CC BY
69
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПОЖАРОВ В ЛЕСАХ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА Г.А. Иванова1, В.А. Иванов2, Е.А. Кукавская 1
'ФГБУН Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 2ФГБУО ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, е-mail: [email protected]
Особенности возникновения и распространения лесных пожаров в Республике Тыва обусловлены ее географическим положением, климатом, растительностью и хозяйственной деятельностью. Продолжительность пожароопасного периода составляет более 120 дней. Основной причиной лесных пожаров является хозяйственная деятельность человека. Выявлена цикличность в возникновении лесных пожаров. Периодичность лесных пожаров связана с чередованием сухих и влажных лет, с сезонными и суточными изменениями погоды, с характером леса и изменениями его во времени, с местонахождением лесных массивов и отдельных их частей, с деятельностью человека. Периодичность лесных пожаров была реконструирована для насаждений Республики Тыва с использованием дендрохронологических методов и статистической информации. Пожары возникают в сосняках с интервалом от 6 до11 лет. В горных лиственничных и кедровых лесах длительность среднего межпожарного интервала возрастает в 4 раза и более. Для степных боров средний межпожарный интервал составляет 10,4 года, при этом крупные пожары, возникают каждые 20 лет. Выявленная периодичность пожаров характерна для этих боров в последние три столетия и определяется постоянной антропогенной нагрузкой. Анализ горимости территории Балгазикского бора показал, что с середины 1990-х годов количество пожаров возросло в 14 раз, а пройденная огнем площадь увеличилась в 58 раз. Соответственно увеличилась и величина углеродной эмиссии а атмосферу. В настоящее время на высокую пожарную опасность степных боров также влияют незаконные рубки, которые увеличивают захламленность и способствуют возникновению низовых высокоинтенсивных пожаров и переходу их в кроны деревьев.
Ключевые слова: лесные пожары, дендрохронологические методы, сосновые леса, Республика Тыва
Forest fire characteristics in the Tyva Republic depend on its geographical location, climate, vegetation and anthropogenic impact. The duration of fire season is more than 120 days. The main cause of forest fires is human activities. Cyclicity in forest fire origins was revealed. Periodicity of forest fires depends on the cycling of dry and humid years, seasonal and diurnal weather changes, forest characteristics and its change with time, location of woodland and its separate parts, as well as human activity. Fire periodicity was reconstructed for forests of the Tyva Republic with a use of dendrochronological methods and statistical information. Fires in pine stands occur with an interval of 6 to 11 years. In the mountain larch and cedar forests the duration of the average fire return interval increases by 4 and more times. In the pine stands of forest-steppe zone average fire return interval is 10,4 years with large fires occurred every 20 years. Revealed fire periodicity is characteristic for these pine stands in the last three hundred years and depends on the constant anthropogenic impact. According to the analysis of fire characteristics in the Balgazyn pine stands, since the middle of the 1990's number of fires increased by 14 times while area burned increased by 58 times. Thus, amount of carbon released to the atmosphere also increased. At present, high fire hazard of the pine stands located in the forest-steppe zone is also affected by illegal loggings which increase fuel loads and favour occurrence of high-severity surface fires and their spreading to the tree crowns.
Keywords: forest fires, dendrochronological methods, Scots pine stands, the Tyva Republic
Лесные пожары являются важным экологическим фактором, определяющим формирование лесов (Фуряев, 1996). Наиболее часто пожарами повреждаются сосновые леса, расположенные преимущественно в Сибири, где они составляют до 30% от всех хвойных лесов. При прогнозируемом потеплении климата ожидается значительное увеличение пройденной пожарами площади, повышение интенсивности горения и сокращение межпожарных интервалов (Furyaev et al., 2001; Kasischke, Turetsky, 2006; Krawchuk, Cumming, Flannigan, 2009). Кроме того, потепление климата трансформирует способность многих растительных видов и экосистем адаптироваться к изменениям внешней среды, что вызовет перестройку структуры всех иерархических уровней лесной растительности. Изменение климатических условий вызывает смещение зон растительности и создает угрозу исчезновения тундр и опустынивания степей (Tchebakova, Rehfeldt, Parfenova, 2005; Soja et al., 2007; Kharuk, Ranson, Dvinskaya, 2007).
Постоянно растущие антропогенные нагрузки и специфичные климатические условия в совокупности с уже имеющейся нарушенностью территории предопределяют высокую частоту пожаров и степень горимости лесных и степных территорий юга Сибири. Ситуация усугубляется потеплением климата на юге Сибири, сопровождающимся повышением зимней и летней температур воздуха и снижением количества осадков на 4-8% (ТЛеЬакоуа, Райепоуа, 2006). Лесовозобновление на участках крупных гарей в борах юга Сибири затруднено из-за разрастания вейника и иссушения почвы. Происходит остепнение крупных участков гарей и сокращение площадей ленточных боров юга Сибири. За счет разреживания древостоев вследствие пожаров, поражения корневой губкой и энтомовредителями увеличивается степень нарушенности южных боров и, возрастает их природная пожарная опасность (Буряк и др., 2007). К таким территориям с высокой пожарной опасностью относится Республика Тыва.
Точная и детальная хронология лесных пожаров является количественной оценкой этого экологического
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 5 - 6, 2015
фактора. Она необходима для определения интервалов действия пожаров и расчета их частоты. Реконструкция лесных пожаров позволяет восстановить многовековую ретроспективу прошлых пожарных режимов, которую можно взять как основу для сравнения с современными режимами, а также для прогнозирования тенденций развития лесных экосистем.
В связи с этим целью наших исследований являлась оценка периодичности лесных пожаров на территории Тувы в настоящее время и прошлом.
РАЙОН И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования были проведены в Республике Тыва, являющейся типично горной страной, имеющей в пределах своих границ вытянутые с запада на восток горные хребты с заключенными между ними степными и полупустынными котловинами. Сильная расчлененность рельефа, различная экспозиция склонов, высота над уровнем моря, общее положение конкретных территорий в пределах общей системы гор - все это создает большую пестроту в особенностях климата, почв и растительности. Степи занимают 30% всей территории региона и имеют сухой или полупустынный характер. Площадь лесов занимает около 70% территории республики. В растительном покрове горных лесов преобладают лиственничники и кедровые леса (около 90%). В поймах крупных рек развиты смешанные пойменные леса, состоящие из осины, березы, лиственницы, ели, кедра и пихты. Сосна образует крупные лесные массивы в центральной части Тоджинской котловины на востоке и массив в центральной степной части Республики Тыва (Балгазынский бор), расположенный в Улугхемской котловине, где сосна обыкновенная (Pinus silvestris L. subsp. kulundensis Sukaczew) произрастает на пределе своего ареала распространения. Климат региона характеризуется резкой континентальностью. В отдельные годы в летние периоды малое количество осадков в сочетании с высокими температурами способствует возникновению длительных засух (Коропачинский, Федоровский, 1969). Все эти факторы способствуют возникновению лесных и степных пожаров.
При анализе горимости лесов региона были использованы данные Центральной базы авиационной охраны лесов о сроках действия и площади пожаров.
Для оценки периодичности пожаров и определения среднего межпожарного интервала использован ден-дрохронологический анализ. Определение, по поперечным спилам деревьев, срока давности действия лесных пожаров проводилось по методике (Madany, Swetnam, West, 1982), позволяющей установить дату пожара путем перекрестного датирования с полученными ден-дрохронологическими рядами для данного местопроизрастания и данными о пожарах по спилам с пней. При построении хронологий лесных пожаров по пожарным подсушинам использовали от 5 до 10 спилов.
Выявленные на отдельных спилах деревьев годы с пожарами объединялись в обобщенные хронологии пожаров. Это с высокой достоверностью позволяет
установить даты пожаров на исследуемом участке. По хронологиям пожаров определяли следующие характеристики их временной изменчивости: средний межпожарный интервал и его стандартное отклонение, периодичность пожаров для исследуемого района. Средний межпожарный интервал рассчитан как отношение длительности полученного для местообитания ряда к числу зафиксированных за это время пожаров (Арбатская, Ваганов, 1997).
ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ И ПОЖАРНЫЕ
РЕЖИМЫ
Особенности возникновения и распространения лесных пожаров в Республике Тыва обусловлены ее географическим положением, климатом, растительностью и хозяйственной деятельностью. В лесах Тывы пожары возникают ежегодно, преимущественно в бездождные периоды при повышенной температуре и низкой относительной влажности воздуха, которые предопределяют высокую пожарную опасность по условиям погоды. Чаще всего такие периоды наблюдаются весной в апреле и мае при таянии снега и просыхании поверхности почвы и напочвенного покрова. В эти месяцы они достигают продолжительности 30 дней и более. Среднегодовая фактическая горимость лесов составляет 120-130 дней и длится с начала мая и до первой декады сентября. Максимум горимости приходится на май (53% всех пожаров).
Динамика общего количества пожаров и пройденной ими площади в лесах Республики Тыва по данным официальной статистики за период с 1974 по 2015 год представлена на рисунке 1. Наиболее высокая горимость лесов отмечена в 2002 году, когда было зарегистрировано 884 пожара, а выгоревшая площадь составила 208,7 тыс. га. В целом за последние четыре десятилетия на территории республики возникло более 8 тысяч лесных пожаров. На графике хорошо прослеживается цикличность в возникновении лесных пожаров. Основной причиной лесных пожаров является хозяйственная деятельность человека. По вине местного населения возникает 51 % пожаров, от гроз - 31%, от сельскохозяйственных палов - 11%. Довольно часто делаются специальные поджоги с целью получения дешевой древесины или сбора рогов оленей, которые используются в художественном промысле.
В горных лесах региона ежегодно создаются условия для возникновения лесных пожаров. Весной около 60% пожаров приходится на насаждения южных склонов, а на северных и восточных склонах они практически не возникают. Поэтому, пожары в горных лесах, в отличие от равнинных лесов, имеют, как правило, локальный характер. Весной и осенью преобладают низовые пожары, распространяющиеся вдоль гребней водоразделов, которые спускаются вниз по выпуклым частям склонов, обходя сырые ложбины. Если пожар поднимается вверх по склону, то он переходит в верховой, вызывая гибель 100% деревьев. После длительных засух в конце весны и осенью пожары могут охватывать огромные площади, независимо от рельефа.
900
800
н
Э 700
to
о 600
а Ii
о с 500
о ш
н о 400
е т
S
л 300
о
200
100
0
] Количество лесных пожаров ■Площадь, пройденная огнем
шшт
Z1 л о £ а
д
тз о
д е
1974
1979
1984
1989
1994
Годы
1999
2004
2009
2014
Рисунок 1 - Динамика числа и площади пожаров в лесах Республики Тыва
Периодичность лесных пожаров связана с чередованием сухих и влажных лет, с сезонными и суточными изменениями погоды, с характером леса и изменениями его во времени, с местонахождением лесных массивов и отдельных их частей, с деятельностью человека. Дендрохронологический анализ и реконструкция хронологии лесных пожаров в лесах юга Красноярского края и Республики Тыва показали, что пожары возникали в сосняках лишайниковых с интервалом от 2 до 34 лет. При этом сосняки испытывали значительную антропогенную нагрузку. Средняя периодичность составила от 6 до 11 лет. В горных лиственничных и кедровых лесах длительность среднего межпожарного интервала возрастает в 4 раза, а катастрофических пожаров до 60-70 лет. Наиболее часто пожары в этом регионе наблюдались в конце девятнадцатого и начале двадцатого столетия. Годами с экстремальными пожароопасными сезонами были: 1858, 1866, 1901, 1909, 1927, 1934, 1950, 1953, 1981 и 1990 (Валендик и др., 1993).
В равнинных условиях в степных борах преобладают низовые пожары различной интенсивности. Возникновению высокоинтенсивных пожаров и переходу их в верховые способствуют длительные засухи и сильные ветра, а также характерная для этих лесов вертикальная сомкнутость насаждений. Кроме того, сосняки данного региона характеризуются низко опущенной кроной деревьев, характерной для данного подвида сосны (Правдин, 1964), что способствует развитию высокоинтенсивных низовых пожаров и переходу их в кроны.
Насаждения Балгазынского бора представлены двумя типами леса: сосняком дюнным, занимающим высокие песчаные дюны, и сосняком пологих дюнных всхолмлений и равнин (Коропачинский, Федоровский, 1969). Древостои разновозрастные, состав 10С, в примеси лиственница. Произрастают на черноземе маломощном супесчаном и светло-серой супесчаной глубокой почве. В подлеске Caragana ar-
borescens, Loniceria altaica, Rosa acicularis. Травяной покров представлен Carexpediformis, Veronica incana, Potentilla acaulis, Iris ruthenica, Artemisia frigida, Ga-lium verum и другими степными видами.
С целью реконструкции и оценки прошлых пожарных режимов были построены хронологии пожаров для Балгазынского бора (Улугхемская котловина, 51o 10' с.ш. 94o30' в.д.) (рис. 2). Сосняк дюнный, разновозрастный. Спилы с деревьев были взяты в трех местах соснового насаждения. В бору за период с 1747 по 2008 гг. по пожарным подсушинам зафиксировано 25 пожаров: 1760, 1768, 1789, 1805, 1815, 1837, 1846, 1858, 1866, 1873, 1885, 1889, 1893, 1901, 1908, 1912, 1916, 1926, 1939, 1943, 1953, 1967, 1983, 1990 и 1999 годы. Средний межпожарный интервал для данных местопроизрастаний составил 10.4 лет. Мы также оценили средний межпожарный интервал по отдельным деревьям. Установлено, что на каждом из деревьев имеются следы в среднем 8 пожаров (от 4 до 14 пожаров) и средний межпожарный интервал для этих деревьев составил 22.6 ± 2.3 года.
Почти на всех деревьях зафиксированы пожары 1908 и 1926 гг. Можно предположить, что на этой территории в эти годы были обширные высокоинтенсивные пожары, вызывавшие появление новых поколений деревьев. Некоторые из дат пожаров были зафиксированы лишь на небольшом числе деревьев, что указывает на локальность пожаров. Было выявлено, что 4 пожара зафиксированы на деревьях всех трех местах, то есть это крупные пожары, имевшие значительные площади, возникали в 1866, 1901, 1908, и 1926 гг. за 60 -летний период (1866 - 1926 гг.) каждые 20 лет.
Выявленная периодичность пожаров постоянна для данного насаждения за весь рассматриваемый период, так как в течение последних столетий бор испытывал и испытывает постоянную антропогенную нагрузку в отличие от бореальных лесов Средней Сибири, где, в связи с освоением ее территории,
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 5 - 6, 2015
частота пожаров возросла лишь в последние 150 лет где периодичность пожаров составляет в среднем от
(Валендик, Иванова, 1996; Swetnam, 1996). По ха- 9 до 22 лет. Большая часть пожаров вызвана палами
рактеру растительности сосняки Республики Тыва от примыкающих к насаждениям степных участков
(Балгазынский бор) близки к соснякам Монголии, (Валендик, Иванова, Чулуунбаатор, 1999).
Номер дерева
,_I 1
H—I—Ь
н—ь
H-H
H-h
4—h
H—ь
H—ь
H-h
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Обобщенная хронология
П OIÔIÔ) Ф
1740 1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Рисунок 2 - Обобщенная хронология пожаров в сосновых насаждениях Балгазынкского бора
В настоящее время на высокую пожарную опасность степных боров также влияют незаконные рубки с оставлением в насаждениях крон деревьев, которые увеличивают захламленность и способствуют возникновению низовых высокоинтенсивных пожаров и переходу их в кроны деревьев. Анализ горимости территории Балгазынского бора показал, что с середины 1990-х годов количество пожаров возросло в 14 раз, а пройденная огнем площадь увеличилась в 58 раз (рис. 3). Данная ситуация обусловлена снижением уровня охраны лесов от пожаров, вызванным экономическими условиями в регионе исследования, а также увеличением продолжительности засушливых периодов на фоне изменения климатических трендов.
По данным государственного учета лесного фонда России за 1987 - 1988 гг площадь сосновых боров в Бал-газынском лесничестве составляла более 20.2 тыс. га, из которых к 2008 году до 70% площади нарушено пожарами, вызвавшими местами почти полную гибель верхнего яруса древостоя. После высокой и средней интенсивности низовых пожаров отпад составляет от 50 до 87%. Процессы лесовозобновления затруднены, растянуты во времени из-за перегревания почвы, ветровой эрозии, отсутствия обсеменения и, на отдельных участках, - из-за задернения почвы злаками, чаще всего, Calamagrostis arundinacea. Исследователями (Буряк и др., 2007) отмечается смена сосны на березу и осину при возобновлении гарей в микропонижениях, что создает притенение, уменьшает эрозию и задернение почвы и создает более благоприятная условия для поселения сосны.
Значительные повреждения древесного яруса в бору приводят к увеличению доли опада в составе запаса напочвенных горючих материалов до 20%, в то время как в среднетаежных и южнотаежных сосняках пирогенного происхождения опад составляет 2-8% (Иванова с соавторами, 2014). Запас отмерших трав, образующих рыхлый, быстро достигающий пожарной зрелости, слой горючих материалов, в составе опада в сосняках бора также значителен (7-12%) в связи с хорошо развитым травяным покровом.
В настоящее время известно, что пожары оказывают значительное влияние на баланс углерода (Harden et al., 2000; Amiro, 2001; Magnani et al., 2007). Мы рассчитали эмиссию углерода при пожарах на основе данных по сгораемой биомассе и горимости территории за последние 15 лет при условии, что все пожары были или низкой или высокой интенсивности (рис. 4). При расчете количества выделившегося при пожарах углерода учитывали только комплекс напочвенных горючих материалов. При этом, на основе имеющихся экспериментальных данных по сгорающей при пожарах биомассе (McRae et al., 2006), было принято, что при пожарах сгорает живой напочвенный покров, представленный в бору травами и небольшим запасом мхов, опад и 10-75% подстилки при низко- и высокоинтенсивном пожарах, соответственно. Таким образом, при пожарах в Балгазынском бору эмиссия углерода может достигать до 31 - 62 тыс. тонн углерода в зависимости от интенсивности пожаров.
с
о
25 т
20 -
15 -
10
: Количество лесных пожаров -Площадь, пройденная огнем
0 Ï|P|P|P|>|>|P|P|P|>|>|>
1975 1980 1985
1990
15000
12000 ^ о Е ю ь
9000
6000
3000
2015
Рисунок 3 - Динамика количества и площади лесных пожаров по годам в Балгазынском бору
701
низкоинтенсивные пожары
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Годы
Рисунок 4 - Динамика эмиссии углерода при лесных пожарах в Балгазынском бору
ВЫВОДЫ
Характерные для юга Сибири климатические и ле-сораетительные засушливые условия предопределяют высокую частоту пожаров и степень шримости. На фоне изменения климата на территории Республики Тыва в последние десятилетия значительно возросла площадь лесных пожаров. Это приводит к увеличению пожарной эмиссии углерода, которая, в последующие годы компенсируется за счет восстановления растительности на пройденной пожарами площади. Для остепненых боров средний межпожарный интервал составляет 10,4 года, при этом крупные пожары, возникают каждые 20 лет. Выявленная периодичность пожаров постоянна для данного насаждения в последние три столетия, так как бор испытывал и испытывает постоянную антропогенную нагрузку. Происходящее остеп-нение крупных участков гарей, увеличивает период лесовосстановления после пожаров в степных борах. В горных лиственничных и кедровых лесах длительность среднего межпожарного интервала возрастает в 4 раза, а катастрофических пожаров до 60-70 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Арбатская М.К., Ваганов Е.А. Многолетняя изменчивость частоты пожаров и прироста сосны в средней подзоне тайги Средней Сибири // Экология.-1997.-№ 5.-С.330-336.
Буряк JI.B., Каленская О.П., Пономарев Е.И., Сухинин А.И. Пожары и их последствия в ленточных борах юга Сибири //Хвойные бореальной зоны,- 2007,- T. XXIV. №45. С 398^104.
Валендик Э. Н, Иванова Г. А. Экстремальные пожароопасные сезоны в бореальных лесах Средней Сибири//Лесо-ведение. 1996. №4.-С. 12-19.
Валендик Э.Н., Грейбилл Д.А., Иванова Г.А., Шиятов С.Г. Реконструкция климатических условий и хронология пожаров в горных лесах юга Средней Сибири // Лесове-дение.-1993.-№ З.-С.34-40.
Валендик Э.Н., Иванова Г.А., Чулуунбатор Ц.О. Пожары в лесах Монголии // География и природные ресур-сы.-1999.-№2.-С.148-153.
Иванова Г.А., Конард С.Г., Макрае Д.Д., Безкоровайная И.Н., Богородская A.B., Жила C.B., Иванов В.А., Иванов A.B., Ковалева Н.М., Краснощекова E.H., Кукав-ская Е.А., Орешков Д.Н., Перевозникова В.Д., Самсонов Ю.Н., Сорокин Н.Д, Тарасов П.А., Цветков П.А., Шишикин A.C. Воздействие пожаров на компоненты экосистемы среднетаежных сосняков Сибири. Новосибирск: Наука, 2014, 232 с.
Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная.-М.-1964.-191 с.
Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования-Новосибирск: Наука.-1996.-251 с.
Коропачинский И.Ю., Федоровский В.Д. Леса Тувинской АССР //В кн.: Леса СССР.-М., Наука.-1969. Т.4. -С.321 - 349.
Amiro В D 2001 Paired-tower measurements of carbon and energy fluxes following disturbance in the boreal forest Global Change Biology 7 253-268
Furyaev V V, Vaganov E A, Tchebakova N M and Valendik E N 2001 Effects of fire and climate on successions and structural changes of the Siberian Boreal forest Eurasian J. For. Res. 2 1-15
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 5 - 6, 2015
Harden J W, Trumbore S E, Stocks B J, Hirsch A, Gower S T, O'Neill K P and Kasischke E S 2000 The role of fire in the boreal carbon budget Global change biology 6 174-184 Kasischke E S and Turetsky M R 2006 Recent changes in the fire regime across the North American boreal region—Spatial and temporal patterns of burning across Canada and Alaska Geophys. Res. Lett. 33, L09703, doi:10.1029/2006GL025677 Kharuk V, Ranson K and Dvinskaya M 2007 Evidence of evergreen conifer invasion into larch dominated forests during recent decades in Central Siberia Eurasian J. For. Res. 10 (2) 163-171 Krawchuk M A, Cumming S G and Flannigan M D 2009 Predicted changes in fire weather suggest increases in lightning fire initiation and future area burned in the mixedwood boreal forest Climatic Change 92 83-97 Madany M N, Swetnam T W and West N E 1982Comparison of two approaches for determining fire dates from tree scars For. Sci. 28 856-861 Magnani F et al. 2007 The human footprint in the carbon cycle of temperate and boreal forests Nature 447 848-850
McRae D J et al. 2006 Variability of fire behavior, fire effects, and emissions in Scotch Pine forests of central Siberia Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 11 (1) 45-74
Soja A J, Tchebakova N M, French N H, Flannigan M D, Shugart H H, Stocks B J, Sukhinin A I, Parfenova E I, Chapin F S and Stackhouse P W 2007Climate-induced boreal forest change: Predictions versus current observations Global and Planetary Change 56 274-296.
Swetnam T.W. Fire and climate history in the central Yenisey region, Siberia. In: Goldammer J.G. and Furyaev V.V., eds. Fire in ecosystems of boreal Eurasia: Dordrecht/Boston/ London : Kluwer Academic Publishers.-1996.-Pp.90-104.
Tchebakova N M, and Parfenova E I 2006 Predictions of forest border shifts under climate change by 2000 in Central Siberia Computational technologies 11 77-86
Tchebakova N M, Rehfeldt G E and Parfenova E I 2005 Impacts of climate change on the distribution of Larix and Pinus and their climatypes in Siberia Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 11 861-882 DOI: 10.1007/ s11027-005-9019-0
Поступила в редакцию 21.10.15 Принята к печати 28.12.2015
