CC BY
87
УДК: 630.43:546.26
ОЦЕНКА ЭМИССИИ УГЛЕРОДА ПРИ ПОЖАРАХ В СВЕТЛОХВОЙНЫХ И ЛИСТВЕННЫХ НАСАЖДЕНИЯХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Елена Александровна Кукавская
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории лесной пирологии, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Сергей Викторович Жила
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории лесной пирологии, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Галина Александровна Иванова
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории лесной пирологии, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Людмила Викторовна Буряк
Сибирский государственный технологический университет, 660049, Россия, г. Красноярск, пр. Мира, 82, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесоводства, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
В статье дана оценка воздействия пожаров на структуру и запасы горючих материалов в светлохвойных и лиственных насаждениях и на вырубках Красноярского края. Получены данные по выходу углерода в зависимости от категории лесного участка и типа леса. Установлено, что эмиссия углерода при пожарах растительности в светлохвойных насаждениях больше, чем в лиственных насаждениях. На вырубках эмиссия углерода в 1,5-5,2 раз больше, чем в насаждениях, что обусловлено большим количеством порубочных остатков на лесосеках.
Ключевые слова: пожар, запасы горючих материалов, эмиссия углерода, сосновые, лиственничные и березовые насаждения, вырубки.
ESTIMATION OF CARBON EMISSIONS FROM FIRES IN LIGHT-CONIFEROUS AND DECIDIOUS FORESTS OF KRASNOYARSK KRAI
Elena A. Kukavskaya
V.N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Academgorodok 50/28, researcher of laboratory of forest fires, Ph. D., tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Sergey V. Zhila
V.N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Academgorodok 50/28, Ph. D., researcher of laboratory of forest fires, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Galina A. Ivanova
V.N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Academgorodok 50/28, Ph. D., leader researcher of laboratory of forest fires, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Ludmila V. Buryak
Siberian State Technological University, 660049, Russia, Krasnoyarsk, 82 Mira, Ph. D., associate professor, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
In the article the estimation of fire impact on fuel structure and loading in light-coniferous and deciduous forests and on logged sites of Krasnoyarsk krai is presented. Data on carbon emissions depending on forest site category and forest type are obtained. Carbon emissions due to fires were found to be higher in light-coniferous forests compared to deciduous forests. In the logged sites carbon emissions were 1,5-5,2 higher compared to the unlogged sites due to the large amount of woody debris left onsite.
Key words: wildfire, fuel loads, carbon emissions, pine, larch and birch stands, logged sites.
Лесные пожары нередко оказывают разрушительное воздействие на лесные экосистемы, уничтожая напочвенный покров и фауну, повреждая и приводя к гибели древостои, вызывая повреждение почвы и ее эрозию. Они оказывают мощное воздействие на биологическое разнообразие лесных экосистем и их устойчивость [1, 2, 5, 6]. Эмиссии углерода от лесных пожаров повышают концентрацию парниковых газов в атмосфере и тем самым способствуют изменению климата в глобальных масштабах. В настоящее время мировое научное сообщество проявляет все больший интерес к точным количественным оценкам эмиссий при пожарах растительности. Эмиссии углерода могут варьировать в зависимости от характера растительности, возраста насаждения, погоды, сезона года и времени пожара. Кроме насаждений воздействию огня ежегодно подвергаются значительные площади вырубок, которые характеризуются большим запасом доступных для горения материалов. Частота и интенсивность пожаров могут сильно меняться в связи с изменениями климата, режима пожароуправ-ления и практики лесопользования. Для территории России имеются лишь ограниченные сведения по эмиссии углерода при пожарах в отдельных регионах, в первую очередь в светлохвойных насаждениях [3, 7, 8, 9]. Некоторые районы Красноярского края рассматриваются как области критического изменения растительного покрова, вызываемого пожарами и рубками [10].
Целью наших исследований являлась оценка эмиссии углерода при пожарах в светлохвойных и лиственных насаждениях и на вырубках Красноярского края.
Для получения данных по количеству сгоревших горючих материалов, параметрам пожаров и эмиссии углерода в широком диапазоне условий горения и типов леса были проведены экспедиционные работы по обследованию нарушенных пожарами и рубками лесных участков. Пробные площади были заложены в Богучанском, Кежемском и Саянском районах Красноярского края. Общая методология проведения исследований включала лесоводственно-таксационное, геоботаническое и лесопирологическое описания, проводимые с использованием общепринятых методик [4, 11 и др.]. Всего было заложено 7 пробных площадей в различных лесорастительных условиях, каждая из которых состояла из 4 участков (площадью 1-3 га), находящихся в одинаковых ле-сорастительных условиях в непосредственной близости друг от друга и имеющих изначально одинаковые лесотаксационные характеристики: (1) насаждение, (2) насаждение, пройденное пожаром, (3) вырубка и (4) вырубка, пройденная пожаром. Для наиболее точной оценки эмиссии углерода при пожарах подбирались участки, на которых пожар распространялся в год исследований. Дав-
ность рубки составляла от нескольких месяцев до пяти лет. На тех участках, которые были пройдены рубками главного пользования, осуществлялось восстановление основных таксационных характеристик древесного яруса по зависимостям диаметра дерева на высоте груди от диаметра пня, полученным в ненарушенных насаждениях для всех лесообразующих пород. Количество сгорающего органического вещества рассчитывалось по разнице запасов на участках, пройденных пожаром, и контрольных к ним участках, не подверженных пиро-генному воздействию. Эмиссия углерода принималась равной 50% от сгорающего запаса [12].
Светлохвойные насаждения на пробных площадях были представлены
чистыми сосновыми или смешанными древостоями с преобладанием сосны и
лиственницы, возраст - 110-200 лет, класс бонитета -II-III. Средний диаметр
варьировал от 29 до 37 см, высота - 23-28 м, полнота - 0,7-0,9, запас - 310-5
440 м /га. Лиственные насаждения представлены березовыми древостоями с примесью осины в составе, возраст - 70-90 лет, класс бонитета - II, средний
-5
диаметр 26 см, высота - 19-25 м, полнота - 0,7-0,9, запас до 300 м /га. Пробные площади закладывались на участках лесных земель, пройденных низовыми пожарами, которые наиболее характерны для региона исследования. Сила пожаров варьировала от слабой до сильной. Средняя высота нагара на деревьях составила от 0,9 до 3,1 м, глубина прогорания напочвенного покрова - от 0,2 до 5,5 см.
В ходе проведенных исследований выявлено, что запасы напочвенных горючих материалов в светлохвойных насаждениях варьируют от 40 до 54 т/га. Запасы горючих материалов в насаждениях с преобладанием березы составляют 16-20 т/га, что в среднем на 60% меньше, чем в светлохвойных насаждениях зеленомошной группы типов леса. В светлохвойных насаждениях на опад приходится - 7-12 %, а в лиственных - 9-20 %. Основной запас в насаждениях составляет подстилка (до 82 % от общего запаса). Травяно-кустарничковый ярус составляет незначительную долю в светлохвойных насаждениях - до 3 %, тогда как в лиственных насаждениях запас трав и кустарничков достигал 15-20 %. Запас ветвей и валежа разной степени деструкции составил - 9-26 % в светлох-войных насаждениях и всего до 4 % в лиственных. Пожары снижают запасы напочвенного покрова тна 5-55% в зависимости от интенсивности пирогенного воздействия. После рубок в светлохвойных насаждениях в условиях Богучан-ского и Кежемского районов запасы упавших древесных горючих материалов увеличиваются в 2,5-7 раз, общей запас напочвенных горючих материалов составляет в среднем 95 т/га. В лиственных насаждениях после рубок запасы древесных горючих материалов увеличиваются в 1,5-4 раза, но общий запас напочвенных горючих материалов при этом, как правило, не превышает 25-30 т/га. Пожары на вырубках снижают запасы на 15-40 % от допожарного значения. На вырубках, пройденных пожарами, глубина прогорания напочвенного покрова в 1,5 и более раз выше аналогичного показателя в насаждениях.
Эмиссия углерода при пожарах в светлохвойных насаждениях составила от 4,4 до 12,7 тС/га (рис.). Наибольшее количество углерода (до 95%) выделилось при сгорании мхов, лишайников и подстилки. Выход углерода на вырубках со-
ставил 7,5 - 40,9 тС/га, что в 1,5-5 раз превышает эмиссию углерода при пожарах в насаждениях такого же типа леса и при одинаковых погодных условиях. На вырубках на сгоревшие порубочные остатки приходится от 50 до 80% от общей эмиссии. Наибольшая разница в величине эмиссии углерода в насаждениях и на вырубках наблюдается при большой захламленности участков порубочными остатками и при ранневесенних пожарах, когда на территории, пройденной рубкой, горючие материалы уже достигли пожарной зрелости, а под пологом древостоя распространению огня препятствует высокое влагосо-держание лесных горючих материалов.
40
Т 30
Светлохвойные насаждения
20
10
12 3 4
Лиственные насаждения
Насаждение I Вырубка
5 6 7
Пробная площадь
Рис. Эмиссия углерода при пожарах в насаждениях и на вырубках в светлохвойных и лиственных насаждениях Красноярского края
Эмиссия углерода при пожарах в лиственных насаждениях составила
0.5-2,4 тС/га. Меньшая эмиссия углерода в лиственных насаждениях по сравнению с выходом углерода в светлохвойных лесах обусловлена преобладанием беглых весенних пожаров, при которых сгорает небольшое количество горючих материалов. При пожарах на вырубках выход углерода увеличился до 5,9 тС/га, что в 3-5 раз больше, чем эмиссия углерода в насаждениях. При этом доля порубочных остатков в общем объеме выделившегося углерода возросла с 3 до 20%.
Эмиссия углерода при пожарах в насаждениях в значительной степени (г = 0,72) зависела от погодных условий, характеризующихся показателем ПВ-
1. Вариабельность эмиссии углерода при пожарах на вырубках обусловлена как метеорологическими условиями, так и различиями в способах рубок и очистки лесосек. Величина выхода углерода при пожарах на вырубках в значительной степени определялась запасом горючих материалов (г = 0,68). В летний период обильное разрастание травяного покрова на вырубках с давностью рубки 3 и более лет способствует снижению интенсивности горения, вследствие этого эмиссия углерода здесь в 1,2-1,4 раза меньше, чем на свежих вырубках.
0
В целом, эмиссия углерода при пожарах больше в хвойных насаждениях по сравнению с лиственными лесами. Рубки в светлохвойных насаждениях значительно увеличивают запасы напочвенных горючих материалов, приводят к повышению пожарной опасности территории и увеличению выхода углерода. Рубки в лиственных насаждениях, проводимые, как правило, для удовлетворения потребностей местного населения, не существенно увеличивают запасы горючих материалов, а возникающие на таких участках весенние беглые пожары не оказывают значительного влияния на параметры баланса углерода.
Исследования были проведены при поддержке гранта Президента РФ МК-4646.2015.5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванова Г.А., Перевозникова В.Д. Послепожарное формирование живого напочвенного покрова в сосняках Среднего Приангарья // Сибирский экологический журнал. - 1996. -Т.3. - № 1. - С. 109-116.
2. Экологическая и лесообразующая роль пожаров в криолитозоне Сибири / А.П. Абаимов, С.Г. Пропушкин, О.А. Зырянова, Ю. Каназава, К. Такахаши // Лесоведение. -М.: Наука, 2001. - № 5. - С. 50-59.
3. Брюханов А.В., Верховец С.В. Оценка эмиссий углерода при пожарах на вырубках в хвойных лесах Центральной и Южной Сибири // Сибирский экологический журнал. - 2005. -1 (2005). - С. 109-112.
4. Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов // Вопросы лесной пирологии. - Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1970. - C. 5-58.
5. Fire, global warming, and the carbon balance of boreal forests / E.S. Kasischke, N.L. Christensen, B.J. Stocks // Ecol. Appl. - 1995. - Vol. 5. - P. 437-451.
6. Dendroclimatic inference of wildfire activity in Quebec over the 20th century and implications for natural disturbance-based forest management at the northern limit of the commercial forest / H. Le Goff, M.P. Girardin, M.D. Flannigan, Y. Bergeron // International Journal of Wildland Fire. - 2008. -№ 17. - P. 348-362.
7. Variability of fire behavior, fire effects and emissions in Scotch Pine forests of central Siberia / D.J. McRae, S.G. Conard, G.A. Ivanova, A.I. Sukhinin, S.P. Baker, Y.N. Samsonov, T.W. Blake, V.A. Ivanov , T V. Churkina, W.M. Hao, K.P. Koutzenogij, N.M. Kovaleva // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. - 2006. - № 11. - P. 45-74.
8. Fire impact on carbon storage in light conifer forests of the Lower Angara region, Siberia / G.A. Ivanova, S.G. Conard, E.A. Kukavskaya, D.J. McRae // Environmental Research Letters. -2011. - 6. 045203. doi:10.1088/1748-9326/6/4/045203
9. Influence of logging on the effects of wildfire in Siberia / E.A. Kukavskaya, L.V. Buryak, G.A. Ivanova, S.G. Conard, O.P. Kalenskaya, S.V. Zhila, D.J. McRae // Environmental Research Letters. - 2013. - Vol. 8. 045034 doi:10.1088/1748-9326/8/4/045034
10. Areas of rapid forest-cover change in boreal Eurasia / F. Achard, D. Mollicone, HJ. Stibig, D. Aksenov, L. Laestadius, Z. Li, P. Popatov, A. Yaroshenko // Forest ecology and Management. - 2006. - 237. - P. 322-34.
11. Van Wagner C.E. The line intersect method in forest fuel sampling // Forest Science. -1968. - № 1. - P. 20-26.
12. Levine J.S., Cofer W.R. Boreal forest fire emissions and the chemistry of the atmosphere // Fire, Climate Change and Carbon Cycling in North American Boreal Forests, Ecol. Stud. Ser., edited by E.S. Kasischke, and B.J. Stocks, Springer, New York. - 2000. - III. - P. 31-48.
© Е. А. Кукавская, С. В. Жила, Г. А. Иванова, Л. В. Буряк, 2015
