивыми видами растений способствовало разреживание древесного полога вследствие отмирания деревьев. Сформировавшаяся мозаичная структура травяно-кустарничкового яруса сосняков после пожара высокой интенсивности и через четырнадцать лет сохранилась.
Для южнотаежных сосняков кустарничково-лишайниково-зеленомошных характерно большее видовое разнообразие травяно-кустарничкового яруса, но меньшее мохово-лишайникового покрова по сравнению со среднетаежными сосняками. И хотя процесс восстановления напочвенной растительности после пожаров проходит одинаково в этих зонах, но большее видовое разнообразие сохраняется в южнотаежных сосняках.
Стимулирующее влияние пирогенного фактора на возобновительные процессы в лесу известно давно [1, 6, 7, 8, 14]. Это происходит за счет обогащения почвы микроэлементами при сгорании верхнего слоя подстилки, мхов, кустарничков и трав.
Послепожарное возобновление в сосняках также определяется интенсивностью горения и степенью пирогенной трансформации среды обитания и не зависит от лесорастительной зоны. Выявлена связь численности подроста с глубиной прогорания подстилки и интенсивностью горения(коэффициенты корреляции 0,77 и 0,82, соответственно). Наиболее успешно лесовозобновление происходит после высокоинтенсивных пожаров, где, вследствие сильного разреживания древесного полога, создаются благоприятные условия для появления и роста всходов. Возобновление происходит без смены пород, сосной с примесью кедра и пихты. Жизненное состояние хорошее. Таким образом, по-слепожарное лесовозобновление в исследуемых сосняках можно признать удовлетворительным.
Послепожарный мониторинг выявил изменение фитомассы компонентов сосняков. После пирогенного воздействия меняется количество и структура фитомассы не только напочвенного покрова (опад, подстилка, травяно-кустарниковый ярус), но и всей надземной фитомассы, включающей древостой и подрост. По-слепожарное изменение фитомассы самосева и подроста приведено на рис. 1.
й и
й о о й
о н к
е
7 6 5 4 3 2 1
у = 0,8023е°-15х Я2 = 0,66
у = 0,3949е°-179х Я2 = 0,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Время после пожара, лет
Среднетаежные сосняки • Южнотаежные сосняки
Рис. 1. Динамика фитомассы самосева и подроста после высокоинтенсивного пожара в сосняках
0
Постпирогенная структура и темпы накопления напочвенной фитомассы определяются интенсивностью пожара и давностью его воздействия. Процессы накопления схожи в южно- и среднетаежных сосняках и наиболее интенсивны в первые три года после пожара за счет отпада деревьев в древостое.
После пожаров происходит перераспределение фитомассы растительности в мортмассу, увеличение которой происходит за счет усыхания деревьев в древесном пологе и последующего разрушения. Наиболее значительные изменения структуры и количества надземной фитомассы после воздействия пожаров высокой интенсивности. Спустя 14 лет после пожара высокой интенсивности фи-томасса живых деревьев в южнотаежном сосняке уменьшилась в 2 раза (рис. 2). Надземная фитомасса не претерпела значительных изменений после низкоинтенсивных пожаров и достигла допожарного уровня за рассматриваемый по-слепожарный период.
После пожаров наблюдается перераспределение фитомассы растительности в мортмассу, увеличение которой происходит за счет усыхания деревьев в древесном пологе и последующего разрушения. Наиболее значительны изменения структуры и количества надземной фитомассы после воздействия пожаров высокой интенсивности. Надземная фитомасса не претерпела значительных изменений после низкоинтенсивных пожаров и достигла допожарного уровня за рассматриваемый послепожарный период.
140 120 100 80 60 40 20 0
ш,
11 1 « 1 к - - ш 1-
р
1 I
-
й о о й
о Ё е
До Сразу 1 пожара после пожара
2 3 4 5 6 7 Период после пожара, лет
□ Подстилка
■ Живой напочвенный покров
□ Сухостой, опад, ветви и валёж
□ Фитомасса древостоя
13
Рис. 2. Динамика количества и структуры надземной фитомассы в южнотаежном сосняке после высокоинтенсивного пожара
Заключение
Проведение мониторинга после пожаров с известными параметрами позволило получить точные данные о трансформации компонентов сосняков после пожаров разной интенсивности.
Интенсивность горения определяет количество сгоревшей фитомассы при пожаре. Сгорание фитомассы, в свою очередь, влияет на послепожарные процессы, такие как отпад древостоя, направленность сукцессии и лесовозобновление независимо от зонально-экологических условий. Все эти процессы взаимосвязаны. Лесовозобновление в сосняках удовлетворительное и происходит без смены породного состава.
Лесные пожары также влияют на послепожарную трансформацию фитомас-сы, накопление которой определяется интенсивностью пожара, обуславливающей количество сгоревших лесных горючих материалов и степень повреждения компонентов насаждения. Происходит перераспределение фитомассы растительности в мортмассу, особенно резко выраженное после высокоинтенсивных пожаров.
В связи с изменением климата и возрастанием частоты лесных пожаров необходимы детальные исследования их последствий и послепожарных процессов восстановления лесов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Безкоровайная И.Н., Иванова Г. А., Тарасов П. А., Сорокин Н.Д., Богородская А.В., Иванов В.А., Конард С.Г., Макрае Д.Д. Пирогенная трансформация почв сосняков средней тайги Красноярского края // Сибирский экологический журнал. - 2005. - №1.- С. 143-152.
2. Иванова Г.А., Иванов В.А., Ковалева Н.М., Конард С.Г., Жила С.В., Тарасов П.А. Сукцессия растительности после высокоинтенсивного пожара в сосняке лишайниковом // Сибирский экологический журнал.-2017.- № 1.- С. 61-71.
3. Иванова Г.А., Перевозникова В.Д., В.А. Иванов. Трансформация нижних ярусов лесной растительности после низовых пожаров // Лесоведение.- 2002.- №2.- С.30-35.
4. Ковалева Н.М., Иванова Г.А. Восстановление живого напочвенного покрова на начальной стадии пирогенной сукцессии // Сибирский экологический журнал. - 2013. - № 2. -С. 205-215.
5. Мелехов И.С. Влияние пожаров на лес. - М.-Л.: Гослестехиздат, 1948. - 126 с.
6. Побединский А. В. Сосновые леса Средней Сибири и Забайкалья. - М.: Наука, 1965. - 268 с.
7. Попова Э.П. Особенности почвообразования в лесных биогеоценозах Приангарья в зависимости от давности пожаров // Генезис и география лесных почв. - М.: Наука, 1980. -С. 40-52.
8. Санников С. Н. Экология и география естественного возобновления сосны обыкновенной. - М.: Наука, 1992. - 264 с.
9. Conard S.G., Tsvetkov P., Ivanova G.A., McRae D.J. Impacts of Fire Severity and Fire Behavior on Mortality of Pinus sylvestrisin Pine Forests of Central Siberia // Climate Disturbance Interactions in Boreal Forest Ecosystems. IBFRA 12-th Annual Scientific Conference 3-6 May 2004, Fairbanks, Alaska, USA. Program and Abstracts. - 2004. - С. 54.
10. Kukavskaya E.A., Ivanova G.A., Conard S.G., McRae D.J., Ivanov V.A. Biomass dynamics of central Siberian Scots pine forests following surface fires of varying severity // Int. J.Wildland Fire. - 2014 -Vol.23(6). -С. 872-876. DOI: 10.1071/WF13043
11. McRae, D. J., Conard S.G., Ivanova G.A., Sukhinin A.I., Baker S.P., Samsonov Y.N., Blake T.W., Ivanov V.A., Ivanov A.V., Churkina T.V., Hao W.M., Koutzenogii K.P., Kovaleva N. Variability of Fire Behavior, Fire Effects and Emissions in Scotch Pine Forests of Central Siberia // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. - 2006. - Vol. 11(1). - С. 45-74.
12. Reinhardt E. D., Keane R. E., Brown J. K. Modeling fire effects // Int. J. Wildland Fire. -2001. - Vol. 10 (3-4). - C. 373-380.
13. Ryan К. С., Reinhardt E. D. Predicting postfire mortality of seven western conifers // Can. J. For. Res. - 1988. - Vol. 18 (10). - C. 1291-1297.
14. Turner M. G., Hargrove W. W., Gardner R. H., Romme W. H. Effects of fire on landscape heterogeneity in Yellowstone National Park, Wyoming // J. Veget. Sci. - 1994. - Vol. 5 (5). -C. 731-742.
15. Wardle DA, Hornberg G, Zackrisson O, Kalela-Brunding M, Coomes DA Long-term effects of wildfire on ecosystem properties across an island area gradient // Science. - 2003. -№ 300. - С. 972-975. doi:10.1126/SCIENCE.1082709
REFERENCES
1. Bezkorovaynaya I.N., Ivanova G.A., Tarasov P.A., Sorokin N.D., Bogorodskaya A.V., Ivanov V.A., Conard S.G., McRae D.J. (2005).Pyrogenic transformation of Pine stand Soil in Middle Taiga of Krasnoyarsk region. Sibirskii Ekologicheskii Zhurnal, №1, 143-152. [In Russian]
2. Ivanova G.A., Ivanov V.A., Kovaleva N.M., Conard S.G., Zhila S.V., Tarasov P A. (2017). Succession of vegetation after high-intensity fire in a pine forest with lichens. Contemporary Problems of Ecology, Vol. 10. N.1, 52-61.
3. Ivanova G.A., Perevoznikova B.D., Ivanov V.A. (2002). Transformation of vegetation in lover forest stories after ground fires. Lesovedenie, №2, 30-35. [In Russian].
4. Kovaleva N.M., Ivanova G.A. (2013).Recovery of ground vegetation at the initial stage of fire succession // Contemporary Problems of Ecology, Vol. 6, N.2, 162-169.
5. Melechov I S. (1948). Effect of fires on forest. M. - L.: Goslestechisdat, 126 с. [In Russian].
6. Pobedinskii A.V. (1965). Pine forests of Middle Siberia and Zabaikalie. M.: Nauka, 268 с. [In Russian].
7. Popova EP. (1980).Soil formation peculiarities in forest biogeocenosis of Angara region depending on time since fire. In Genesis and geography of forest soil, M.:Nauka,40-52 [In Russian].
8. Sannikov S.N. 1992. Ecology and geography of Scots pine natural regeneration. M.: Nauka,264 с. [In Russian].
9. Conard S.G., Tsvetkov P.A., Ivanova G.A., McRae D.J. (2004). Impacts of Fire Severity and Fire Behavior on Mortality of Pinus sylvestris in Pine Forests of Central Siberia. Climate Disturbance Interactions in Boreal Forest Ecosystems.[IBFRA 12-th Annual Scientific Conference 3-6 May 2004, Fairbanks, Alaska, USA. Program and Abstracts], C. 54.
10. Kukavskaya E.A. ,Ivanova G.A., Conard S.G., McRae D.J., Ivanov V.A. (2014). Biomass dynamics of Central Siberian Scots pine forests following surface fires of varying severity. Int. J.Wildland Fire, 23(6), 872-876. DOI: 10.1071/WF13043.
11. McRae, D. J., Conard S.G., Ivanova G.A., Sukhinin A.I., Baker S.P., Samsonov Y.N., Blake T.W., Ivanov V.A., Ivanov A.V., Churkina T.V., Hao W.M., Koutzenogii K.P., Kovaleva N. (2006). Variability of fire behavior, fire effects and emissions in Scotch Pine forests of Central Siberia. Mitigation and Adaptation Strategies for Global change, Vol. 11 (1), 45-74.
12. Reinhardt E. D., Keane R. E., Brown J. K. (2001). Modeling fire effects. Int. J. Wildland Fire,Vol. 10 (3-4), 373-380.
13. Ryan К. С., Reinhardt E. D. (1988). Predicting postfire mortality of seven western coni-fers.Can. J. For. Res.. Vol. 18 (10), 1291-1297.
14. Turner M. G., Hargrove W. W., Gardner R. H., Romme W. H. (1994). Effects of fire on landscape heterogeneity in Yellowstone National Park, Wyoming. J. Veget. Sci., Vol. 5 (5), 731-742.
15. Wardle DA, Hornberg G, Zackrisson O, Kalela-Brunding M, Coomes DA (2003) Long-term effects of wildfire on ecosystem properties across an island area gradient. Science, 300, 972-975. doi:10.1126/SCIENCE.1082709
© Г. А. Иванова, А. В. Иванов, С. В. Жила, И. Е. Фридрих, 2018
