CC BY
52НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2012, №4
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ. ЭКОЛОГИЯ
УДК 630.561.24:/ 0.431.1
Дендрохронологические исследования пожаров на территории стационара
«Нелегер» в Центральной Якутии
А.Н. Николаев, А.П. Исаев, Л.П. Габышева
Приведены результаты исследования динамики лесных пожаров на территории стационара «Нелегер» Института мерзлотоведения СО РАН им П.И. Мельникова. Дендрохронологические исследования показали, что за последние 200 лет на территории исследований каждые 16 лет были лесные пожары. Сопоставление данных по пожарам с древесно-кольцевыми хронологиями показало, что в периоды повышения температуры воздуха и уменьшения суммы осадков количество пожаров повышается. Это отмечено особенно четко в 40-е годы XX века.
Ключевые слова: Центральная Якутия, лесные пожары, дендрохронологические исследования.
Researches of dynamics offorest fires on the territory of a field station «Neleger» of Permafrost Institute SB RAS (Yakutsk) are presented. The dendrochronological researches indicated that forest fires happened each 16 years for the last 200 years on territory of the station. Comparison of information on forest fires and dendrochronological dates showed that the number offires rises in periods of increase of the air temperature and decrease ofprecipitation. It is marked especially clear for the 40th of XX century.
Key words: Central Yakutia, forest fires, dendrochronological researches.
Одним из факторов, оказывающих всестороннее влияние на бореальные леса в течение всей истории их существования, являются лесные пожары. Формирование и развитие лесных экосистем протекает под прямым и косвенным влиянием периодически повторяющихся пожаров. В настоящее время леса Центральной Якутии так же, как большинство лесных экосистем бореальной зоны, имеют послепожарное происхождение или же сформированы под влиянием неоднократного огневого воздействия [1-9 и
др.].
Возникновению и распространению пожаров в Центральной Якутии способствует чрезвычайно засушливая погода в весенне-летний период. Поэтому в условиях региона лесные пожары являются естественным фактором формирования и динамики развития лесов [1-3, 5, 1013 и др.]. Здесь практически нет участка леса,
НИКОЛАЕВ Анатолий Николаевич - д.б.н., декан биол.-географ. ф-та СВФУ, [email protected], у1йпап@ mpi.ysn.ru; ИСАЕВ Александр Петрович - к.с.-х.н., зав. лаб. ИБПК СО РАН, [email protected], [email protected]; ГАБЫШЕВА Людмила Петровна - к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН.
который в тот или иной период времени не испытывал бы пирогенного воздействия. Поэтому современные леса представляют собой определенные этапы восстановительных послепожар-ных сукцессий.
В лесах Центральной Якутии, как и всей Якутии, наиболее распространены низовые пожары, большей частью уничтожающие нижние ярусы леса, в том числе подстилку [14]. После низовых пожаров происходят большие изменения в ландшафтах, в режиме почвенной влажности, величине глубины сезонного протаивания, в составе и структуре растительного покрова [3, 10-11, 15-20 и др.]. Пирогенный фактор в лиственничных фитоценозах Центральной Якутии определяет не только состояние лесов, но и весь ход их развития: от возобновления до распада [2, 21 и др.]. На протяжении жизни одного поколения древостоя лесные экосистемы мерзлой зоны подвергаются дестабилизирующему воздействию пожаров не менее 3-5 и более раз.
Сведения о пожарах в Якутии в Департаменте по лесным отношениям Министерства охраны природы Республики Саха (Якутия) имеются с 1955 г. Поэтому реконструировать динамику пожаров до этого времени можно лишь с помо-
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЖАРОВ НА ТЕРРИТОРИИ СТАЦИОНАРА «НЕЛЕГЕР»
щью дендрохронологического метода. Метод позволяет с точностью до года датировать лесные пожары на поперечном спиле деревьев по повреждениям. Выявляя на срезах стволов деревьев имеющиеся огневые поранения, можно точно реконструировать хронологию пожаров. Дендрохронологический анализ пожаров ранее приводился в работах [22-25] и др.
Целью работы явилась реконструкция лесных пожаров с использованием дендрохронологиче-ских методов исследования, а также сопоставление динамики радиального прироста деревьев с частотой пожаров.
Исследования проведены в окрестностях стационара «Нелегер» Института мерзлотоведения СО РАН, находящегося в 40 км к северо-западу от г. Якутска. Основной лесообразующей породой района исследований является лиственница Каяндера (LarixcajanderiMayr), на долю которой приходится 78,4% покрытой лесом площади. В типологическом отношении доминируют разнотравно-брусничные и брусничные лиственничники. Древостои чистые или с примесью березы, разновозрастные, низко- или среднесомкну-тые (0,3-0,6), низкопроизводительные. Леса района испытывают разнообразные по виду и степени воздействия антропогенные нагрузки.
На территории Намского лесного участка Якутского лесхоза, куда относится территория стационара «Нелегер», ежегодно в среднем регистрируется 21 лесной пожар, а в отдельные годы до 58 и более [26]. В настоящее время лесной покров района исследований сильно нарушен и представляет собой мозаику послепожар-ных сообществ различных возрастных стадий восстановления.
С территории, прилегающей к стационару, были отобраны спилы стволов деревьев с видимыми следами повреждения древесины низовыми пожарами, с так называемыми пожарными подсушинами. Отбор спилов деревьев проводили по методике [23]. Эти подсушины использовали для датировки пожаров путем подсчета годичных колец на спиле. Используя общепринятую в дендрохронологии методику сбора [24, 27-28], для более точной датировки пожарных отметин рядом были отобраны образцы кернов стволов лиственницы с контрольного участка на удалении 50 м от места сбора образцов с пожарными отметинами.
Измерения ширины годичных колец с точностью 0,01 мм проводились при помощи измерителя LГNTAB-Ш в лаборатории криогенных ландшафтов Института мерзлотоведения СО РАН. При датировке и построении древесно-кольцевых хронологий были применены специализированные программы COFECHA,
ARSTAN, TSAPV3.5 и др. [27-31]. Посредством кросс-корреляционного анализа [29-30] и графической перекрестной датировки [31] была построена древесно-кольцевая хронология по контрольному участку (NEL). Стандартизация древесно-кольцевой хронологии была сделана с помощью негативной экспоненты в программе ARSTAN [30].
Точность датировки пожарных отметин оценивалась повторным подсчетом числа колец и сопоставлением измеряемого образца с заранее построенной древесно-кольцевой хронологией контрольного участка NEL. Точность может зависеть от времени возникновения пожара. В случае возникновения весенне-летнего пожара пожарная отметина указывает именно на год возникновения пожара. Большинство пожаров в Центральной Якутии происходят в начале мая. Однако в сухие годы большое количество пожаров происходит и во второй половине июня. Они также могут продолжать гореть и в июле, иногда даже до конца августа [32].
На рис. 1,а приведены данные о количестве и площади пожаров по республике. Из рисунка видно, в середине 50-х годов прошлого века наблюдалось большое количество пожаров. Из реконструкций пожаров по стационару «Неле-гер» и данных по пожарам Якутии можно предположить, что в 1940-1950-е гг. на её территории пожарами были охвачены значительные площади. Этот период можно охарактеризовать как наиболее пожароопасный период. В свою очередь количество пожаров наоборот могло бы быть меньше. С 1960 по 1980 г. наблюдалось снижение площадей пожаров, отмечалось большое число мелких пожаров. С середины 1980-х годов по нынешнее время идет постепенное снижение количества пожаров и увеличение площадей пожаров. Таким образом, в последние годы пожары стали интенсивнее и стали охватывать большие площади. Такое изменение, вероятно, происходит за счет общего ухудшения ситуации с лесной охраной в годы перестройки и в силу глобальных изменений климата.
В результате исследований в окрестностях стационара «Нелегер» реконструированы лесные пожары за последние 200 лет (рис. 1,б). Пожары происходили в 1816 (пожарные поранения имеются на 3 деревьях), 1849 (2), 1858 (1), 1866 (1), 1885 (2), 1918 (1), 1939 (9), 1944 (1), 1949 (5), 1954 (3), 1958 (1), 1973 (9), 1978 (1) годах.
Почти на всех образцах отражены пожары 1939 и 1973 гг. Более поздние пожары выявлены только на образцах, отобранных с молодых деревьев. На более старовозрастных деревьях от-
Рис. 1. Сопоставление датировок пожаров на территории стационара «Нелегер» с температурой воздуха по метеостанции Якутск: а - динамика температуры воздуха по метеостанции Якутск с 1830 г. и площади пожаров в Центральной Якутии с 1955 г.; б - датировка пожаров на территории стационара «Нелегер»
ражаются преимущественно пожары начала и середины XIX в., что связано с развитием у старых деревьев мощной коры, предохраняющей от пожаров низкой интенсивности. Из анализа истории пожаров видно, что наибольшее их количество было в 40-50-е гг. XX в. В Центральной Якутии этот период характеризуется как один из наиболее засушливых.
Анализ частоты пожаров показал, что в сред-2,0-
нем каждые 16,7 лет данный лесной массив подвергался воздействию огня. Эти данные сопоставимы с результатами других исследований [6, 32-33].
Проведено сопоставление годов датировок пожаров на территории стационара «Нелегер» со среднегодовой температурой воздуха по метеостанции Якутск (рис. 1). Из рисунка видно, что средняя температура воздуха в XIX в. была -10,9оС, в 19001980-е гг. повысилась до -10,2оС, а в последние 18 лет - до -8,9°С. Выявлено, что пожары возникали в годы увеличения значений температуры воздуха или на следующий после этого год. Таким образом, датировка пожаров показывает, что в районе исследований пожары возникали в годы температурных «пиков». Самыми теплыми месяцами, особенно в 2002 г., являлись май и июнь. Именно на это время обычно приходится пик пожаров в Центральной Якутии.
Выявлена также довольно значимая зависимость количества пожаров со средней температурой воздуха летних месяцев. Коэффициент корреляции (г) составил 0,51.
Сопоставление количества выпадающих осадков с датировкой пожаров по стационару «Нелегер» выявило, что пожары возникали в годы уменьшения количества осадков (рис. 2). Это подтверждается нашими датировками и данными по пожарам
Рис. 2. Сопоставление датировок пожаров на территории стационара «Нелегер» с количеством выпадающих осадков по метеостанции Якутск: а - динамика суммы атмосферных осадков за год и за пожароопасный период по метеостанции Якутск с 1900 г. и площади пожаров в Центральной Якутии с 1955 г.; б - датировка пожаров на территории стационара «Нелегер»
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЖАРОВ НА ТЕРРИТОРИИ СТАЦИОНАРА «НЕЛЕГЕР»
в окрестностях г. Якутска. Интересно отметить, что перед пожароопасным годом в течение 2-3 лет наблюдается увеличение количества осадков. В периоды их увеличения, видимо, происходит некоторое накопление горючих материалов за счет повышения интенсивности роста растений травяно-кустарничкового яруса, которые в «сухие» годы обычно выгорают во время беглых низовых пожаров. Следует отметить, что пожар 2002 г. совпадает со снижением количества осадков. Этому году предшествовали влажные годы с большим количеством осадков (период с 1996 по 2000 г.), 2001 г. был наиболее засушливым в течение последних 20 лет - выпало всего 125 мм осадков в год. В следующий «сухой» 2002 г. случились крупные пожары (рис. 3). Хотя в 2002 г. отмечалось небольшое увеличение осадков в июле, засуха в мае-июне этого года и «накопленный потенциал засухи» в предыдущие годы привели к возникновению пожаров, продолжавшихся вплоть до осени.
С другой стороны, эта ситуация была усилена за счет уменьшения предзимних влагозапасов на данной территории в предшествующие сухие годы, что согласуется с данными по содержанию предзимних влагозапасов [34]. Низкое содержание влаги и малое количество осадков в мае-июне в год пожара привели к усилению пожарной опасности.
На территории Центральной Якутии похожая ситуация, но менее выраженная, возникла в 2005 г. Из рис. 3 видно, что «сухой» 2004 г. спровоцировал уменьшение влагозапасов в почве, в свою очередь небольшое количество осадков в начале лета усугубило пожароопасную ситуацию. Лишь увеличение осадков в июле-августе способствовало остановке большинства пожаров.
Также была выявлена связь количества пожаров в окрестностях г. Якутска с количеством осадков летних месяцев. При этом выявлена обратная зависимость количества пожаров с количеством выпадающих осадков. Коэффициент корреляции составил г= -0,47.
Одним из проявлений прямого воздействия пожаров является послепожарное изменение эмиссии углерода [35]. Наибольшие массы сгорающей органики и соответственно потерь углерода характерны для средней и северной тайги. Объясняется это наличием достаточно больших лесопокрытых площадей, относительно высокой ежегодной горимостью лесов, большими запасами напочвенных горючих материалов, сгорающих при пожарах.
По официальным данным, ежегодно во время пожаров в среднем сгорает 3,1 млн. м3 (максимально - 9,6 млн. м3) древесины. Т.е. ежегодно
1996 1997 1998 1999 2000 2()0Г"2Ш)2 2003 2004 2005 2006
Годы
Рис. 3. Изменение количества осадков по метеостанции Якутск
сгораемая ежегодно общая фитомасса составляет 3,99 млн. т, включая 3,59 млн. т древесины и 0,4 млн. т подчиненных ярусов растительности. Элементное содержание сгоревшей древесины (без учета подчиненных ярусов растительности) оценивается в следующих размерах: Н20 - 1,80 млн. т, С - 0,21...0,28 млн. т, СО, СО2 - 0,64 млн. т, Н - 0,11.0,12 млн. т, О - 0,68.0,76 млн. т, № - 0,00.0,01 млн. т [36].
Проведенные дендрохронологические исследования показывают на наличие связи радиального прироста деревьев и низовых пожаров в Центральной Якутии. При помощи дендрохро-нологических методов можно не только датировать конкретные пожары на определенном участке, но и связать их с условиями внешней среды района исследований. За последние 200 лет в районе исследований в среднем каждые 16 лет происходили пожары. В периоды повышения температуры воздуха и уменьшения количества осадков количество пожаров увеличивалось, особенно это характерно в 40-е годы XX века. В последние годы в условиях глобального изменения климата увеличилась интенсивность пожаров при уменьшении их количества. Это показывает, что пожары вследствие быстрого накопления горючих материалов становятся более интенсивными.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 12-06-98504.
Литература
1. Аболин Р.И. Геоботаническое и почвенное описание Лено-Вилюйской равнины / Труды Комиссии по изучению Якутской АССР. Т.Х. - М., 1929. - 372 с.
2. Уткин А.И. Леса Центральной Якутии. - М.: Изд-во АН СССР, 1965. - 206 с.
3. Поздняков Л.К. Даурская лиственница. - М.: Наука, 1975. - 312 с.
4. Поздняков Л.К. Мерзлотное лесоведение. - Новосибирск: Наука, 1986. - 201 с.
5. Щербаков И.П. Лесной покров Северо-Востока СССР. - Новосибирск: Наука, 1975. - 344 с.
6. Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообра-зования. - Новосибирск: Наука, 1996. - 253 с.
7. Абаимов А.П., Прокушкин С.Г., Зырянова О.А. Эколого-фитоценотическая оценка воздействия пожаров на леса криолитозоны Средней Сибири // Сиб. экол. журн. - 1996. - №1. - С. 51-60.
8. Цветков П.А. Лесовозобновительная роль пожаров в северотаежных лиственничниках Средней Сибири // Сиб. экол. журн. - 1996. - №1. - С. 61-66.
9. Цветков П.А. Исследование природы пожаров в северной тайге Средней Сибири // Хвойные бореаль-ной зоны. - 2006. - Т. XXIII, №2. - С. 186-195.
10. Щербаков И.П., Забелин О.Ф., Карпель Б.А. и др. Лесные пожары в Якутии и их влияние на природу леса. - Новосибирск: Наука, 1979. - 226 с.
11. Тимофеев П.А., Исаев А.П., Щербаков И.П. и др. Леса среднетаежной подзоны Якутии. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. - 140 с.
12. Лес и вечная мерзлота: Особенности состава и структуры лесов мерзлотного региона, проблемы рационального ведения хозяйства и охраны / Отв. ред. А.П. Исаев. - Якутск: Якутский госуниверситет, 2000. - 190 с.
13. Лыткина Л.П., Протопопова В.В. Лесные пожары как экологический фактор формирования лесов Центральной Якутии // Наука и образование. - 2006.
- №2. - С. 50-56.
14. Софронов М.А., Волокитина А.В. Об экологических особенностях зоны северных редколесий в Средней Сибири // Сиб. экол. журн. - 1998. - №3-4.
- С. 245-250.
15. Саввинов Д.Д. Температурный и водный режимы лесных почв Якутии // Исследования растительности и почв в лесах Северо-Востока СССР. -Якутск: Якуткнигоиздат, 1971.
16. Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии.
- Якутск: Кн. изд-во, 1973. - 119 с.
17. Поздняков Л.К. Гидроклиматический режим лиственничных лесов Центральной Якутии. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 146 с.
18. Тарабукина В.Г., Саввинов Д.Д. Влияние пожаров на мерзлотные почвы. - Новосибирск: Наука, 1990. - 120 с.
19. Прокушкин С.Г., Сорокин Н.Д., Цветков П.А. Экологические последствия пожаров в лиственничниках северной тайги Красноярского края // Лесоведение. - 2000. - №4. - С. 9-15.
20. Лыткина Л.П. Влияние пожаров на лесные экосистемы Центральной Якутии // Пожары в лесных экосистемах Сибири: материалы Всероссийской конф. с международным участием. - Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2008. - С. 157-159.
21. Поздняков Л.К. Естественное изреживание и прирост лиственничников в Центральной Якутии // Лесоведение. - 1983. - № 6. - С. 28-34.
22. Арбатская М.К., Ваганов Е.А. Дендрохроноло-гический анализ реакции сосны на периодические воздействия низовых пожаров // Лесоведение. - 1996.
- №6. - С. 58-61.
23. Ваганов Е.А., Арбатская М.К. История клима-
та и частота пожаров в центральной части Красноярского края: 1. Климатические условия сезона роста и распределение пожаров в сезоне // Сиб. экол. журн. -1996. - №1. - С. 9-18.
24. Ваганов Е.А., Арбатская М.К., Шашкин А.В. История климата и частота пожаров в центральной части Красноярского края. 2. Дендрохронологиче-ский анализ связи изменчивости прироста деревьев, климата и частоты пожаров // Сиб. экол. журн. -1996. - № 1. - С. 19-28.
25. Харук В.И., Двинская М.Л., Ренсон К.Дж. Пространственно-временная динамика пожаров в лиственничных лесах северной тайги Средней Сибири // Экология. - 2005. - №5. - С. 1-10.
26. Исаев А.П., Протопопова В.В., Такахаши К История лесных пожаров в окрестностях г. Якутска // Проблемы изучения растительного покрова Якутии. -Якутск: НИПК «Сахаполиграфиздат», 2004. - С. 121126.
27. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В. и др. Методы дендрохронологии. Ч. 1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: учебно-методич. пособие. - Красноярск: КрасГУ, 2000. - 80 с.
28. Methods of Dendrochronology. Application in environmental sciences / Eds. Cook E. et al. - Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1990. - 394 p.
29. Holmes R.L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement // Tree-ring Bulletin. -1983. - V. 44. - Р. 69-75.
30. Holmes R.L. Dendrochronology program libraryusers manual.- Laboratory of Tree-Ring Research, University of Arizona, Tucson, ArizonaUSA Updated September 2001. - Электронная версия, 2001.
31. Rinn F. Tsap version 3.5. Reference Manu-al.Computer program for tree ring analysis and presentation. - Helenberg, Germany, Frank Rinn, 1996. - 264 c.
32. Ivanova G.A. The extreme fire season in the Central Taiga forests of Yakutia // Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia. - Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1996. - P. 260-270.
33. Фарбер С.К. Формирование древостоев Восточной Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 432 с.
34. Фёдоров А.Н., Максимов Т.Х., Гаврильев П.П. и др. Спасская Падь: Комплексные исследования мерзлотных ландшафтов. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2006. - 210 с.
35. Фуряев В.В., Плешиков Ф.И., Злобина Л.П., Фуряев Е.А. Трансформация структуры и экологических условий лесов Средней Сибири под воздействием пожаров // Лесоведение. - 2004. - №4. - С. 50-57.
36. Isaev A.P. Total aboveground biomass of Yakutian forests and impact of forest fires on carbon balance // Proceedings of 4th International WS on C/H2O/Energy balance and climate over regions with special emphasis on Eastern Eurasia. 14-16 July, 2009. -Nagoya, 2009. - P. 19-20.
Поступила в редакцию 10.09.2012
