Оценка и прогноз пожароопасной ситуации при оптимизации гидрологического режима верхового болота «Ельня» (Беларусь) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Опыт

экологического изучения территорий

Д.Г. Груммо*, Н.А. Зеленкевич*, О.В. Созинов**, Е.В. Мойсейчик**

* Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича

Национальной академии наук Беларуси,

220072, г. Минск, Республика Беларусь

** Гродненский государственный университет им. Я. Купалы,

220023, г. Гродно, Республика Беларусь

Оценка и прогноз пожароопасной ситуации при оптимизации гидрологического режима верхового болота «Ельня» (Беларусь)

На примере верхового болота Ельня (Миорский район Витебской области Беларуси) проведена оценка динамики изменчивости степени угроз пожаров при искусственной оптимизации гидрологического режима верхового болота. На основе расчетов показано, что оптимизация гидрологического режима проектной территории обеспечит к 2035 г. уменьшение вероятности возникновения пожаров на 0,8 баллов.

Ключевые слова: верховое болото, осушение болот, пожары на болотах, гидрологический режим болота, восстановление болот, заказник, болотная растительность.

D.G. Grummo*, N.A. Zeliankevich*, O.V. Sozinov**, E.V. Maiseichyk*

* V.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany, of the National Academy Sciences of Belarus, Minsk, 220072, Republic of Belarus ** Yanka Kupala State University of Grodno, Grodno, 220023, Republic of Belarus

Evaluation and forecast of fire hazard

in the optimization of the hydrological regime

of raised bog «Yelnya» (Belarus)

Assessment of the dynamics of the threat of fires degree in the optimization of the hydrological regime of raised bog are held (case study: raised bog Yelnya in Miory district, Vitebsk region, Belarus). Optimization of the hydrological regime of the project area will provide a reduction in the potential for fires by 0.8 points by 2035.

Key words: raised bog, drainage, fire, hydrology, wetlands restoration, nature reserve, vegetation.

Природные, в том числе и торфяные пожары, являются одним из самых распространенных и опасных природных рисков. Влияние торфяных пожаров выражается в деградации и уничтожении биоты и торфа, ускорении биогеохимических циклов элементов, интенсивной эмиссии углекислого газа в атмосферу [Синюткина и др., 2015; Guoping et а1., 2015]. Значительный экологический и экономический ущерб, наносимый торфяными пожарами, определяет необходимость прогнозирования рисков их возникновения. Основой для прогнозирования являт-ся оценка потенциальной пожароопасности территорий с применением

0 о. комплексного подхода и использованием растительных сообществ как ш ^ основных единиц оценки пожароопасности территории, что позволяет

1 а-

^ ^ проследить генетическую взаимосвязь и взаимозависимость природных

§ £ компонентов и их пирологических характеристик [Бобков и др., 2006].

™ ^ В продолжение серии статей по анализу экологических и экономиче-

Е= ^ ских дивидендов от реализации мероприятий по оптимизации гидрологического режима [Груммо и др., 2016а, б, в], выполняемых проектной

8 территорией (при условии ее восстановления и сохранения) - верховым

о

болотом Ельня в пределах республиканского ландшафтного заказника «Ельня» (Беларусь) (площадь 25 301 га), в данном материале приводится оценка эффектов для снижения пожароопасной ситуации, которых возможно достигнуть при восстановлении гидрологического режима болота.

Природоохранные мероприятия (2015-2016 гг.) на верховом болоте «Ельня» направлены, в первую очередь, на реабилитацию гидрологического режима проектной территории, поэтому основным позитивным эффектом является снижение вероятности возникновения торфяных пожаров. Болото Ельня с момента интенсивных осушительных мероприятий (1957-1959 гг. [Груммо и др., 2010]) было подвержено деструктивному воздействию комплекса факторов естественного и антропогенного происхождения, среди которых ведущую роль играют пожары. В результате пожаров 1975, 1979, 1983, 1992, 1994, 1999, 2002, 2015 гг. пострадало около 14,0 тыс. га, или 77% верхового болота. Особенно катастрофические последствия имел пожар 2002 г., который захватил практически весь болотный массив, оставив неповрежденной только его северную часть [Там же].

Материалы и методы

Проектная территория (прогнозируемая зона восстановления гидрологического режима болота) размещается в пределах верхового болота республиканского ландшафтного заказника «Ельня» между 55°28'-55°36' с.ш. и 27°43'-27°55' в.д. Максимальная протяженность с севера на юг - 13,1 км, с запада на восток - 7,1 км. Общая площадь проектной территории составляет 7595,5 га.

Полевые и камеральные исследования проведены в соответствии с общепринятыми в геоботанике, лесоведении, почвоведении и математической статистике методами [Программа, 1974; Груммо и др., 2010].

Для оценки и прогноза пожароопасной ситуации на болоте Ельня использована методология, основанная на данных полевых геоботанических исследований 2006-2015 гг. и данных дистанционного зондирования [Груммо и др., 2008, 2010, 2012].

Результаты и их обсуждение

Анализ полученных результатов по пожароопасной ситуации верхового болота Ельня показал, что регулярные торфяные пожары привели к следующим последствиям для болотных экосистем: - в результате пожаров 1975, 1979, 1983, 1992, 1994, 1999, 2002 гг. пострадало около 14,0 тыс. га, или 55% территории ООПТ и 77% болотного массива;

о

0 Е

ш ё

1 а-

¡г а.

о Р л т

о к ки эн

т че

о 5

- площади повреждения пожарами постоянно росли и достигли максимума в 2002 г.;

- уничтожение характерных местообитаний большинства видов животных;

- развитие нежелательных растительных сукцессий на местах пожаров (увеличение площади пушистоберезняков и вересковых пустошей);

- резкое снижение покрытия сфагновыми мхами и сокращение функции поглощения диоксида углерода.

Созданная нами база данных поврежденных участков и карта пожаров стала основой для определения масштабов деградации растительности тестового полигона в результате пожаров последних лет, позволила установить (таблица 1), что в результате действия пожаров в той или иной степени пострадало 13145 га (52,0% территории тестового полигона), в т.ч.:

- умеренно поврежденные фитоценозы (I степень), занимают 1818,6 га, или 7,2% территории заказника;

- сильно поврежденные фитоценозы (II степень), образуют довольно обширную зону, общей площадью 5268,7 (20,8%) в центральной и южной частях болотного массива;

- очень сильно поврежденные фитоценозы (III степень), занимают 6058,7 га (24,0%); в их размещении отчетливо прослеживается тенденция приуроченности к мелиоративным каналам и озерам, которые, дренируя прилегающую территорию болотного массива, сыграли существенную роль в формировании эпицентров пожаров.

Среди гарей 10,64 тыс. га (80,9%) приходится на открытое верховое болото, что свидетельствует о катастрофическом последствии пожара 2002 г. для объекта охраны, поскольку выгорела значительная часть уникального болотного массива.

В результате действия пожаров погибло или сильно повреждено (отпад в древостое более 50%) 2,36 тыс. га лесных насаждений (28,0% лесопокрытой территории). Площадь погибших от пожаров спелых и перестойных лесов составила 525,6 га (34,8% от общей площади высоковозрастных насаждений), погибших высокопродуктивных дре-востоев - 339,8 га (10,1%); запас древесины в погибших лесных насаждениях составил 234,0 тыс. м3 (21,8%), в т.ч. в спелых и перестойных -92,6 тыс. м3 (45,7%).

Огнем уничтожено 121,4 га особо ценных участков заказника (редко встречающиеся растительные сообщества, природные эталоны, биогеоценозы с охраняемыми видами растений и животных).

о

0 Е

ш ё

1 а-

¡г а.

о Р л т

о к ки эн

т че

о 5 10

Таблица 1

Обобщенные сведения о последствии пожара 2002 г.

для природных экосистем республиканского ландшафтного заказника «Ельня» [Груммо и др., 2010]

Характеристика повреждения

Показатель удельная доля от показателя

в допожарныи период

Площадь поврежденных пожаром 13 145,0 га 52,0%

участков, в т.ч.:

I степень (умеренно поврежденные) 1818,6 га 7,2%

II степень (сильно поврежденные) 5268,7 га 20,8%

III степень 6058,7 га 24,0%

(очень сильно поврежденные)

Площадь погибших насаждений, 2364,0 га 28,0%

в т.ч.:

спелых и перестойных 525,6 га 34,8%

высокопродуктивных (Р-[ классов бонитета) 339,8 га 10,1%

Запас древесины в погибших 234,0 тыс. м3/га 21,8%

насаждениях, в т.ч.:

в спелых и перестойных 92,6 тыс. м3/га 45,7%

в высокопродуктивных (Н2 классов бонитета) 88,6 тыс. м3/га 21,7%

Площадь поврежденных высокопро- 1536,7 га 65,3%

дуктивных участков ягодников

и лекарственных растений, в т.ч:

клюквы 1308,7 га 74,6%

черники 71,2 га 34,5%

голубики 3,4 га 18,9%

багульника болотного 153,4 га 41,1%

Снижение среднегодового биологического запаса ягод клюквы -252,6 т -72,9%

Снижение эксплуатационного запаса ягод клюквы -89,0 т -71,1%

Площадь уничтоженных особо ценных участков, га 121,4 га 9,9%

о

0 Е

ш ё

1 а-¡г а.

о Р л т

о к ки эн

т че

о 5

Самый существенный урон пожар нанес недревесным ресурсам растительности заказника (ягодники, лекарственное сырье). Ягодоносная площадь сократилась на 1383,3 га (69,5% от площади в период, предшествующий пожару), в т.ч. клюквы - 1308,7 га (74,6%), черники - 71,2 га (34,5%), голубики - 3,4 га (18,9%) [Груммо и др., 2016в]. Среднегодовой биологический запас основного ресурсного объекта - ягод клюквы - снизился на 256,6 т (72,9%), а эксплуатационный - на 89 т (71,1%). Ежегодная стоимость ущерба только от снижения эксплуатационного урожая клюквы по минимальным оценкам составляет 180-200 тыс. долларов США.

В настоящее время потенциал возникновения пожароопасной ситуации аналогичной событиям 2002 г. на территории ООПТ оценивается пока как крайне высокий, без существенных изменений: средневзвешенное значение класса пожарной устойчивости в 2006 г. составило П,3 балла (неустойчивое состояние), в 2010 г. - П,9 балла (среднеустой-чивое), в 2015 г. - Ш,0 балла.

На основе оригинальной методики, базирующейся на интегральной оценке комплекса показателей (степень разложения, зольность, влажность, мощность торфа, уровень залегания болотных вод, рельеф, характеристики горючести растительного материала, степень нарушения растительного покрова) болотные микро- и мезоландшафты проектной территории объединены в 5 классов по степени устойчивости к пожарам:

- наименее устойчивые: вересковые пустоши на гарях, открытые участки торфа;

- неустойчивые: послепожарные кустарничково-политрихово-сфагно-вые, кустарничково-сфагновые, приуроченные к топографической вершине болота;

- среднеустойчивые: сосновые и лиственные болотные леса на подсушенных землях, суходольные хвойные и лиственные леса на минеральных островах, пушицево-кустарничково-сфагновые (по периметру болот);

- устойчивые: сосновые и лиственные болотные леса, грядово-(мел-о о. ко)мочажинные комплексы, осоково-сфагновые мезотрофные ковры, ш ^ ивняково-травяно-осоковые;

Е ^ - наиболее устойчивые: сильно обводненные грядово-мочажинные § £ комплексы, топи на верховых и переходных болотах.

По потенциалу возникновения пожара растительные сообщества

о

ки

эн н %

ё= ^ болота Ельня в 2015 г. распределились следующим образом: I класс

о ^

12

(очень высокая) - 1736,9 га (9,2%); II класс (высокая) - 5283,6 га (28,2%); III класс (средняя) - 3931,7 га (21,0%); IV класс (низкая) -

6181,6 га (33,0%); V класс (очень низкая) - 1614,6 га (8,6%). Средний класс пожарной опасности по проектной территории составляет Ш,0, что диагностирует умеренное улучшение ситуации по сравнению с 2010 г. (таблица 2, рис. 1).

Таблица 2

Распределение площадей верхового болота Ельня по категориям устойчивости к пожарам в 2010-2015 гг. и прогноз до 2035 г.

Категории устойчивости 2010 г. 2015 г. 2035 г. (прогноз)

га % га % га %

1. Наименее устойчивая растительность 4657,1 24,8 1736,9 9,2 - -

2. Неустойчивая растительность 3548,1 18,9 5283,6 28,2 - -

3. Среднеустойчивая растительность 2131,4 11,4 3931,7 21,0 6377,4 34,0

4. Устойчивая растительность 6446,1 34,4 6181,6 33,0 10 311,2 55,0

5. Наиболее устойчивая растительность 1965,7 10,5 1614,6 8,6 2059,8 11,0

Средний класс пожарной устойчивости П,9 (средне-устойчивое) Ш,0 (средне-устойчивое) Ш,8 (устойчивое)

По нашим расчетным данным, природная устойчивость экосистем к пожарам к 2035 г. в среднем увеличится по отношению к аналогичному показателю 2035 г. на 0,8 балла за счет исчезновения наименее устойчивых и, напротив, увеличения на 22% устойчивых категорий (см. таблица 2, рис. 1). Все остальные позитивные эффекты для биологического разнообразия, в различной степени, связаны с ослаблением и/ или ликвидацией пожароопасной ситуации.

Заключение

Проведение природоохранных работ на территории республиканского ландшафтного заказника «Ельня» (Беларусь) по оптимизации гидрологического режима болотного массива в перспективе обеспечит значимое снижение пожароопасной ситуации на верховом болоте Ельня

о

0 Е

ш ё

1 а-

¡г а.

о Р л т

о к ки эн

т че

о 5

27п44'50*в.д. 27'48'30'в.д. 27"52'10" в. д. 27"55'50"в.д. 27'59"30* в. д.

2Г44'50"в.д. 27п48'30*в.д. 27°52'10"в.д. 27-55'50"в.д. 27'59'30" в. д.

п о

Легенда

Классы пожарной устойчивости торфяных болот

| 1. Наименее устойчивые

2. Неустойчивые

3. Среднеустойчивые

4. Устойчивые

5. Наиболее устойчивые

Граница проектной территории (прогнозируемая зона восстановления гидрологического режима) Граница РЛЗ «Ельня»

Рис. 1. Карты устойчивости верхового сфагнового болота Ельня к пожарам (2015 г.) и прогноз динамики пожароопасной ситуации (к 2035 г.) после реализации мероприятий по восстановлению гидрорежима

(Беларусь): к 2035 г. на 0,8 балла, за счет исчезновения наименее устойчивых и увеличения на 22% устойчивых растительных сообществ.

В обобщенном виде оценки экологических услуг и эффектов, полученных при реализации природоохранного проекта по восстановлению гидрологического режима верхового болота Ельня, представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3

Сводные данные по монетизации экологических услуг и эффектов, полученных при реализации проекта по восстановлению гидрологического режима верхового болота Ельня

Показатель Значение

Суммарная оценка экосистемных услуг территории, в т.ч.: интегральная оценка услуг болотных экологических систем интегральная оценка услуг водных экологических систем 34 975 985 USD/год 20 440 985 USD/год 14 535 000 USD/год

Стоимостная оценка сорбционной (водоочистительной) функции болот 9 126 027 USD/год

Стоимость пресной воды, аккумулированной в верховом болоте (без учета запасов в озерах) 247 510 080 USD/год

Стоимость урожая ягод клюквы (2015 г.) 246 200 USD/год

Прогноз стоимости урожая клюквы в 2035 г. 307 500 USD/год

± стоимость урожая клюквы за период 2015-2035 гг. +89 700 USD/год

Стоимость снижения объемов эмиссий парниковых газов (2035 г.) 85 155 USD/год

Таким образом, завершая серию статей по анализу экологических и экономических дивидендов от реализации мероприятий по оптимизации гидрологического режима болота Ельня [Груммо и др., 2016а, б, в], нами отмечено, что в краткосрочной перспективе восстановление гидрологического режима нарушенного верхового болота позволит достичь следующих устойчивых положительных результатов:

а) стабилизация гидрологического режима;

б) снижение пожароопасности;

в) стабилизация экологического режима местообитаний для видов животных и растений, включенных в Красную книгу Республики Беларусь (2015);

г) сокращение объема эмиссий углекислого газа в атмосферу.

о

0 Е

ш ё

1 а-

¡г а.

о Р л т

о к ки эн

т че

о 5

Таблица 4

Оценка экологических эффектов для проектной территории Ельня в результате реализации проекта по восстановлению гидрологического режима

Эффект Оцениваемый показатель по отношению к 2015 г. С реабилитацией к 2035 г.

Увеличение пожарной устойчивости Класс пожарной устойчивости +0,8

Улучшение состояния растительного покрова Индекс нарушений -0,9

Уменьшение площадей, занятых сильнонарушенной и полностью уничтоженной растительностью Доля вторичной растительности, % ^6,0

Уменьшение площадей с предельно низкой видовой насыщенностью фитоценозов Доля площадей, % -9,7

Замедление процессов деградация местообитаний важных для биоразнообразия Доля деградированных биотопов по NATURA 2000, % -30,4

Сохранение воды в верховом болоте (без учета запасов в озерах) Объем воды, аккумулированной в болоте, тыс. м3 458 352

Снижение объемов эмиссий парниковых газов Объемы выбросов парниковых газов, тСО,-экв. в год -9266

Библиографический список / References

ГИС-технология оценки пожароопасности геокомплексов северо-запада России / Бобков А.А., Вершинин А.П., Щербаков В.М., Паниди Е.А. // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2006. Вып. 4. С. 122-127. [GIS-technology assessment of fire geocomplexes of northwest Russia. Bobkov A.A., Vershinin A.P., Shcherbakov V.M., Panidi E.A. Vestnik of Saint Petersburg University. Geology. Geography. 2006. Vol. 4. Pp. 122-127.]

Груммо Д.Г., Ильючик М.А., Зеленкевич Н.А. Опыт крупномасштабного геоботанического и экологического картографирования растительности болот с использованием данных дистанционного и наземного зондирования // Еко-лопя болгг i торфовищ: матерiали круглого столу, Кшв, 2 лютого 2012 року. Кив, 2012. С. 49-58. [Grummo D.G., Il'yuchik M.A., Zeliankevich N.A. Experience of large-scale geo-botanical and ecological mapping of wetlands vegetation with the use of remote sensing data and ground probing. Ekologiya bolit i torfovishch: materiali kruglogo stolu, Ki'iv, 2 lyutogo 2012 roku. Kiev, 2012. Рр. 49-58.]

Груммо Д.Г., Ильючик М.А., Зеленкевич Н.А. Опыт мониторинга растительности при экологических катастрофах // Наука и инновации. 2008. № 3. С. 28-31. [Grummo D.G., Il'yuchik M.A., Zeliankevich N.A. Experience of vegetation monitoring during ecological disasters. Science and Innovations. 2008. № 3. Рр. 28-31.]

Объемы выбросов и стоки парниковых газов при оптимизации гидрологического режима верхового болота «Ельня» (Беларусь) / Груммо Д.Г., Зеленкевич Н.А., Созинов О.В., Мойсейчик Е.В. // Социально-экологические технологии. 2016б. № 2. С. 51-61. [The amount of greenhouse gases emissions and their accumulation in the hydrological regime optimization of the raised bogs «Yelnya» (Belarus). D. Grummo, N. Zeliankevich, O. Sozinov, E. Maiseichyk. Sotsial'no-ekologicheskie tekhnologii. 2016b. № 2. Рр. 51-61.]

Оценка потенциальной пожароопасности осушенных болот Томской области / Синюткина А.А., Бурнашова Е.Н, Беленк А.А. и др. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 12. С. 45-53. [Evaluation of the potential fire hazard of the drained marshes of the Tomsk region. Sinyutkina A.A., Burnashova E.N, Belenk A.A. Bulletin of Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2015. Т. 326. № 12. Рр. 45-53.]

Оценка эффектов восстановления гидрологического режима верхового болота Ельня (Беларусь) для биологического разнообразия и ресурсов ягод / Грум-мо Д.Г., Зеленкевич Н.А., Созинов О.В., Мойсейчик Е.В. // Социально-экологические технологии. 2016в. № 3. С. 5-19. [Evaluation of effects recovery hydrological regime of raised bogs Yelnya (Belarus) for biodiversity and berries resources. D. Grummo, N. Zeliankevich, O. Sozinov, E. Maiseichyk. Sotsial'no- _ ^ ekologicheskie tekhnologii. 2016c. № 3. Рр. 5-19.] g сЮ

Программа и методика биогеоценологических исследований / Отв. ред. ^ И.В. Дылис. М., 1974. [Programma i metodika biogeotsenologicheskikh issledovanii E [Program and methodology of biogeocenose research]. I.V. Dylis (ed.). Moscow, 1974.] g £ Флора и растительность ландшафтного заказника Ельня / Д.Г. Груммо, m 1 О.В. Созинов, Н.А. Зеленкевич и др.; Под ред. Н.Н. Бамбалова. Минск, ^ ^ 2010. [Flora i rastitel'nost' landshaftnogo zakaznika El'nya [Flora and vegetation q m of the landscape reserve Yelnya]. D.G. Grummo, O.V. Sozinov, N.A. Zelenkevich et al.; N.N. Bambalov (ed.). Minsk, 2010.] 17

о

Эколого-экономическая оценка экосистемных услуг при оптимизации гидрологического режима верхового болота «Ельня» (Беларусь) / Груммо Д.Г., Зелен-кевич Н.А., Созинов О.В., Мойсейчик Е.В. // Социально-экологические технологии. 2016а. № 1. С. 57-66. [Ecological and economic evaluation of ecosystem services in the optimization of the hydrological regime of raised bogs «Yelnya» (Belarus). D. Grummo, N. Zeliankevich, O. Sozinov, E. Maiseichyk. Sotsial'no-ekologicheskie tekhnologii. 2016а. № 1. Рр. 57-66.]

Effect of fire on phosphorus forms in Sphagnum moss and peat soils of ombrotrophic bogs. Guoping W., Xiaofei Yu., Kunshan B. et al. Chemosphere. 2015. Vol. 119. P. 1329-1334.

Статья поступила в редакцию 20.05.2016. The article was received on 20.05.2016.

Груммо Дмитрий Геннадьевич - кандидат биологических наук; заместитель директора по научной и инновационной работе, Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

Grummo Dmitriy G. - PhD in Biology; Deputy Director for Science and Innovation, V.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany, of the National Academy Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus E-mail: zm.hrumo@gmail.com

Зеленкевич Наталья Алексеевна - кандидат биологических наук; научный сотрудник лаборатории геоботаники и картографии растительности, Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

Zelenkevich Natalia A. - PhD in Biology; Researcher, Laboratory of Geobotany and Vegetation Cartography, V.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany, of the National Academy Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus E-mail: zeliankevich_nat@mail.ru

2 >s

о а. Созинов Олег Викторович - кандидат биологических наук, доцент; & s заведующий кафедрой ботаники, Гродненский государственный уни-| ^ верситет им. Я. Купалы, Республика Беларусь

§ i Sozinov Oleg V. - PhD in Biology, Associate Professor; Head of the Dem л

t ^ partment of Botany, Yanka Kupala State University of Grodno, Republic of Belarus

с ^

o S 18

E-mail: ledum@list.ru

Мойсейчик Екатерина Владимировна - научный сотрудник лаборатории геоботаники и картографии растительности, Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

Moyseychik Ekaterina V. - Researcher of Laboratory of Geobotany and Vegetation Cartography, V.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany, of the National Academy Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus E-mail: mojsejchik@gmail.com

о >s

0 g.

ш ё

1 a-

¡r a.

о P л т

о к ки эн

т че

о S