Лесные пожары и их роль в формировании и развитии лесных биоценозов в пойменных лесах степной зоны

Лесные пожары и их роль в формировании и развитии лесных биоценозов в пойменных лесах степной зоны

Е.Г. Щеглова, аспирантка, Оренбургский ГПУ;

Ю.М. Нестеренко, д.г.н., ОНЦ УрО РАН;

В.М. Шабаев, директор, Оренбургский лесхоз

Леса занимают значительную площадь среди всех наземных экосистем. На долю России приходится около 44%. В них сосредоточено более половины мирового разнообразия видов флоры и фауны [1].

Доля лесов в Оренбургской области составляет всего около 4%, поэтому проблема их сохранения и восстановления является весьма актуальной.

Цель исследования заключается в изучении влияния пожаров на лесные биоценозы.

В соответствии с заданной целью выдвинуты следующие задачи:

1) проанализировать пожарную обстановку в мире, России и Оренбургской области;

2) рассмотреть виды пожаров и характер их воздействия;

3) определить воздействие пожаров на древесную и травянистую растительность и их восстановление после пожаров на территории Оренбургской области.

Материалы и методы. Исследования проводили на территории Комсомольского участкового лесничества Оренбургского лесхоза.

Результаты и обсуждение. Пожар является одним из наиболее интенсивных природнотехногенных факторов, воздействующих на растительный покров наряду с температурным режимом, освещённостью, увлажнением и эда-фическими условиями. Пожары, повторяющиеся неоднократно на определённой территории, в современном природопользовании оцениваются как экзогенный локально-катастрофический фактор, ведущий к трансформации природных экосистем.

Лесные пожары ежегодно наносят громадный ущерб окружающей среде. Помимо уничтожения древесины и сокращения численности животного мира, а также затрат на восстановление лесов, пожары сопровождаются выбросами в атмосферу продуктов горения — различных канцерогенных веществ (аэрозолей, парниковых газов), токсичных соединений, сильнодействующих ядовитых веществ, крайне отрицательно влияющих на здоровье и жизнь людей. Оседая на подстилающую поверхность, токсиканты загрязняют реки, водоёмы и почву [2].

Степная зона является одним из основных биомов суши, зональные особенности кото-

рых складываются прежде всего под влиянием климатических факторов. Эта зона отличается наиболее тёплым и сухим климатом, более плодородными почвами. Баланс влаги резко отрицательный, периодически повторяются засухи, бывают суховеи и пыльные бури, поэтому для степей характерно наличие большого количества эфемеров и эфемероидов среди видов растений, а многие животные этой зоны приурочены к сезонному образу жизни, впадая в спячку в засушливое и холодное время года. Сухой климат способствует возникновению степных и лесных пожаров.

Одним из основных факторов, определяющих зональную пространственно-временную динамику экосистем, являются пожары.

Пожар — стихийное, неконтролируемое распространение огня. Он наносит урон естественной среде (растительному покрову и животному миру), может представлять опасность для людей и объектов экономики [3].

Часто пожар, возникший в степи, может распространяться на участки близлежащих лесов.

Причиной пожаров в 95% случаев, по мнению ряда учёных, является человеческий фактор [3, 4].

Лесные пожары наносят серьёзный ущерб в различных регионах мира, в том числе и в Оренбургской области. Анализ пожарной обстановки в лесах стран Европы, России и Оренбургской области представлен в таблице 1.

Как видно по таблице, из представленных стран в России самая большая площадь лесов от общей площади страны, но по площади пожаров Россия занимает последнее место из 6 стран. В Оренбургской области при малой лесистости лесными пожарами в среднем за год охватывается 210 га, что составляет всего 0,03% от площади лесного фонда. Это значительно меньше, чем в странах Европы и в целом по России. Однако пожары довольно частое явление для Оренбургской области.

Лесные пожары подразделяются на низовые, почвенные и верховые.

В зависимости от скорости распространения пожары подразделяются на слабые, средние и сильные (рис.).

Низовой пожар распространяется по нижним ярусам лесной растительности. Горит лесной опад, состоящий из мелких ветвей, коры, хвои, листьев, лесная подстилка, сухая трава, живой напочвенный покров из трав, мхов, мелкий подрост и кора в нижней части древесных стволов [5].

1. Характеристика лесного фонда и пожарной обстановки в странах Европы и Оренбургской области

Страна, регион Площадь лесов, млн га % от площади страны Площадь пожаров от общей площади лесов в среднем за год, %

Франция 15,6 28,5 0,18

Германия 10,7 31 0,01

Испания 28,2 36,6 0,8

Италия 11 33,8 1,1

Греция 6,5 28,9 0,7

Россия 886,5 47,4 0,2

Оренбургская область 0,7 4,6 0,03

Рис. - Типы лесных пожаров и их характеристика

При низовом типе пожара сгорают растения, образующие нижние ярусы леса (кустарниковый, травяной и моховой покров). При этом деревья и отчасти высокие кустарники обычно остаются на месте пожарища почти не повреждёнными. Однако деревья с поверхностно расположенной корневой системой могут пострадать в результате действия высоких температур на почвенные горизонты. В травяных и травяно-кустарниковых фитоценозах пожары в основном низовые. На кроны они переходят только при сильном ветре и низкой влажности надземных частей деревьев. Низовые пожары могут быть беглыми и устойчивыми. Беглые пожары распространяются с большой скоростью и чаще наблюдаются весной после высыхания травянистой растительности, лесной подстилки и поверхности почвы. Горение продолжается короткое время, при этом не повреждаются живые ткани коры и древесины. 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 [6].

Почвенный пожар развивается в результате «заглубления» огня низового пожара в подстилку и торфяной слой почвы. Почвенные пожары подразделяются на подстилочно-гумусный, при котором горение распространяется на всю

толщину лесной подстилки и гумусного слоя, и подземный, или торфяной, при котором горение распространяется по торфянистому горизонту почвы или торфяной залежи под слоем лесной почвы. При таком пожаре сгорают корни, деревья вываливаются и падают, как правило, вершинами к центру пожара.

Верховой пожар распространяется по верхним ярусам лесной растительности (горят кроны деревьев). Возникновение и развитие верховых пожаров происходит от перехода огня низовых пожаров на кроны хвойных древостоев с низ-коопущенными ветвями, в многоярусных, с обильным подростом, насаждениях, молодня-ках. Верховым пожарам наиболее подвержены хвойные молодняки, заросли кедрового стланика и дуба кустарниковой формы. Возникновению верховых пожаров в значительной степени способствуют засухи и сильные ветры.

Анализ статистических данных за период с 1999 по 2011 г. показал, что большинство пожаров, зарегистрированных на территории Оренбургской области, относится к низовым.

При проведении исследований уровня жизненности и поливариантности развития особей при пожаре использовали 3-балльную шкалу глазомерной оценки жизненности растительности, предложенную А.И. Шивороковым, В.П. Воротниковым и А.К. Ибрагимовым [7] и уточнённую нами:

1) нормальная жизненность (Н) — особи находятся в хорошем состоянии, имеют нормальное развитие для растений данного возраста;

2) пониженная жизненность (ПН) — наблюдается некоторая ущербность в жизненном состоянии, очевиден некоторый сбой нормального хода онтогенеза, однако в целом имеется достаточно большая вероятность дальнейшего развития особи;

3) низкая или сублетальная жизненность (НЗ) — особь находится в сильно угнетённом состоянии и имеется большая вероятность гибели. У деревьев возможен переход в торчкообразное — квазисенильное состояние, представляющее собой состояние относительного покоя, из которого возможен выход при снятии стрессовой ситуации.

Нашими исследованиями низового лесного пожара в августе 2010 г. на площади 100 га в квартале № 5 Комсомольского участка Оренбургского лесничества выявлено, что пожаром было повреждено 90—95% деревьев. У 60% деревьев (в основном у populus alba — тополя серебристого 70-летнего возраста) повреждение коры общей толщиной 4—5 мм прогоранием произошло на глубину 2—3 мм. Верхняя часть их корневой системы низовым пожаром повредилась на 50—60%. В результате низового пожара на этих деревьях весной следующего года отсутствовала зелёная поросль или было отмечено её незначительное наличие, и они имели низкий уровень жизненности.

30% деревьев исследуемого древостоя повреждены в меньшей степени (прогорание коры было на глубину 1—1,5 мм, т.е. менее чем на 50% её толщины). При этом на повреждённой огнём стороне у деревьев в следующем, 2011 г. не наблюдался рост побегов, а на противоположной, не повреждённой огнём стороне, на высоте 1,5—2 м наблюдался существенный рост новых веток с листьями. В 2012 г. на этих деревьях повреждённая сторона так и не восстановилась, а со стороны, где огонь не коснулся деревьев, наблюдался прирост веток, но менее интенсивный, чем у не повреждённых огнём деревьев.

На исследуемом участке осталось всего около 5% деревьев с нормальной жизненностью.

На фоне спада жизнедеятельности деревьев тополя серебристого, вяза гладкого, тополя чёрного, охваченных пожаром 2010 г., под повреждённым древостоем в 2011 г. наблюдался существенный прирост подлеска, состоящего в основном из клёна ясенелистного. Высота подлеска колебалась от 70—80 см до 150—200 см. Это объясняется тем, что клён ясенелистный неприхотлив к почвенным условиям, но лучше растёт на хорошо освещённых местах с плодородными свежими почвами. Клён ясенелистный очень активен и подвижен, обладает высокой

скоростью роста и устойчив к загрязнению воздуха; распространяется самосевом в окрестностях городов и посёлков сначала на нарушенных местах, но вскоре внедряется и в природные сообщества, сорничает. Процесс расселения идёт сравнительно быстро, так как в стадию плодоношения он вступает уже в возрасте 6—7 лет и смена его поколений происходит быстрее, чем у других видов деревьев. Клён ясенелистный недолговечен, живёт не более 80—100 лет, в уличных посадках не более 30 лет. Является очень зимостойким растением.

В 2012 г. молодые побеги клёна ясенелистного достигли в высоту от 2 до 2,5 м. Так как среди деревьев основным видом до пожара являлся тополь серебристый, то на основе вышеизложенного материала можно сделать вывод о том, что с изменением условий происходит смена видового состава. То есть пожар существенно повлиял на изменение видового состава исследуемой территории.

Наше исследование пожаров выявило низкую выживаемость лиственной древесной растительности после низовых пожаров. На исследуемом участке после низового пожара погибло более 50% деревьев.

Травянистая растительность в исследуемом древостое представлена urtica dioica (крапива жгучая), arctium tomentosum (лопух войлочный), taraxacum officinale (одуванчик полевой), отмечено наличие молодых побегов rubus caesius (ежевика сизая).

Для исследования влияния низового пожара на травянистую растительность заложены три варианта опыта:

№ 1. Контрольный участок древостоя, не повреждённый пожаром;

№ 2. Участок древостоя на границе воздействия пожара;

№ 3. Участок древостоя полностью затронут пожаром.

На каждом варианте закладывалось по три учётные площадки размером 50х50 см для отбора растительной массы. Результаты учёта растительности на учётных площадках представлены в таблице 2.

Анализ данных таблицы показывает, что пожар 2010 г. существенно повлиял на растительность и на лесную подстилку. В 2011 г. на тех участках, которые существенно были охвачены пожаром, наблюдается значительно меньшее количество биомассы.

В 2012 г. наблюдается более интенсивный рост травянистой растительности по сравнению с 2011 г., количество биомассы на пожарных участках превышает количество биомассы на участках, которые не были подвержены действию пирогенного фактора. Это происходит вследствие того, что пожар уничтожил много-

2. Количество биомассы травянистой растительности в первый и второй годы после пожара, г/м2

Вариант опыта 2011 г. 2012 г.

влажная биомасса сухая биомасса влажная биомасса сухая биомасса

1 19,8 6,2 21,3 13,5

2 13,1 4,2 14,9 7,0

3 7,8 3,2 31,2 23,8

летнюю мёртвую биомассу, а гибель древесной растительности значительно увеличила освещённость под пологом леса, создав более благоприятные условия для интенсивного роста молодых побегов трав.

Следовательно, пожар воздействует на интенсивность роста травянистой и древесной растительности неодинаково. Исследования, проведённые в рассматриваемом районе Оренбургской области, выявили усиление роста травянистой растительности и угнетение древесной растительности на пройденных пожаром участках. В результате пожара уничтожен многолетний отмерший слой травянистой биомассы, поэтому новые побеги трав стали расти более интенсивно. Деревья после пожара находятся в стадии низкой или сублетальной жизненности, или в стадии пониженной жизненности.

Заключение. Лесные пожары являются довольно частым явлением и наносят серьёзный ущерб в различных регионах мира, в том числе в России и Оренбургской области.

Из всех видов лесных пожаров их большинство приходится на низовые пожары. Пожар воздействует на интенсивность роста травянистой и древесной растительности неодинаково. Деревья после пожара находятся в стадии низкой или сублетальной жизненности, или в стадии пониженной жизненности. Травянистая растительность и подлесок в результате увеличения освещённости растут более интенсивно, создавая большую биомассу

Литература

1. Брюханов А.В. Экологическая оценка состояния лесов в Сибири // Устойчивое лесопользование. 2009. № 2. С. 21—31.

2. Потемкин В.Л., Макунин В.Л. Загрязнение ландшафтов в котловине озера Байкал при лесных пожарах // География и природные ресурсы. 2007. № 4. С. 60—63.

3. Вакуров А.Д. Лесные пожары на Севере. М., 1975. С. 10.

4. Коровин Г.Н., Зукерт Н.В. Влияние климатических изменений на лесные пожары в России // Климатические изменения: взгляд из России / под ред. В.И. Данилова-Данильяна. М.: ТЕИС, 2003. С. 69-98.

5. ГОСТ 17.6.1.01-83 Охрана природы. Охрана и защита лесов.

6. Ильина В.П. Пирогенное воздействие на растительный покров // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2011. Т. 20. № 2. С. 4-30.

7. Шивороков А.И., Воротников В.П., Ибрагимов А.К. Изучение ценопопуляций растений. Н. Новгород, 1994. С. 142-143.