CC BY
34
УДК 630.43:630.182
ВЛИЯНИЕ ПОЖАРОВ НА ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ЗАПОВЕДНИКА ЦЕНТРАЛЬНОСИБИРСКИЙ
Л.В. Буряк1,2, Д.С. Зарубин Е.А. Кукавская3, О.П. Каленская1, В.А. Иванов1, А.В. Толмачев2
'Сибирский государственный технологический университет. 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, e-mail: [email protected]
2ГПБЗ «Центральносибирский»;
3 Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.
В работе на основании официальных данных и спутникового мониторинга приводится анализ горимости территории Центральносибирского заповедника. Дана оценка успешности естественного возобновления в длительно негоревших хвойных насаждениях заповедника и на участках лесных земель, пройденных низовыми пожарами разной формы и силы. Установлено, что после воздействия пожаров естественное возобновление происходит со сменой пород на мелколиственные.
Ключевые слова: Центральносибирский заповедник, горимость, хвойные насаждения, устойчивый пожар, лесовозобновление, смена пород.
In the paper analysis of fire frequency and area burned in the Central Siberian Nature Reserve based on the official and satellite data is given. The estimation of the natural regeneration in the unburned coniferous forests of the Reserve as well as in the sites burned by surface fires of different form and severity is provided. Fires were found to result in replacement of the coniferous regeneration by deciduous species.
Keywords: Central Siberian Nature Reserve, fire frequency, coniferous stands, steady fire, forest regeneration, species replacement.
ВВЕДЕНИЕ
Центральносибирский биосферный заповедник является международным биосферным резерватом ЮНЕСКО. Это один из первых в стране заповедников, созданных в равнинной зональной тайге Сибири. Кроме того, это единственный заповедник России, где на значительном расстоянии (около 60 км) заповеданы оба берега и акватория одной из великих рек Евразии — Енисея. Цель создания заповедника состоит в сохранении типичных экосистем, генетического фонда растений и животных, характерных сообществ (ценофонда). Главным фактором, нарушающим лесные экосистемы Центральносибирского заповедника, являются пожары растительности. Для обеспечения устойчивости характерных сообществ заповедника становиться необходимым изучение и последующее прогнозирование последствий воздействия пожаров на лесные экосистемы. В первую очередь необходимо изучение особенностей лесообразовательного процесса, в том числе успешности лесовозобновления наиболее ценных хвойных насаждений.
По мнению исследователей, жизнь леса неотделима от огня. Огонь как разрушительный фактор, наиболее распространенный в природе, в течение длительного эволюционного развития лесов создавал в них условия для возникновения и закрепления механизмов лесообразования такого типа, которые бы обеспечили успешное возобновление леса и его длительное процветание (Седых, 2009). Для каждого лесного района характерны свои особенности в возможности возникновения, распространения пожаров и степени их воздействия на лесные экосистемы.
Особенности лесообразовательного процесса, кроме того, в каждом районе в значительной степени определяются лесорастительными условиями.
Наблюдается временная динамика в степени воздействия пирогенного фактора на лесные экосистемы. В последние десятилетия вследствие комплекса факторов в ряде регионов России отмечается увеличение продолжительности пожароопасного сезона и частоты возникновения пожаров и рост горимо-сти лесов (Soja et э1. 2006; Groisman et э1. 2007; sishke et э1. 2006). Площадь, пройденная пожарами, в отдельные пожароопасные сезоны может достигать несколько млн. га (Kukavskaya et э1. 2013 и др.). При дальнейшем изменении климата ожидается увеличение количества экстремальных пожаров и пожаров от молний (Flannigan et э1. 2009). Увеличение активности пожаров может привести к усугублению их последствий (Furyaev et э1. 2001). Создаются иные условия, делающие актуальным осмысление последствий этих изменений.
В лесообразовательном процессе исследователи выделяют процесс формирования молодняков как важный этап становления древостоев, определяющий по существу характерные черты их онтогенеза (Бузы-кин, Пшеничникова, 1975; 1980). Основные параметры морфоструктуры закладываются на этом этапе формирования, от них зависят внутри- и межвидовые отношения в ценозе, рост, развитие и продуктивность древостоев (Санников, 1992; Санников, Санникова, 1985).
Полученные результаты послужат основой научно-обоснованного прогнозирования состояния лесных экосистем после воздействия пожаров в
различных лесорастительных условиях Централь-носибирского заповедника. Оценка и предвидение лесовозобновления имеет большое экологическое значение, поскольку в лесных экосистемах исход возобновления во многом определяет лесоводствен-ные программы формирования древостоя (Санников, Санникова, 1985).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения степени нарушенности территории Центральносибирского заповедника и выбора объектов исследования был проведен анализ горимо-сти по данным официальной статистики и спутникового мониторинга.
В качестве объектов исследований выбраны хвойные леса Центральносибирского заповедника. Исследовались насаждения, пройденные низовыми пожарами различной формы и силы. Контрольными участками служили длительно негоревшие лесные массивы. Всего было заложено 19 пробных площадей. Большая часть исследований проведена в наиболее ценных кедровых лесах. Четыре пробные площади заложены в древостоях с преобладанием лиственницы, одна - ели и две - в производных березовых насаждениях.
Участки для закладки пробных площадей выбирали на основе данных спутниковой информации, лесоустроительной базы данных и результатов маршрутных исследований. При исследованиях использовали общепринятые методики. Закладка пробных площадей проводилась в соответствии с методиками В.Н. Сукачева, С.В. Зонна (1961), а таксация древостоев по методикам, описанным Н.П. Анучиным (1982). Сила
пожара определялась на основании классификации пожаров по силе (Вонский, 1957; Курбатский, 1954), данных Г. А. Амосова (1964), М.А. Софронова (1979), М.А. Шешукова (1988) и П.М. Матвеева (1992). Описание пробных площадей проводили в соответствии с бланком, разработанным нами совместно с ИЛ СО РАН. На пробных площадях вели описание и учет подроста и самосева в соответствии с рекомендациями А.И. Бузыкина и А.В. Побединского (1963). При выборе участков для закладки площадей старались охватить все разнообразие в характеристиках горевших насаждений и в характеристике пожаров.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Оценка горимости территории Центральносибирского заповедника
Для характеристики динамики горимости по данным официальной статистики были проанализированы количество пожаров и пройденная ими площадь за период с 2000 по 2014 гг. На территории заповедника «Центральносибирский» за период исследования все пожары возникли от гроз. Всего за анализируемый период на территории заповедника возникло 32 пожара на общей площади 15870 га (рисунок 1). При этом пожары были зарегистрированы только в 2008, 2011-2014 гг., что свидетельствует о недоступности для населения данной территории и несовпадению грозовой активности с пожарной зрелостью участков в другие годы. Наибольшая площадь пожаров (10335 га) зафиксирована в 2012 г., когда горимость составила 1.014%, что характеризует ее как чрезвычайную. Горимость заповедника в 2013 г. - высокая (0.504%).
Рисунок 1 - Динамика количества и площади пожаров в заповеднике «Центральносибирский» по данным официальной статистики за период с 2000 по 2014 гг.
Пространственное распределение пожаров по территории заповедника согласно данным спутникового мониторинга за период с 1996 по 2014 гг. приведено на рисунке 2. Пожары были зафиксированы в 1999, 2006, 2011-2014 гг. Отмечается распространение пожаров на значительные площади на территории заповедника в отдельные годы, что обусловлено труднодо-
ступностью участков, затрудняющей своевременное обнаружение и оперативное тушение пожаров. Таким образом, анализ данных о природных пожарах на территории заповедника позволяет говорить о тенденции роста в последние годы, как числа пожаров, так и их площадей. Это, прежде всего, связано с засушливыми погодными условиями, сложившимися в регионе в
2012-2013 гг. Так, по данным метеостанции Бор пока- стигал 7500, что по местной применяемой шкале клас-затель пожарной опасности ПВ-1 в пик горимости до- сифицирует пожарную опасность как очень высокую.
Рисунок 2 - Распределение природных пожаров по территории заповедника «Центральносибирский» по данным дистанционного зондирования за период с 1996 по 2014 гг.
В результате распространения крупных пожаров на территории заповедника имеются значительные площади участков лесных земель, нарушенных пожарами. В складывающейся ситуации, при наблюдающемся росте горимости территории, становится необходимым изучение особенностей лесообразо-вательного процесса насаждений после воздействия пожаров в различных лесорастительных условиях Центральносибирского заповедника. Прежде всего, необходима оценка успешности лесовозобновления наиболее ценных хвойных насаждений.
Оценка успешности естественного возобновления хвойных насаждений Центральносибирского заповедника
Исследования были проведены в период полевых работ 2013-2014 гг. в смешанных хвойных лесах. Дополнительно две пробные площади были заложены в производных древостоях с преобладанием березы. Были изучены длительно негоревшие насаждения и насаждения, пройденные низовыми пожарами 1993, 2009 и 2013 гг. Для участков лесных земель Центральносибирского заповедника более характерно развитее летних устойчивых пожаров. Это обусловлено тем, что основной причиной возникновения пожаров являются грозы, а повышенная грозовая активность в регионе отмечается в летний период (Иванов, Иванова, 2010). Развитию устойчивых пожаров способствует и преоб-
ладание моховых типов леса, характеризующихся в летний период повышенной пожарной опасностью. При развитии устойчивых низовых пожаров огонь заглубляется в подстилку, уже просохшую к этому периоду, горение подстилки происходит в режиме тления. Такие пожары возникают на участках лесных земель с достаточно мощной подстилкой. В насаждениях с участием в составе живого напочвенного покрова сфагновых мхов и долгомошника пожары распространялись мозаично, переувлажненные участки, занятые этими видами мхов, чаще не горели или прогорал только верхний слой мохового покрова. Только при распространении сильных устойчивых пожаров напочвенный покров прогорал полностью, независимо от видового состава мхов.
Длительно негоревшие насаждения представлены, в основном, преобладающей в заповеднике зеле-номошной группой типов леса. Прежде всего, зеле-номошным типом леса с участием в моховом покрове долгомошника (кукушкина льна) и сфагновых мхов. Часть пробных площадей заложена в разнотравно-зе-леномошных и вейниково-зеленомошных типах леса. Типы леса на участках лесных земель, пройденных пожарами, - мертвопокровные (в год пожара), вейни-ковые, кипрейные, вейниково-разнотравные.
Длительно негоревшие древостои, смешанные по составу с преобладанием кедра и участием в составе ели, пихты и березы, спелые или перестойные, средне- и высокополнотные. Класс бонитета Ш-1У.
После воздействия пожаров в составе древостоев отмечается увеличение доли лиственницы, вследствие этого на многих участках, пройденных пожарами, в составе древостоев преобладает лиственница. После воздействия устойчивых сильных пожаров часть насаждений представлена лиственничными рединами с полнотой 0.3.
Следует отметить, что пожары развивались в летний период (июль-август) и чаще имели устойчивую форму, сила пожаров варьировала от слабой до сильной, в зависимости от рельефа, степени увлажненности напочвенного покрова и характеристик насаждений.
Характеристика подроста в исследованных насаждениях Центральносибирского заповедника представлена в таблице.
Таблица - Характеристика лесовозобновления на пробных площадях
„ Количество под- „ - Средний
— „ , Состав , Доля благо- „ г
Тип леса, Сила, форма , роста, всего\ Высота под- возраст
т г подроста, всего\ - г > на-дежного, г
состав, полнота древостоя, и год пожара _ ^ благонадеж-ного, „, роста, м подроста,
г г благонадежного 1 %
тыс. экз.\га лет
К зм., 4К4Е1Б+Лц - 0,4
К бр.зм 3К2Е2Лц2П1Б+С - 0,6 К бр.зм. 4К2П1Е3Ос - 0,5
К бр.зм. 3К2Е1Лц3Ос1Б - 0,6 К ртр.зм. 5К3Лц2Е ед. П - 0,8
К хв.зм. 3К2Е3Ос2Б+Лц ед. П - 0,5
К зм.хв. 3К1Е1Лц3Ос2Б + П - 0,7
К зм. ртр. 4К5Лц1Е+П - 1,3
К зм.вейн. 7К2Лц1Е ед. Б - 0,8
К вейн. 5К4Ос1Б+С - 0,5
Е хв.вейн. 5Е1К4Б ед. Ос - 0,8 Б хв.вейн. 5Б2Е2К1Лц ед. П
- 0,5 Лц вейн.
7Лц2К1Б+П ед. Б
- 0,6
Лц кипр. 10Л - 0,3
К хв. 7К3Е ед. П - 0,8
не горел не горел не горел не горел не горел не горел не горел не горел не горел не горел
не горел
устойчивый, средней 2012 беглый, до средней
2009 устойчивый, до сильной
2009 устойчивый, от слабой до средней 2012
4К5Е1Б\ 5К4Е1Б
8К2Е+П\ 10К+Е
6К2П1Е1Ос \ 10К+П
6К2Ос1Е1П\ 10К
6Е1Б2К1П \ 5К5Е ед. П
5К2П2Ос+Е\ 7К3Ос
7К2Ос1П+Е\ 9К1П+Ос
7К1Е2П ед. Лц \ 9К1Е ед. П
3К6Е1Б \ 4К3Е3Б
4К4Ос1Е1П\ 10К
4К6Е\ 10К
3К5Б2П1Е\ 9Б1Е
4Б2П2Лц1К1Ос\ 6Б2Ос1К1Лц
6Б3Ос1Лц ед. К, П \ 6Б3Ос1Лц ед. К
7Е1Л2Б ед. П \ 9Б1Л
28,8±4,5\ 7,0±2,4
12,5±0,8\ 7,7±0,7
54,0±3,00\ 30,8±2,2
16,8±1,2\ 9,8±1,2
22,0±2,2\ 5,5±1,1
24,3±3,0\ 13,3±3,1
29,0±2,3\ 16,3±1,4
18,3±0,9\ 9,2±0,6
27,3±2,6\ 8,8±1,2
11,0±1,4\ 2,8±1,0
7,5±0,9\ 1,5±0,4
7,5±1,5\ 1,8±1,0
15,5±2,3\ 5,5±1,5
137,5±17,7\ 108,8±14,6
28,8±5,2\ 4,2±2,4
25 62
57
58 25
55
56 50 32 25 20 23 35 79
14
0,51-1,00 0,11-0,25 0,11-0,25 0,26-0,50 1,01-2,00 0,25-0,50 0,26-0,50 0,26-0,50 1,01-2,00 0,26-0,5 1,01-2,00 2,01 и > 1,01-2,00 0,11-0,25
0,51-1,00
15 10 10 15 25 15 10 15 25 15 20
27
2
4
2
В длительно негоревших кедровых насаждениях исследованной части заповедника процессы лесовозобновления протекают чаще успешно, количество подроста превышает 9 тыс. экз./га. В составе подроста преобладают темнохвойные породы. При этом, большая доля от участия в составе подроста, как правило, приходится на кедр (до 8 единиц в составе). Также значительную долю на части исследованных участков составляет ель, отмечается участие в составе подроста пихты и мелколиственных пород. Под-
рост светлохвойных пород в длительно негоревших насаждениях отсутствует. Доля благонадежного подроста, в основном, варьирует от 30 до 60 %. Лучшие качественные характеристики отмечаются у кедрового подроста. Соответственно, доля кедра в составе благонадежного подроста увеличивается. Средний возраст подроста в кедраче вейниковом в длительно негоревших насаждениях составляет 15-25 лет, а его высота от 0,25 м до 2 метров. В высокополнотном насаждении с преобладанием ели благонадежного
подроста недостаточно для успешного лесовозобновления, что обусловлено, вероятнее всего, сильным притенением материнским древостоем. Плохие качественные характеристики у подроста наблюдаются в низкополнотных насаждениях. В таких лесах пихтовый и мелколиственный подрост являются кормовой базой лося, и большая его часть имеет механические повреждения. Вследствие неоднократных повреждений вершин, на территории заповедника очень распространена стланцевая форма пихты.
В результате огневого воздействия практически весь допожарный подрост погибает. Остаются лишь экземпляры подроста, приуроченные к негоревшим участкам напочвенного покрова, и то только в случае его мозаичного прогорания.
В составе послепожарного подроста преобладают мелколиственные породы порослевого и семенного происхождения, на части участков присутствуют пихта (до 2-х единиц), лиственница и кедр. В насаждениях, пройденных пожаром 2013 года, уже в год пожара наблюдается поселение подроста березы порослевого происхождения в количестве от 3 до 10 тыс.экз./га. В насаждениях после пожара 2009 года количество поселившегося подроста превышает 15 тыс.экз./га. Минимальное количество подроста отмечается в насаждении разнотравного типа леса, пройденным пожаром меньшей силы. На участках насаждений с прогоревшим напочвенным покровом количество подроста превышает 80-120 тыс.экз./га. При этом в лиственничных насаждениях, заросших после воздействия пожара по кипрейному типу, количество подроста большее, чем в вейниковых насаждениях. На участке кипрейной гари количество подроста более 130 тыс.экз./га. Доля благонадежного подроста чаще превышает 60 %. На благонадежный подрост в кедровых насаждениях приходится не более 66 %, а в лиственничных - до 79 % от общего количества подроста. Лучшее качественное состояние подроста под пологом насаждений с преобладанием лиственницы можно объяснить, прежде всего, большей освещенностью нижних ярусов растительности. Однако, отмечается угнетение подроста в березняке и лиственничнике вейниковом, доля благонадежного составляет 23 - 35 %. Это, вероятнее всего, обусловлено, конкурентными взаимоотношениями, задернением почвы и аллелопатиче-ским воздействием.
Следует отметить, что смена пород и зарастание гарей и пожарищ по травяному типу необходимый и положительный процесс, поскольку травы способствуют дерновому процессу почвообразования, а мелколиственные породы являются почвоулуч-шающими породами. По мнению исследователей именно вызываемые пожарами смены пород обусловили существование продуктивных лесов на одних и тех же площадях (Ткаченко, 1911). Кроме того, поселение мелколиственных пород способствует увеличению кормовой базы лося, который является основным охраняемым видом на территории заповедника.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В целом по результатам проведенных исследований можно сказать, что естественное возобновление в смешанных темнохвойных насаждениях Централь-носибирского заповедника протекает успешно. В составе подроста в длительно негоревших насаждениях преобладает кедр. После воздействия пожаров допожарный подрост погибает, а в составе поселившегося подроста преобладают мелколиственные породы. В насаждениях, пройденных огнем, и на гарях отмечается появление подроста лиственницы. Можно ожидать, что процесс лесообразования после воздействия пожаров пойдет через смену пород. Вероятно значительная доля мелколиственных насаждений на территории заповедника (44 % от общей площади покрытой лесом) обусловлена нарушением лесных экосистем пожарами в прошлом.
Работа выполнена при частичной поддержке Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Амосов, Г.А. Некоторые закономерности развития лесных низовых пожаров / Г.А. Амосов // Возникновение лесных пожаров. - М.: Наука, 1964. -С. 152-183.
Бузыкин, А.И. Формирование смешанных молодня-ков из сосны и лиственных пород / А. И. Бузыкин, Л. С. Пшеничникова // Процессы формирования насаждений в Сибири.- Красноярск.-1975.-С.84-105 Бузыкин, А. И. Формирование сосново - лиственных молодняков / А. И. Бузыкин, Л. С. Пшеничникова. -Новосибирск, 1980. - 175 с. Бузыкин, А. И. К вопросу учета подроста и самосева / А. И. Бузыкин, А.В. Побединский //Тр. ИЛиД СО АН СССР: Т.57, 1963. - С. 185-191. Вонский, С.М. Интенсивность огня низовых лесных пожаров и ее практическое значение / С.М. Вонский.- Л.: ЛенНИИЛХ, 1957. - 52 с. Курбатский, Н.П. Методические указания для опытной разработки шкал пожарной опасности / Н.П. Курбатский.-Л.: ЦНИИЛХ.-1954.-33 с. Матвеев, П.М. Последствия пожаров в лиственничных биогеоценозах на многолетней мерзлоте: ав-тореф. дис. ... док- ра с.- х. наук / П.М. Матвеев. -Йошкар-Ола, 1992. - 49 с. Санников, С.Н. Экология естественного возобновления сосны под пологом леса / С.Н. Санников, Н.С. Санникова
- М.: Наука, 1985. - 149 с.
Санников, С.Н. Экология и география естественного возобновления сосны обыкновенной / С.Н. Санникова. - М.: Наука.-1992.-264 с. Седых В.Н. Лесообразовательный процесс. Новосибирск:
Наука, 2009, 164 с Сукачев, В. Н. Методические указания по изучению типов леса / В. Н. Сукачев, С. В. Зонн. - М.: АН СССР, 1961.
- 144 с.
Ткаченко, М.Е. Леса Севера / М.Е. Ткаченко.- СПб, 1911.
- 91 с.
Шешуков, М.А. Биоэкологические и зонально-географические основы охраны лесов от пожаров на Дальнем Востоке: автореф. дис. ...док-ра с.-х. наук / М.А. Шешуков. -Красноярск, 1988. - 46 с.
Flannigan, M.D. Implications of changing climate for global wildland fire / M.D. Flannigan, M.A. Krawchuk, W.J. de Groot, B.M. Wotton, L.M. Gowman // International Journal of Wildland Fire. - 2009. - Vol. 18. - P. 483-507. Furyaev, V.V. Effects of fire and climate on successions and structural changes of the Siberian boreal forest // V.V. Furyaev, E.A. Vaganov, N.M. Tchebakova, E.N. Valendik // Eurasian Journal of Forest Research. - 2001. - Vol. 2. - P. 1-15.
Groisman, P.Y. Potential forest fire danger over Northern Eurasia-Changes during the 20th century / P.Y. Groisman, B.G. Sherstyukov, V.N. Razuvaev, R.W. Knight, J.G. Enloe, N.S. Stroumentova, P.H. Whitfield, E. F0rland, I. Hannsen-Bauer, H. Tuomenvirta, H. Aleksandersson, A.V. Mescherskaya, T.R. Karl // Global and planetary change. -2007. - Vol. 56. - P. 371-386.
Поступила в редакцию 10.06.15 Принята к печати 21.09.15
Kasischke, E.S. Recent changes in the fire regime across the North American boreal region—spatial and temporal patterns of burning across Canada and Alaska / E.S. Kasischke, M.R. Turetsky // Geophys. Res. Lett. -2006. - Vol. 33. - L09703.
Kukavskaya, E.A. Fire emissions estimates in Siberia: Evaluation of uncertainties in area burned, land cover, and fuel consumption / E.A. Kukavskaya, A.J. Soja, A.P. Petkov, E.I. Ponomarev, G.A. Ivanova, S.G. Conard // Canadian Journal of Forest Research. - 2013. - Vol. 43(5). - P. 493506. doi: 10.1139/cjfr-2012-0367.
Soja, A.J. Estimating fire emissions and disparities in boreal Siberia (1998 through 2002) / A.J. Soja, W.R. Cofer, H.H. Shugart, A.I. Sukhinin, P.W. Stackhouse, D.J. McRae, S.G. Conard // Journal of Geophysical Research. - Vol. 109 (D14). - D14S06. doi: 10.1029/2004JD004570. - 2004.
