CC BY
11
УДК 582*475 + 630*431
ЗАПАС ХВОИ ПОДРОСТА КАК ГОРЮЧЕГО МАТЕРИАЛА В ЛЕСАХ КРАСНОЯРСКОГО ПРИАНГАРЬЯ
М.А. Софронов, А. В. Волокитина
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, e-mail: [email protected]
Приводятся данные о запасах хвои у экземпляров подроста сосны, ели, пихты, лиственницы и кедра в зависимости от их высоты. Это позволяет оценивать запас хвои подроста на гектаре по указанным в таксационном описании сведениям о составе, высоте и густоте подроста. Такая оценка необходима для уточненной пирологической характеристики насаждений при прогнозе поведения лесных пожаров. Оценивается реальное значение хвойного подроста как фактора при развитии низовых пожаров в верховые.
Ключевые слова: хвойный подрост, запас хвои, горючие материалы, низовые пожары, верховые пожары
Data on loads of needles for pine, spruce, fire, larch and Pinus sibirica saplings are given in relation to their height. This allows to estimate load of sapling needles per hectare by using forest inventory data on saplings composition, height and density. Such an estimate is necessary for more accurate pyrological description of tree stands during forest fire behavior prediction. The actual role of coniferous saplings is analyzed as a factor of surface fire development into a crown one.
Key words: coniferous saplings, load of needles, fuels, surface fires, crown fires
ВВЕДЕНИЕ
В России среди некоторых лесных пирологов распространено представление об исключительно важной роли, которую играет горение хвойного подроста при развитии низового пожара в верховой. Предлагается даже все участки хвойных насаждений с наличием хвойного подроста относить к первому классу природной пожарной опасности, в котором пожары недопустимы в связи с очень высокой вероятностью развития верховых пожаров. Во многих регионах Восточной Сибири суммарная площадь таких участков (вместе с участками хвойных молодня-ков и густых хвойных насаждений) может достигать 50 % и более (Михалев и др., 2006). Однако, известно, что по количеству верховые пожары составляют в России в среднем только 1,5 % (Лесная энциклопедия, 1986).
Какова действительная роль хвойного подроста в развитии лесных пожаров, зависящая от запасов его хвои и условий ее горения?
Аналитический обзор. Условия развития низовых пожаров в верховые наиболее изучены в канадской системе прогноза поведения пожаров (FBP). Этот блок создавался там на основе фактического материала, получаемого при экспериментальных верховых пожарах (Forestry Canada, 1992). Следует заметить, что в Канаде, как и в России, преобладают боре-альные леса. В результате экспериментов канадскими учеными было установлено, что возможность развития низового пожара в верховой зависит от трех факторов: 1) интенсивности кромки низового пожара, 2) высоты до крон и 3) влагосодержания хвои в пологе. Интенсивность кромки низового пожара, при которой начинают загораться отдельные кроны, названа критической. Главным фактором достижения критической интенсивности низового пожара является его повышенная скорость. Поскольку определять интенсивность очень сложно, введено понятие критической скорости низового пожара (при которой на данном
типе участка интенсивность становится критической). Установлено, что если скорость низового пожара превышает критическую скорость на 2 м/мин, то загораются до 40 % крон, на 5 м/мин - 70 %, на 10 м/мин -90 % крон. Следует отметить, что о роли горения хвойного подроста при развитии низовых пожаров в верховые в канадской системе вообще не упоминается. Для уточнения роли и значения хвойного подроста необходимо оценить, насколько может усиливаться низовой пожар за счет горения подроста. Это зависит, прежде всего, от его запаса хвои.
В 60-е годы прошлого столетия пирологи обратили внимание на увеличение количества верховых пожаров на северо-западе США. Это явление многие объясняли тем, что в результате активной и успешной лесопожарной охраны сосновых лесов в них произошло накопление больших запасов горючих материалов. Но в 1993 году на международной конференции в Красноярске пиролог Джейсон Гринли (Jason Greenlee), ученый и практик, работающий на северо-западе США, разъяснил причину. Оказывается, без пожаров там произошло изменение структуры насаждений, а именно, сформировался второй ярус из темнохвойных пород, что и послужило причиной участившегося развития низовых пожаров в верховые.
Какой запас сгорающей хвои может содержаться во втором темнохвойном ярусе?
Второй ярус принято выделять в тех случаях, когда совокупность более молодых деревьев имеет среднюю высоту не менее трети от высоты первого яруса (т. е. более 5-8 м) и сомкнутость полога (полноту) не менее 0,3. Имеется значительное количество работ с данными о запасах хвои в древостоях различных пород разного возраста. Часть этих данных (в том числе по ели и пихте) приводится в монографии В. А. Усольцева (1998). Сравнение и анализ данных показывают большие различия (более, чем в два раза) по запасам хвои в молодом возрасте (в древостоях высотой до 8 м) при полноте около 1,0. В среднем запасы хвои примерно следующие (табл. 1).
Таблица 1 - Запас хвои в еловых молодняках (по обобщенным литературным данным)
Относительная Высота древостоя, м
полнота 4 5 6 7 8
древостоя Запас хвои, т/га (в абсолютно сухом состоянии)
1,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
0,3 2,0 2,3 2,7 3,0 3,3
В таблице показаны также примерные запасы хвои при полноте 0,3. Следовательно, можно предполагать, что запас хвои у совокупности молодых деревьев, растущих под пологом, способствующий развитию верховых пожаров из низовых, должен превышать 2 - 3 т/га (0,2 - 0,3 кг/м2). Необходимо заметить, что анализируемые данные о запасах хвои относятся к нормальным насаждениям, которые произрастают на открытом месте, причем молодые деревья в них испытывают значительное взаимное угнетение, вызывающее дифференциацию по высоте и развитию. Это, безусловно, оказывает влияние на запасы хвои как в целом, так и очень значительное - у отдельных экземпляров. Очевидно, что запас хвои у экземпляров первого класса развития в насаждении будет выше, чем запас хвои у экземпляров точно такой же высоты, но четвертого класса развития в другом насаждении. Хвойный подрост под пологом леса произрастает в условиях затенения, а его густота, как правило, не столь велика, чтобы вызывать заметное взаимное угнетение и дифференциацию. Это обстоятельство должно влиять на запасы хвои. Литературные сведения о запасах хвои у подроста почти отсутствуют.
Имеются лишь данные И. П. Щербакова и В. М. Михалевой (1979) по Якутии. В описании одной из пробных площадей указано, что сосновый подрост при густоте 7 тыс.шт./га и высоте 2 м имел запас хвои и веток в абсолютно сухом состоянии 320 кг/га (т. е. в среднем 32 г/м2 ).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В таксационных описаниях выделов обычно указываются состав подроста, его высота и количество на гектаре. Желательно на основании этих характеристик иметь возможность судить о запасах хвои и возможном влиянии на развитие низового пожара в верховой.
Анализ характеристик хвойного подроста в таксационных описаниях Чуноярского участкового лесничества по профилю с севера на юг показал, что в темнохвойных и лиственных насаждениях чаще всего встречается еловый, пихтовый и кедровый подрост, причем преобладают следующие высоты: у елового подроста 1,5 - 2,5 м, у кедрового - 2,0 - 3,0 м, у пихтового - 2,5 - 4,0 м (табл. 2):
Таблица 2 - Средняя высота темнохвойного подроста, отмеченная в т аксационных описаниях Чунского лесничества
Древесная Средняя высота подроста, м Итого
порода 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
Количество случаев, %
Ель 4 8 22 22 18 14 9 3 100
Пихта 2 9 13 15 17 20 18 6 100
Кедр 1 6 13 26 22 16 13 3 100
В 2008 году мы провели в Приангарье на трех участках исследования по оценке запасов хвои у экземпляров подроста сосны (в сосняке брусничнолишайниковом), лиственницы (в сосняке с березой разнотравном), ели, пихты и кедра (в ельнике хвоще-во-зеленомошном). Оценивались средние запасы хвои (а также тонких веток до 3 мм толщиной) у экземпляров подроста по категориям высот. Методика работ состояла в следующем. На участке срубали 20 - 40 экземпляров подроста данной породы, измеряли параметры каждого экземпляра (высоту ствола, высоту до кроны, диаметр кроны и пр.), распределяли все экземпляры по категориям высот и рассчитывали средние параметры для срубленного подроста каждой категории. В каждой категории у подроста отрезали охвоенные части веток, объединяли их, взвешивали, отбирали в пакет средний образец, который потом разделяли на хвою и побеги (ветки) без хвои, взвешивали их, рассчитывали процент хвои в охвоенных ветках в сыром весе, а после высушивания образцов - их влагосодержание. Используя полученные данные, были рассчитаны по древесным породам средние запасы хвои и тонких веток для экземпляров подроста каждой высотной категории с определенными средними параметрами (табл. 3). Графический анализ полученных данных показал, что динамика запаса хвои
у экземпляров подроста в связи с их высотой является близкой у всех темнохвойных пород; то же самое наблюдается и у светлохвойных пород. Поэтому мы объединили данные по ели, пихте и кедру и данные по сосне и лиственнице и рассчитали зависимость запаса хвои на одном экземпляре подроста от его высоты отдельно для темнохвойных и отдельно для светлохвойных пород (рис.).
Высота подроста
Светлохвойные породы Темнохвойные породы
Рисунок - Запасы хвои в абсолютно-сухом весе (в граммах) у экземпляров подроста в зависимости от их высоты (в см)
Оказалось, что запас хвои у экземпляров подроста высотой 1-2 м темнохвойных пород в 4-6 раз больше, чем у такого же подроста светлохвойных пород, а при высоте подроста 3 м - больше в 2 раза. Судя по вышеупомянутым литературным данным
(Усольцев, 1998), запас хвои на отдельных деревцах в молодняках пихты примерно такой же, как определенный нами запас на экземплярах пихтового подроста той же высоты, а в молодняках ели и сосны этот запас почти в два раза выше.
Таблица 3 - Запас сгорающих растительных горючих материалов у экземпляров хвойного подроста по категориям высоты
Древесная, порода Высотные категории, м Средние параметры срубленных экземпляров по высотным категориям Запас на одном экземпляре в абсолютно сухом весе, г
вы- со- та, см высота до кроны, см протя- женно сть кроны, см диа- метр кроны, см воз- раст, лет хвоя побеги без хвои не ох-вен-ные ветки до 3 мм всего сгораю- щих РГМ
Сосна 0,5-1,0 77 23 54 32 12 8 5 1 14
Сосна 1,1-1,5 131 74 57 38 12 14 4 8 26
Сосна 2,1-2,5 233 115 118 47 18 47 18 15 80
Лиственница 2,1-3,0 241 32 209 86 15 85 80 15 180
Лиственница 3,1-4,0 352 41 311 105 15 109 85 11 205
Ель 1,1-2,0 145 82 63 100 42 65 24 22 111
Ель 2,1-3,0 225 105 120 134 43 132 54 39 235
Пихта 1,1-2,0 154 33 121 88 19 104 59 8 171
Пихта 2,1-3,0 245 101 144 151 31 160 100 73 333
Кедр 1,1-3.0 202 72 130 102 38 144 25 - 169
На основании установленной зависимости была составлена таблица для оценки запаса хвои подроста на одном гектаре (т/га) в связи с древесной поро-
дой, средней высотой и густотой (шт./га), которые указываются в таксационном описании выделов (табл. 4).
Таблица 4 - Запас хвои у подроста в зависимости от древесной породы, высоты и количества
Количество экзем- Высота подроста, м
пляров 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
подроста (шт./ га) Запас хвои у подроста ели, пихты и кедра, кг/га (в абс. сухом сост.)
100 2,8 5,6 8,8 11,6 16,4 20,7 31 42
500 14 28 44 58 82 104 155 210
1000 28 56 88 116 164 207 310 420
2000 56 112 176 232 328 414 620 840
3000 84 168 264 348 492 621 930 1260
4000 112 224 352 464 656 828 1240 1680
5000 140 280 440 580 820 1 040 1550 2100
6000 168 336 528 696 984 1242 1860 3360
7000 196 392 616 812 1148 1449 2170 2940
100 0,5 1,1 Запас хвои 1,9 у подроста сосны и лиственницы, кг/га 4,0 6,4 9,6 18 30
500 2,5 5,5 9,5 20 32 48 90 150
1000 5 11 19 40 64 96 180 300
2000 10 22 38 80 128 192 360 600
3000 15 33 57 120 192 288 540 900
4000 20 44 76 160 256 384 720 1200
5000 25 55 95 200 320 480 900 1500
6000 30 66 114 240 384 576 1080 1800
7000 35 77 133 280 448 672 1260 2100
Примечание: Запас тонких веток и побегов (до 3 мм толщиной) в процентах от запаса хвои составляет: у сосны, ели и
пихты - 30 - 40 %, у кедра - 20 %; у лиственницы - 60 %.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Таблица показывает, что запас хвои у подроста даже при высокой его густоте невелик. Например, при высоте подроста 2 м и густоте 5000 шт./га запас хвои у темнохвойного подроста составляет 580 кг/га (или около 60 г/м2 в среднем), а у светлохвойного подроста - всего лишь 200 кг/га (около 20 г/м2). Запас основного проводника горения на почве (слоя мхов, лишайников и опада), а также кустарничков и мелкого
валежника в сумме бывает обычно около 1 кг/м2. Следовательно, хвоя подроста может увеличивать этот запас (и интенсивность горения) на 3-6 % (с учетом мелких веток подроста - на 5-10 %), т. е. незначительно.
Запас хвои, превышающий 2 т/га (200 г/м2) у темнохвойного подроста может быть лишь при его высоте 4 м и густоте более 7 тыс. шт./га., у светлохвойного подроста - при густоте более 12 тыс. шт./га. Подобная густота подроста встречается очень редко.
Кроме запаса хвои, важную роль играют условия ее воспламенения при пожаре. Обследования пожарищ показывают, что хвоя в кронах подроста очень часто вообще не сгорает, а лишь желтеет или чернеет. Объяснить это можно тем, что в случаях, когда кроны подроста расположены выше уровня пламени кромки, они попадают в зону горячих газов над пламенем, где очень мало кислорода. Во время нагревания хвоя получает губительный ожог или даже обугливается, но не горит.
При сильных низовых пожарах с высотой пламени 1,5 м и более кроны хвойного подроста воспламеняются, но заметно усилить пожар не могут по причине малого запаса хвои. Значительное усиление низового пожара происходит в местах горения биогрупп и куртин крупного хвойного подроста; там горение может переходить в кроны соседствующих деревьев. Однако, горение крон отдельных деревьев нельзя расценивать как верховой пожар.
Обследования площадей после верховых пожаров убеждают, что развитие низовых пожаров в верховые, с распространением горения на полог древостоя происходит при значительном увеличении интенсивности низового огня, причем не в отдельных точках, а на достаточно широком участке фронта. Причиной такого усиления интенсивности низового огня является, чаще всего, вторжение ветра под полог древостоев на краях вырубок и прогалин, возле дорог, просек и разрывов, на участках с изреженными древостоями или подъем пожара по крутому склону. В таких местах хвойный подрост активно горит, усиливая низовой огонь.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что запас хвои как горючего материала у подроста различных пород сравнительно невелик, даже при значительной высоте и густоте подроста. Так у темнохвойного подроста при его высоте 2 м и гус-
тоте 5000 шт./га он составляет около 0,6 т/га (60 г/м2). Запас хвои у светлохвойного подроста в 2 -3 раза меньше.
Условия воспламенения хвои подроста при пожаре под пологом леса неблагоприятны, так как кроны подроста обычно оказываются в «бескислородной» зоне над пламенной кромкой пожара и поэтому не сгорают. Это подтверждают наблюдения на пожарищах.
Следовательно, существующее в России представление об очень важной роли хвойного подроста при развитии низовых пожаров в верховые явно преувеличено.
Роль хвойного подроста при развитии пожара может быть значительной при такой его высоте и густоте, когда он представляет собой, по сути, второй ярус.
Роль хвойного подроста в усилении пожара может быть значительной также на участках, где создаются благоприятные условия для воспламенения крон подроста, т. е. там, где под полог леса свободно вторгается ветер, или на крутых горных склонах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Лесная энциклопедия. Т. 2. - М.: «Советская энциклопедия», 1986. 632 с.
Михалев Ю. А., Ряполова Л. М., Борисов А. Н. и др. Принципы пирологической классификации земель лесного фонда с использованием лесных ГИС // Лесное хозяйство, 2006, № 2. с. 44 - 45.
Усольцев В. А. Формирование банков данных о фитомассе лесов. - Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 542 с. Щербаков И.П., Михалева В.М. Описание пробных площадей // Лесные пожары в Якутии и их влияние на природу леса.- Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1979. с. 11-20.
Forestry Canada, Fire Danger Group. Development and structure of the Canadian Forest Fire Behavior Prediction System. - Science and Sustainable Development Directorate. - Inf. Rep. ST-X-3. - Ottawa, 1992. 63 p.
Поступила в редакцию 16 марта 2010 г. Принята к печати 27 апреля 2011 г.
