CC BY
21
УДК 630*160.475.2
ВЛИЯНИЕ ПОЖАРОВ НА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЕ В ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЦЕНОЗАХ ВОСТОЧНОГО САЯНА
Т.А. Матвеева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82
Анализируются особенности огневого воздействия на предварительное лесовозобновление в лиственничных ценозах Восточного Саяна. Установлена зависимость величины отпада молодых особей лиственницы от их мо р-фометрических показателей, а также силы и формы пожара. Показано, что сохранности подроста способствует его групповое размещение на площади, при котором подавляется развитие травостоя и формируется опад, хара к-теризующийся низкой воспламеняемостью и гор имостью.
Ключевые слова: Восточный Саян, лиственничные ценозы, лесные пожары, послеп ожарный отпад подроста
Features of fire influences on preliminary forest regeneration in larch cenosis East Sayan are analyzed. Dependence of size attrition young individuals of a larch from them morphometric parameters, and also force and the form of a f ire is established. It is shown, that safety understory trees is promoted by its group accommodation on the area at which deve l-opment of a herbage is suppressed and is formed attrition, described low catching fire and combustion.
Key words: Eastern Sayan, larch coenosises, forest fires, a pyric attrition of a undergrowth
ВВЕДЕНИЕ
В лесах бореальной зоны планеты пожары являются важным природным и антропогенным экологическим фактором, разносторонне трансформ и-рующим лесные экосистемы и определяющим условия формирования растительности и среды ее обитания. Анализ отечественной и зарубежной литературы (Курбатский, 1962; Pyne, Andrews, Laven, 1996; Ваганов, Фуряев, Сухинин, 1998; Главацкий, 1998; Абаимов, Матвеев, 2002; Goldammer, 2003; Матвеева, 2005 и др.) свидетельствует о масшта б-ности влияния пирогенного фактора в хорологич е-ском и временном аспектах.
Вместе с тем, последствия огневого воздейс т-вия на природные комплексы не поддаются одн о-значной оценке, так как пожары действуют в ра з-личных лесорастительных условиях и, в зависим ости от интенсивности горения, влияние огня на компоненты лесного биогеоценоза может в знач и-тельной мере отличаться. Наиболее тяжелые экол о-гические потери вызывают пожары в горных лесах, где деструкция насаждений влечет нежелательную смену пород, эрозию почв, нарушение режима п и-тания рек и другие негативные явления. В результате экзогенной трансформации фитоценозов сниж а-ются их защитные функции, и утрачивается сред о-образующая роль. Все возрастающая антропогенная нагрузка на природные комплексы создает напр я-женную экологическую ситуацию, в связи с чем изучение особенностей пожаров и их последствий в горных ландшафтах является актуальной задачей.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В настоящей работе представлены результаты исследований частного вопроса этой сложной и многоплановой проблемы - воздействие огня раз-
ной интенсивности на состояние естественного в о-зобновления лиственницы сибирской (Ьапх 81Ътса Ье<!еЬ.) в лиственничниках разнотравной группы типов леса. Работы проводили в Манско-Канском лесорастительном округе Восточно-Саянской провинции. Объектами изучения служили участки леса, пройденные пожарами разной силы, а также беспожарные насаждения, где закладывали ко н-трольные пробные площади.
Лесоводственное и геоботаническое описание фитоценозов, все учетные работы осуществляли согласно общепринятым методик ам (Сукачев, Зонн, 1961; Анучин, 1982). Сплошной учет подроста по четырем высотным группам (до 10 см, 11-50 см, 51-150 см и более 150 см) выполняли на 25 учетных площадках размером 2*2 м, размеща е-мых на пробной площади равномерно. При пер е-чете молодых растений, состояние которых оценивалось как здоровое, устанавливали их высоту. Толщину коры у шейки корня, являющуюся одним из признаков огнестойкости древесных пород, з а-меряли микрометром у 10 -15 моделей из каждой высотной группы, за исключением первой, где данный параметр, вследствие малых размеров особей, не влияет на выживание лиственницы при огневом воздействии. Силу пожара на пройденных огнем территориях устанавливали по средней в ы-соте нагара на стволах: при образовании нагара до 1 м пожар считается слабым, 1-2 м - средним, более 2 м - сильным (Курбатский, 1962; Шешуков, 1988).
Допожарная характеристика насаждений на ч е-тырех типичных контрольных участках предста в-лена в таблице 1.
Предварительное возобновление лиственницы на обследованных участках неодина ково и оценивается по высотным группам в лучшем случае как удовлетворительное (Крылов, 1960). Большая
Таблица 1 - Состояние древостоев и естественного возобновления лиственницы на контрольных участках
Номер учас- Состав Полнота, класс бо- Высота, м диаметр, Воз- раст, Густота подроста по группам высот, тыс.шт./га толщина коры у шейки корня, мм
тка древостоя нитета см лет I II III IV всего
1 10 Л ед. Б 0,57 III 23,5 28,4 158 0,2 1,4 0,5 1,З 2,0 0,6 4,2 З,5
2 10 Л 0,53 III 24.6 29.7 172 0,4 0,9 0,5 1,1 2,2 0,8 4,5 З,2
З 10 Л ед. С 0,63 III 21,8 26,5 1ЗЗ 0,7 1,8 0,6 0,7 1,9 0,5 З,9 З,7
4 8 Л 2 С 0,56 III 24.3 29.4 164, 145 0,8 0,8 0,5 1,4 1,9 1,1 4,З 4,2
плотность (густота) подроста приходится на II и III высотные группы. Размещение лиственни цы в основном куртинное, в окнах полога, где наиболее благоприятен световой режим и в меньшей степени проявляется корневая конкуренция за ресурсы ср еды со стороны материнского древостоя.
Однако, появление и начальный рост новой г е-нерации лесообразующей породы в травяных типах леса связаны не только с блокирующим действием древесного полога, но и с конкурентным давлением хорошо развитого травяно-кустарничкового яруса. Травы, задерняя почву, не только физически пр е-пятствуют укоренению всходов в минеральном субстрате, но и, имея мощную корневую систему, лишают последних питательных веществ и влаги в конкурентной борьбе за выживание. Кроме того, высокотравные виды затеняют самосев светолюб и-вых пород, чем существенно снижают реализацию потенциальных возможностей его роста. Таким образом, групповое заселение площади подростом мы связываем с образованием по каким-либо эндо- или экзогенным причинам открытых микроэкотопов, где временно отсутствуют эффекты конкуренции.
Завершая краткую характеристику контрол ь-
ных фитоценозов, следует указать, что подлесок редкий, местами групповой, из Rosa acicularis Lindl., и Spiraea media Franz Schmidt. Травяной покров обильный, в нем доминируют Carex macroura Meinsh., Calamagrostis arundinacea Roth, Iris rutheni-ca Ker-Gawl., Viola uniflora L., Festuca ovina L., Pulsatilla patens (L) Mill. и др. Кустарнички (Vaccinium vitis-idaea L., V. myrtillus L. и зеленые мхи (Pleuro-zium schreberi (Brid.) Mitt., Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G.) представлены незначительно и размещаются в затененных местах, под кронами деревьев, где менее развит травостой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Обследование горельников показало завис и-мость сохранности подроста от его морфометрич е-ских показателей (в нашем случае это высота ств о-ла и толщина коры у шейки кор ня) и силы огневого воздействия (табл. 2). Учетные работы проводили через 2 - 3 недели после пожара и на 3 - 4 годы, когда в основном заканчивается отмирание повре ж-денных огнем молодых особей древесных пород (Матвеев, Матвеев, Матвеева, 2003).
Таблица 2 - Послепожарный отпад подроста по группам высот, в зависимости от с илы пожара______
Численность подроста (% от общего количества) живого / погибшего
Номер
участка
Сила и давность пожара
I
II
III
IV
1 а Слабый, - - 57 88
1 год 100 100 4З 12
1 б Слабый, - - З9 72
3 года 100 100 61 28
2 а Средний, - - 47 62
1 год 10o 10o 5З З8
2 б Средний, - - З5 49
3 года 100 100 65 51
З а Сильный, - - - 44
1 год 100 100 100 56
З б Сильный, - - - 22
3 года 10o 10o 10o 78
4 а Слабый, - - 64 8З
1 год 100 100 З6 17
4 б Слабый, - - З5 67
4 года 10o 10o 65 ЗЗ
Для объективной оценки пирогенного влияния на естественное лесовозобновление приведем оп и-сание действовавших пожаров. На участках 1а и 4а загорания случились в начале пожароопасного с е-зона, когда комплексный показатель составлял 587 и 674 ед. соответственно. Пожары низовые, беглые, слабые. Основным объектом горения при таких
пожарах является травяная ветошь - сухая прошлогодняя трава, поскольку другие виды отмершей органики имеют в этот период высокую (выше кр и-тической) влажность. Но в связи с неровным хара к-тером поверхности, высыхание самой ветоши в разных местах участка, после схода снежного п о-крова или выпадения обильных осадков, происх о-
дит неодинаково. В депрессивных формах рельефа микроклиматические условия способс твуют замедлению процесса десорбции влаги. Поэтому «п о-жарное созревание» горючих материалов во врем е-ни и пространстве неравномерное, что сказывается на характере распространения о гня по площади.
На участке 2а пожар действовал в более засу ш-ливый период, при комплексном показателе 1235 ед., когда высыхают и загораются небольшие фра г-менты органического опада (тонкие ветки, сучья, куски коры и древесины и т.п.) и расположенный под опадом верхний слой подстилки. Пожар низ о-вой, средний по силе, устойчивый и всле дствие этого термическое воздействие на растительное соо б-щество возрастает.
На участке 3а произошел сильный пожар, уничтоживший не только напочвенные горючие мат е-риалы, но и фитодетрит. Высокой интенсивности горения способствовала длительная засуха - показатель влажности достиг величины 4628 ед.; это определило максимальный уровень трансформации как растительного ценоза, так и верхнего горизонта почвы.
Независимо от силы пожара, молодые особи высотой до 10 см, попавшие в зону горения, полн остью уничтожаются. Подрост второй высотной группы тоже гибнет от слабых низовых пожаров - у растений сгорает хвоя и тонкие ветки. Однако о б-горевшие стволики более крупных экземпляров этой группы еще можно идентифицировать в теч е-ние сезона, когда случился пожар.
Устойчивые низовые пожары, при которых в ы-горает вся напочвенная фитомасса и интенсивность горения многократно возрастает, увеличивают пр о-должительность контактирования пламени с раст и-тельными организмами. В этом случае лиственница высотой до 50 см, как правило, сгорает (участок 3а) и определение численности погибшего подроста на гари осложняется. Следует отметить, что толщина коры у основания стволика в рассмотренных о б-стоятельствах не является фактором, определя ю-щим огнестойкость подроста.
Анализируя материалы таблицы 2, можно утверждать, что после сильных низовых пожаров с охраняется только подрост высотой более 1,5 м, но и его численность невелика. В первые дни отмирают особи, получившие ожоги кроны, как вследствие непосредственного контакта с пламенем, так и в р е-зультате фильтрации через нее высокотемперату р-ных газовых потоков, образовавшихся при сгорании большого количества напочвенной органики. Физиологические исследования подтверждают факт чувствительности фотосинтеза к тепловым аномал иям: даже при отсутствии визуальных признаков повреждения ассимиляционного аппарата, фотосинтез реагирует на повышенные температуры - их значения 50 - 60оС являются летальными (Гирс, 1982).
Погибшая хвоя сразу меняет цвет - она становится бурой и через две недели осыпается. Однак о, если подрост получил лишь повреждение кроны, то по нашим наблюдениям, а также литературным источникам (Щербаков, Забелин, Карпель, 1979; Гирс, 1982), лиственница, обладающая высокой
репарационной способностью, может восстановить хвою из спящих почек. С другой стороны, продолжительное пребывание лиственницы в состоянии с уменьшенной ассимилирующей поверхностью пр и-водит растения в истощительную фазу стресса и в конечном итоге - к гибели (Судачкова, Милютина, Семенова, 2004).
В куртинах высокого подроста сильнее обгорают кроны периферийных экземпляров, в середине куртин огневые травмы зафиксированы только на нижних ветках. Такое положение объясняется меньшей интенсивностью горения живой и мертвой напочвенной фитомассы на участках с групповым размещением древесных растений. Здесь слабее развит травяной покров, опад которого является прекрасным материалом, увеличивающим при сг о-рании высоту пламени. Лиственница же формирует опад и подстилку, характеризующиеся чрезвычайно низкой воспламеняемостью и горимостью (Шешу-ков, 1988; Цветков, 2005). Кроме того, зеленая хвоя этой породы содержит небольшое количество эфирных масел (в 3 - 4 раза меньше, чем хвоя с о-сны) (Филиппов, 1968) и имеет более высокую влажность по сравнению с хвоей вечнозеленых п о-род (Курбатский, 1970).
Последующая динамика отпада определяется степенью повреждения нижней части ствола раст е-ний. При этом существенную значимость приобр е-тает на только интенсивность, но и длительность термического воздействия - фактора, влияние которого усиливается при устойчивом пожаре. На различие механизма повреждения клеточных фун к-ций в зависимости от соотношения времени и силы нагрева указывает В.Я. Александров (Александров, 1965): репарация нарушенных физиологических функций клеток происходит быстрее после относ и-тельно сильного, но недолгого нагрева, чем после меньшего, но более длительного.
Круговой ожог живых тканей у корневой ше й-ки, вследствие продолжительного горения подсти л-ки, приводит к летальному исходу. У особей с ча с-тичным прогоранием коры и отмиранием луба н а-ступают различные последствия для жизнедеятел ь-ности молодого дерева.
Подрост, получивший в результате пожара о б-ратимые нарушения обмена веществ, вырабатывает защитные приспособительные реакции и впосле д-ствии может полностью восстановиться (Алексан дров, 1965; Гирс, 1982). Как показали наши наблюдения, в первые послепожарные годы его рост с у-щественно ослабляется. Прирост апикальных и л а-теральных побегов у поврежденных огнем особей снижается в 3 - 7 раз по сравнению с контролем. Замедление ростовых процессов в данных обстоятельствах следует понимать как морфологическое выражение адаптации растительных организмов к стрессовой ситуации: для повышения устойчивости организма к внешнему воздействию снижается ск о-рость его ростовых реакций. Растения, у которых при действии сублетальных температур на живые ткани наступили необратимые нарушения метаб о-лизма, начинают отмирать и этот процесс растяг и-вается на несколько лет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проиллюстрированные фактическим матери алом особенности влияния пожаров на предвар и-тельное возобновление лиственницы в разнотра в-ной группе типов леса позволяют сделать следу ю-щие выводы. Отпад подроста зависит как от его морфометрических показателей, так и от силы п о-жара. Лиственница высотой до 0,5 м гибнет даже при слабом горении; не повреждены лишь растения, обойденные огнем. Подрост высотой до 1,5 м может пережить пожар средней силы, но только в куртинах, где сила огня и время его действия по указанным выше причинам уменьшаются. Более устойчив к тепловому воздействию подрост четве р-той высотной группы, но и его сохранность после устойчивых пожаров не превышает 22 %.
Результаты выполненных исследований будут полезны при проведении профилактических палов в лиственничных ценозах с травяным напочвенным покровом. Последующие наблюдения за появлен и-ем и ростом пирогенной генерации лесообразу ю-щей породы позволят разработать рекомендации по осуществлению лесовозобновительных выжиганий с целью инициирования процесса зарождения нов ого поколения лиственницы, способного в перспе к-тиве заменить материнский дре востой и выполнять эдификаторную роль в фитоценозе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Абаимов, А.П. Мерзлотное лесоводство / А.П. Абаимов, П.М. Матвеев. - Красноярск: СибГТУ, 2002. - 88 с. Александров, В.Я. Цитофизиологический анализ теплоустойчивости растительных клеток и некоторые задачи цитоэкологии / В.Я. Александров // - Бот. журн.- 1965. - Т. 41. - № 7.
Анучин, Н.П. Лесная таксация / Н.П. Анучин. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 552 с.
Ваганов, Е.А. Пожары сибирской тайги / Е.А. Ваганов, В.В. Фуряев, А.И. Сухинин // Природа. - 1998. -№7.-С. 51-62.
Гирс, Г.И. Физиология ослабленного дерева / Г.И. Гирс.
- Новосибирск: Наука, 1982. -252 с.
Главацкий, Г.Д. Горимость лесов Красноярского края /
Г.Д. Главацкий // Профилактика и тушение лесных пожаров: сб. ст. - Красноярск, 1998. - С. 38-45.
Крылов, Г.В. Леса Сибири и Дальнего Востока / Г.В.Крылов. -М.-Л.: Гослесбумиздат, 1960. - 156 с.
Курбатский, Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов / Н.П. Курбатский // Вопросы лесной пирологии: сб. ст. - Красноярск, 1970. - С. 5-58.
Курбатский, Н.П. Техника и тактика тушения лесных пожаров / Н.П. Курбатский. - М.: Гослесбумиздат, 1962.- 154 с.
Матвеев, А.М. Возникновение и развитие лесных пож аров / А.М. Матвеев, П.М. Матвеев, Т.А. Матвеева. -Дивногорск: ИПКЛХ С и ДВ, 2003. - 112 с.
Матвеева, Т.А. Пожарная опасность в светлохвойных лесах Восточного Саяна / Т.А. Матвеева // Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия. - Томск, 2005. - С. 78-79.
Судачкова, Н.Е. Интразональная вариабельность метаболизма и морфогенеза хвойных по Енисейскому меридиану как аналог реакции леса на глобальные изменения климата / Н.Е. Судачкова, И.Л. Милютина, Г.П. Семенова // Структурно -функциональная организация и динамика лесов: сб.ст. - Красноярск: ИЛ СО РАН, 2004. - С. 208-210.
Сукачев, В.Н. Методические указания к изучению типов леса / В.Н. Сукачев, С.В. Зонн. - М.: АН СССР, 1961.- 144 с.
Филиппов, А.В. Пирологическая характеристика хвои лиственницы сибирской / А.В. Филиппов // Лиственница. - Красноярск, 1968. - Т.3. - С. 101-104.
Цветков, П.А. Пирогенные свойства лиственницы Гме-лина в северной тайге Средней Сибири: автореф. дисс... д-ра. биол. наук / П.А. Цветков. - Красноярск, 2005. - 40 с.
Шешуков, М.А. Биоэкологические и зо нально-географические основы охраны лесов от пожаров на Дальнем Востоке: автореф. дисс... д-ра. с.-х. наук / М.А. Шешуков. - Красноярск, 1988.
Щербаков, И.П. Лесные пожары в Якутии и их влияние на природу леса / И.П. Щербаков, О.Ф. Забелин, Б.А. Карпель. - Новосибирск: Наука, 1979. -226 с.
Goldammer, J.G. The wildland fire season 2002 in the Ru s-sian Federation / J.G. Goldammer // International Fo rest Fire News No. 28, 2003. - P. 2-14.
Pyne, S.J. Introduction to wildland fire / S.J. Pyne, P.L. Andrews, R.D. Laven. - N.-Y. - Chichester - Brisbane
- Toronto - Singapore, 1996. - 769 pp.
Поступила в редакцию 4 декабря 2007 г. Принята к печати 16 мая 2008 г.
