CC BY
41ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОЖАРОВ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ КЛАСТЕРНОГО УЧАСТКА «ПОДЗАПЛОТЫ» ЗАПОВЕДНИКА «ХАКАССКИЙ»
Шуркина В.В.
ФГБУ ГЗ «Хакасский», г. Абакан, Российская Федерация
В данной статье рассмотрены вопросы воздействия пожаров на лесные экосистемы кластерного участка «Подзаплоты» заповедника «Хакасский». Выявлены и проанализированы изменения, происходящие в экосистемах в результате пожаров. На основе экспериментальных материалов установлены изменения в древесном ярусе и лесной подстилке.
Ключевые слова: лесные пожары; низовые пожары; лесные экосистемы; древесный ярус; лесная подстилка.
THE EFFECT OF FIRES ON FOREST ECOSYSTEMS CLUSTER PLOT OF 'PODZAPLOTY' OF THE RESERVE 'KHAKASSKY'
Shurkina V.V.
Khakassky, Abakan, Russian Federation
In this article the questions of the exposure fires on forest ecosystems cluster plot of 'Podzaploty' of the reserve 'Khakassky'. Identified and analyzed changes occurring in ecosystems as a result of fires. On the basis of experimental materials the changes in the tree layer and forest litter.
Keywords: forest fires; ground fires; forest ecosystems; tree layer; forest floor.
Пожары на протяжении многих тысяч лет оказывали и оказывают большое и разнообразное влияние на формирование и развитие ландшафтов. В последнее время пожары стали национальным бедствием России, возгорания происходят постоянно и практически во всех субъектах Российской Федерации. Пожары являются одним из важнейших факторов, влияющих на состав, строение и развитие биогеоценозов.
Особенности воздействия пожаров на экосистемы настолько разно-плановы, что необходимы научные исследования в каждом регионе по оценке влияния пожаров с учетом климатических, геоморфологических и других условий.
Материал и методы исследования
Работа проводилась на кластерном участке «Подзаплоты» государственного природного заповедника «Хакасский» (Республика Хакасия). На участке закладывались пробные площади размером 50х50 м для определения влияния пожаров на древесную растительность: контрольная (не пройденная пожаром) и поврежденная пожаром. Закладка пробных площадей и их лесоводственно-геоботаническая характеристика выполнена согласно методическим указаниям [1, 8, 9]. Диаметр дерева определялся на стандартной высоте 1,3 м, принятой в лесной таксации.
Для получения репрезентативных данных по составу лесной подстилки и влиянию пожаров на ее запас и фракционный состав отбор образцов осуществлялся шаблоном 25х25 см в 10-12-ти кратной повторности в 2014 г. (до пожара) и в 2015 г. (после пожара). В ходе анализа состава подстилки выделялись две группы фракций: активная (хвоя, листья, травяной опад, труха (ветошь), ветви диаметром менее 5 мм) и неактивная (шишки, кора, крупные ветви).
Результаты и обсуждение
Степень влияния пожара на лесную экосистему определяется величиной пирогенного фактора - частотой и силой огневого воздействия,
степенью поражающего воздействия, длительностью пожара, глубиной проникновения пламени в лесную подстилку и т.д.
Древесно-кустарниковая растительность участка «Подзаплоты» произрастает на северных и северо-восточных склонах горных возвышенностей. Проведенный анализ состава древостоев кластерного участка «Подзаплоты» показал, что основными лесообразующими породами являются береза повислая (Betula pendula) и лиственница сибирская (Larix sibirica), редко встречается осина обыкновенная (Populus tremula). Наиболее представлены древостои с преобладанием березы - доля таких древостоев (с преобладанием березы более 60% в древесном ярусе) составляет 82,0% от всей лесопокрытой площади. Подлесок хорошо развит и состоит из караганы, спиреи, шиповника и кизильника. Тип леса преобладает осочково-разнотравный, спирейно-разнотравный и злаково-раз-нотравный.
Анализируя современное состояние лесных экосистем участка «Под-заплоты» можно сделать вывод, что состояние лесов в настоящее время в целом стабильное, устойчивое, а основным фактором негативных изменений лесного покрова являются пожары. Степень влияния этого фактора, а, следовательно, и степень изменения тех или иных компонентов лесных экосистем может очень сильно варьировать в разные временные отрезки.
Результаты полевых маршрутных исследований, проведенных в 20132015 гг. показали, что только огонь небольшой интенсивности не причиняет существенного вреда лесной экосистеме. При интенсивном пожаре он быстро распространяется на значительные территории и приводит к повреждению и уничтожению напочвенного покрова и подлеска, прогоранию лесной подстилки, прокаливанию почвенных горизонтов, если пожар преимущественно низовой, и полному уничтожению древостоя при верховом. Послепожарные изменения могут привести впоследствии к смене типа лесонасаждения (с хвойного на мелколиственное, либо к экосистеме травяного типа) и изменению почвообразовательного процесса.
Пожар 12 апреля 2015 г. на кластерном участке «Подзаплоты» можно отнести к низовому беглому. Беглые пожары распространяются с боль-
шой скоростью и чаще наблюдаются весной после высыхания травянистой растительности, лесной подстилки и поверхности почвы. Горение продолжается короткое время, при этом живые ткани коры и древесины либо не повреждаются, либо повреждаются частично. При устойчивом пожаре продолжительность горения больше, в этом случае кроме напочвенного покрова сгорает лесная подстилка, старые пни, валежник. Живые деревья поражаются в более значительной степени, их стволы обугливаются на большую высоту [5].
По классификации горельников И.С. Мелихова территория пробной площади, поврежденной пожаром относится к I степени повреждения древостоя - при которой древостой слабо повреждается пожаром, почти не изреживается, характеризуется частичным отмиранием подчиненных ярусов древостоя или даже сохранением их после слабых низовых пожаров (отпад от 0 до 30% по числу деревьев [4].
В огне наиболее пострадали молодые деревья с меньшим диаметром. Так среди деревьев диметром до 10 см - 80,5% представлены сухостоем, который в будущем выпадет из древесного яруса (рис. 1). Увеличение в 3 раза в составе древостоя пожарной пробной площади сухостоя говорит о пагубном воздействии огня на древесный ярус, приведшей к повреждению древостоя до степени прекращения жизнедеятельности. Для исследованной территории наблюдается общая тенденция преимущественного отпада после пожара тонких деревьев. Уцелели от огня наиболее крупные деревья, отдельные средние и тонкие деревья выжили в результате неравномерности горения и особенностей распространения пламени.
В результате огневого воздействия пожара 2015 г. деревья получили различные повреждения, которые проявились в виде частичного обгорания кроны (сгорели хвоя и мелкие веточки), ожоги коры (перегрев в результате мощного теплового излучения), ожоги камбия (у надземной части ствола).
Вследствие того, что пожар был преимущественно низовой у деревьев в наибольшей степени представлены признаки повреждения камбия в комлевой части стволов и ожоги коры. Вследствие повреждения камбия у деревьев происходит омертвление тканей, на стволах образовались по-
жарные подсушины. Подсушины располагаются, со стороны противоположной фронту движения пожара то есть с подветренной стороны стволов, где происходило завихрение горячих газов и пламя задерживалось дольше.
Рис. 1. Доля сухостоя в древостое диаметром меньше 10 см
Степень и вид повреждения деревьев зависит не только от характеристик лесного пожара, но и определяется пирологическими свойствами каждой породы и насаждений в целом. Из представленных на участке «Подзаплоты» древесных пород наибольшей устойчивостью к огневому воздействию отличается лиственница. Главным фактором при этом выступает толстая кора в нижней части ствола, глубокая корневая система на дренированных почвах, высоко поднятая крона, что является следствием быстрого отмирания нижних ветвей, хорошая очищаемость ствола от сучьев. Береза более восприимчива к пожару, чем лиственница. Кора у березы тонкая, и потому дерево травмируется низовыми пожарами. Впоследствии береза поражается дереворазрушающими грибами и погибает.
Слабый низовой пожар, не повреждающий корней или камбий в комлевой части ствола, а лишь производящий легкий ожог коры, не наносит существенных травм дереву. Если же камбий нагревается до температуры 55-60оС, то он погибает, так как является чувствительным даже к такому
повышению температуры. Когда камбий повреждается по всей окружности ствола, то это приводит к усыханию дерева. Аналогичный результат возможен и в случае ожога корневой системы [10]. Эти данные подтверждаются нашими исследованиями - на пробных площадях в сухостое преобладающее положение занимает древостой мене 10 см в диаметре (от 57,1 до 80,2%), таким образом, деревья небольшого диаметра прогорали полностью, камбий разрушался и древостой погибал.
Таким образом, нашими исследованиями последствий пожара 12 апреля 2015 г. на территории кластерного участка «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» выявлено, что пожаром было повреждено более 30% деревьев пожарной пробной площади. В результате низового пожара на этих деревьях в 2016 г. зелёная поросль либо отсутствовала, либо было отмечено её незначительное наличие, и они имели низкий уровень жизненности. У 70% деревьев наблюдается частичное повреждение коры, обгорание нижних веток. При этом на повреждённой огнём стороне у деревьев в следующем после пожара 2016 г. молодая поросль не появлялась, а только на противоположной, не повреждённой огнём стороне.
Влияние огня на один из важнейших компонентов леса - почву, чрезвычайно сложное и неоднозначное, и зависит от множества факторов: характеристик пожара, особенностей растительности, рельефа и самой почвы. Лесная подстилка - это детрит наземных экосистем, образующийся в результате взаимодействия живой и костной материи на месте, в сочетании с процессами приноса и перераспределения опада между ландшафтами и занимающий верхнюю часть профиля [3].
В ходе полевых исследований был изучен запас и фракционный состав лесной подстилки и ее изменения в постпирогенный период. Изучение лесной подстилки - необходимый элемент исследования лесных биогеоценозов. Лесная подстилка является одним из важнейших компонентов лесных экосистем и необходимым связующим звеном цепи растительность-почва, и изменение ее свойств вызывают нарушения в общем биологическом круговороте веществ. Фракционный состав лесной подстилки так же является важным показателем нарушенности лесной
экосистемы, так как от него зависит скорость разложения (гумификации) органических остатков, а, следовательно, и образование гумуса [2, 6, 7].
Лесная подстилка изученной территории в большинстве случаев не являлась однородной по всему профилю, мощность и запас подстилки даже в пределах однородного участка подвергаются колебаниям, что объясняется наличием микроклимата и микроусловий экотопа, парцеллярной неоднородности изучаемого биогеоценоза. Наличие старых, заросших пней, небольших бугорков, сухостоя, валежника - обуславливало существенные изменения в ее строении. Наибольший запас имела лесная подстилка в допожарный период. Ее запас в среднем составлял 9,00 кг/га (воздушно-сухого веса), тогда как в послепожарный период запас резко снизился (более чем в 3 раза) и стал составлять в среднем 2,86 кг/га.
Нашими исследованиями было выявлено, что в ненарушенных лесных экосистемах участка «Подзаплоты» лесная подстилка имеет ярко выраженную, легко различимую слоеватость, и основным материалом ее слагающим служит ежегодный травяной опад, труха и мелкие ветви, составляя в сумме 64,3% по массе подстилки. На территории участков, подвергшихся пожару, доля этих фракций в массе подстилки падает до 49% (рис. 2).
Рис. 2. Фракционный запас лесной подстилки в допожарный (2014 г.) и постпирогенный периоды (2015 г.) (кг/га воздушно-сухого веса)
Анализ фракционного состава лесной подстилки показал, что активная фракция в ее составе значительно преобладает и составляет более 75% как в допожарный, так и в постпирогенный период, т.е. основное воздействие огня приходится именно на уменьшение запаса лесной подстилки и изменение соотношения по запасу между отдельными фракциями. Высокий процент содержания активной фракции в лесной подстилке свидетельствует о высокой степени ее гуммификации, что говорит о благоприятных условиях образования подстилки. Даже в послепожарный период, в 2015 г. доля активной фракции остается высокой, низовой беглый пожар не уничтожил полностью лесную подстилку, значительно уменьшился ее запас, но все фракции в ее составе представлены, хотя и наблюдается изменение в соотношении запаса по фракциям (рис. 3).
Рис. 3. Соотношение активной и неактивной фракции лесной подстилки по запасу в 2014 и 2015 г. (кг/га воздушно-сухого веса)
На исследуемых участках лесная подстилка характеризуется неоднородностью в разных условиях экотопа. Наиболее низкий запас лесной подстилки характерен для участков с молодыми древостоями, накопление подстилки там происходит медленнее. На участках с более старым древостоем, где кроме листьев и хвои опадает множество мелких и крупных веток, нами были отмечены в лесной подстилке в большом количестве довольно крупные скважины. Вследствие этого лесная подстилка была
пронизана множеством воздушных каналов, и разложение ее происходило значительно быстрее, так как доступ воздуха не был ограничен. Из приведенных данных можно сделать вывод о том, что на всех пробных площадях в составе лесной подстилки в 2014 г. (до пожара) в наибольшем количестве представлена труха (ветошь), травяной опад, мелкие ветви -это свидетельствует о том, что в данных лесных экосистемах происходит быстрое разложение активной фракции. Такие данные типичны для разнотравных типов леса, которые и преобладают на участке «Подзаплоты». Содержание трухи и травяного опада более 40% от всего запаса лесной подстилки, что является очень высоким показателем. После воздействия огня остается высоким уровень в процентном отношении в запасе трухи и травяного опада, хотя сам запас значительно падает.
Проведенные исследования показали, что изменение мощности и запаса лесной подстилки может служить одним из критериев нарушенности экосистемы, так как они напрямую зависят от изменений, произошедших в связи с антропогенным воздействием, в данном случае в связи с пожаром.
Мониторинг последствий пожара на лесную экосистему участка «Подзаплоты» показал, что:
1. Древостой ослаблен, характеризуется низким уровнем жизненного состояния.
2. Доля сухостоя возросла в 3 раза и составила 30,2% от всего древостоя на участке, пройденном пожаром.
3. Пожару наиболее подвержен молодой древостой (диаметром 10 см) - доля его гибели составляет 80,2% на площади пройденной пожаром, для исследованной территории наблюдается общая тенденция преимущественного отпада после пожара тонких деревьев.
4. Запас лесной подстилки уменьшился более чем в 3 раза.
5. Соотношение в % активной и неактивной фракции в допожарный и постпожарный период остается практически неизменным.
6. Наибольшее уменьшение по запасу наблюдается у трех фракций -труха, травяной опад и мелкие ветви, что неблагоприятно скажется на скорости гумификации лесной подстилки.
Список литературы
1. Анучин Н.П. Лесная таксация. Учебник для вузов. М.: Лесн. пром-ть, 1982. 552 с.
2. Аткина Л.И., Аткин А.С. Особенности накопления подстилок в лесных сообществах. // Почвоведение, 2000, № 8. С. 1004-1008.
3. Богатырев Л.Г. Образование подстилок - один из важнейших процессов в лесных экосистемах // Почвоведение, 1996, № 4. С. 501-511.
4. Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Сафронов М.А. Крупные лесные пожары. М.: Наука, 1979. 198 с.
5. Ильина В.П. Пирогенное воздействие на растительный покров // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2011. Т. 20, № 2. С. 4-30.
6. Карпачевский Л.О. Лес и почвы. М.: Лесная промышленность, 1981. 264 с.
7. Карпачевский Л.О., Рожков В.А,, Карпачевкий М.Л, Швиденко А.З. Лес, почва и лесное почвоведение // Почвоведение, 1996, № 5. С. 586-598.
8. Программа и методика биогеоценологических исследований. М.: Наука, 1974. 403 с.
9. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания по изучению типов леса. М.: Изд-во АН СССР, 1964. 144 с.
10. Ушаков М.И., Николаева И.О., Фролова А.В., Морозов А.М. Лесной пожар и его влияние на лес // Молодой ученый. 2016. №1. С. 282-286.
