Послепожарная динамика почвенно-растительных ресурсов Лапландского государственного заповедника

ПОСЛЕПОЖАРНАЯ ДИНАМИКА ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ЛАПЛАНДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА

Нешатаев М.В.

According to the nature of plant community and dynamic characteristics forest and non-forest vegetation are divided into 3 association series which differ in moss-lichen ratio with time since last fire more than 20 years. This information means a possible direction of post-fire succession from lichen pine forests to moss spruce forests.

Объектами исследования являются Пиренгское и Чунозерское лесничества Лапландского государственного биосферного заповедника, расположенные между 67039' и 68005' с.ш. и между 31044' и 32044' в.д. Высота над уровнем моря составляет от 130 до 1114 м. Ранее в 1987 г. экспедицией ботанического института РАН была заложена серия постоянных пробных площадей (111111), размером 0,25 га, на расстоянии 200 метров друг от друга на протяженности 8,5 км. В 2006-07 годах на них были проведены повторные описания. Были замерены следующие кадастровые показатели почвенно-растительных ресурсов заповедника: сумма площадей сечений деревьев, высота и диаметр деревьев по элементам леса, возраст деревьев, количество подроста по породам и группам высот, флористический состав подчиненных ярусов и проективное покрытие каждого вида, мощность подстилки или торфа (А0, Т), гумусового (Ai), гумусово- оподзоленного (AiA2), подзолистого (А2) горизонтов, гранулометрический состав, степень каменистости (завалу-ненности), мощность иллювиального горизонта (В), глубина и наличие признаков оглеения в разрезе. Таксационные показатели определялись стандартными методами, применяемыми при лесоводственных исследованиях.

При обработке полевых данных применена методика автоматического картографирования растительности [3]. Использованы космические снимки Landsat-7, полученные в дневное время в июле 2005 г. при безоблачной погоде, разрешение космоснимка - 30 м. Для выявления значений коэффициента спектральной яркости (КСЯ) изображений различных диапазонов, соответствующих определенным показателям растительности и условиям местообитания, осуществляли привязку точек наземных описаний растительности к космическим снимкам. На основании дешифрирования космических изображений была составлена геоботаническая карта, разработана геоинформационная система (ГИС) для ключевого участка на землях Лапландского заповедника, проведен сравнительный анализ таксационных, почвенных и геоботанических данных, полученных на 111 ключевого участка в 2006-2007 и 1986-1987 годах.

Картографирование растительности и последующий подсчет площадей по контурам показали, что на исследуемой территории заповедника преобладают лесные насаждения, занимающие более половины площади. Среди них

преобладают ельники, на втором месте по площади находятся сосняки, а на третьем - березняки (табл. 1).

Таблица 1-Площадь объекта исследований по категориям земель и лес-

ным формациям

Категории земель и лесные формации Площадь

га %

1. Сообщества лесного пояса, всего: 85244 52.9

в том числе: ельники 40009 24.8

сосняки 27268 16.9

березняки 17967 11.1

2. Пустоши на гарях 762 0.5

3. Болота 10522 6.5

4. Горные тундры и березовые криволесья 56503 35.0

5. Озера и реки 8079 5.0

6. Дороги, строения 143 0.1

В лесном поясе по соотношению лесных формаций выделено четыре ландшафта: северный березово-еловый предгорный; западный еловый предгорный; центральный сосновый; восточный равнинный еловый. Сопоставление карт растительности и истории пожаров методом ГИС показало, что преобладание сосны и берёзы в насаждениях связано с участками, пройденными пожарами. Еловые леса встречаются на участках, где не было пожаров, или их давность более 300 лет.

В ходе исследования было установлено, что основным типом динамики растительности в заповеднике являются восстановительные сукцессии в насаждениях, пройденных низовыми пожарами и на гарях повальных пожаров. В табл. 2 приведено сравнение результатов обследования компонентов леса на 1111 в 1987 и в 2006 г. Пробные площади объединены в три группы по стадиям послепожарной восстановительной динамики. Стадии определяются типами лесорастительных условий, которые в свою очередь обусловлены давностью пожара, т.е. количеством лет, прошедших с момента последнего пожара. На всех 1111 наблюдалось снижение абсолютной полноты сосны старшего поколения за счет его древесного отпада, составившего по числу стволов 0,9-1% в год и незначительное увеличение среднего диаметра при недостоверном изменении средней высоты. Для младшего поколения сосны характерно увеличение средней высоты и суммы площадей сечений за счет увеличения среднего диаметра и незначительного отпада по числу стволов (0,1-0,6% в год). Отмечено незначительное колебание численности подроста разных пород, увеличение его средней высоты.

На ППП, исследованных в 1987 г. стадиями СЬайта атЪтсиЫ-гап^/еппа, С1айта 81е11ап8, достоверно увеличилась мощность А0, Л1Л2, увеличилось покрытие С1аЖпа яХеПатгя, Р!еыго21ыт ясИгеЪеп, уменьшились мощность Л2, покрытие трубчатых и бокальчатых кладоний (С^ота сотпШа, С. ЪотеаНя), С. ыпааИя, Ро1уХпсИыт рШ/егыт. Для стадии Р1еигв1шт

- С. 81е11ап8 отмечено увеличение роли мхов, в основном, Pleurozium schreberi.

Таблица 2 - Средние значения и стандартные ошибки показателей почв и

растительности

Показатели Стадия восстановительной динамики

СЫМпа агЬтеШа-С. га^1/еппа СЫМпа stellaris РЫигогшш — С. stellaris

Годы наблюдений

1987 2006 1987 2006 1987 2006

Давность пожара, лет 60 80 110 130 130-190 150-210

Мощность почвенных горизонтов, см

Ао 1,2±0,1 1,6±0,1 2,9±0,1 3±0,1 3,4±0,2 3,2±0,1

А1А2 0,4±0,1 1,4±0,1 1,9±0,1 2,3±0,1 1,9±0,2 2,3±0,2

А2 5,8±0,4 4,4±0,3 4,8±0,3 4,3±0,3 7,7±0,5 6,8±0,4

Древесный ярус

Сосна: А, лет 220±10 240±10 220±15 240±20 220±10 240±15

Сосна: Н, м 16,5±1 16,8±1 16,2±1 18,9±1 15,5±1 16,6±1

Сосна: D, см 36,3±14 38±14,4 44,4±17 46,3±18 38,3±15 40±15,4

Сосна: G, м /га 3,5±1,4 3,1±1,2 4,7±0,6 4,1±0,5 4±0,5 3,5±0,5

Сосна: А, лет 55±5 75±5 105±10 125±10 80±5 110±10

Сосна: Н, м 7±0,5 10,4±1 13,6±1 14,7±1 8,3±0,9 11,4±1

Сосна: D, см 16,1±3 19±3,4 22,6±4 25±4,5 14,3±3 18±3,3

Сосна: G, м2/га 3,4±0,9 4,6±1,2 6,7±1,7 7,3±1,8 6,8±2,6 9±3,4

Берёза: А, лет 55±0 75±0 105±0 125±0 90±0 110±0

Берёза: Н, м 6±0,3 7±0,3 14±2 16±2,2 7±0,6 9,4±0,7

Берёза: D, см 6,5±0,6 9,5±0,8 18±2,3 21±2,7 12±2,6 15,4±3

Берёза: ^ м2/га 0,1±0,05 0,2±0,05 0,1±0,05 0,1±0,05 0,8±0,2 0,4±0,1

Ель: А, лет - - 105±5 125±5 105±15 125±15

Ель: Н, м - - 6,5±0,9 9,3±1,3 6±0,3 7,3±0,3

Ель: D, см - - 7,3±1,2 11,7±2 7,5±1,7 10±2,3

Ель: G, м2/га - - 0,2±0,05 0,6±0,1 0,1±0,05 0,1±0,05

Подрост

Сосна: N тыс./га 8,6±0,2 7,9±0,1 4,2±0,1 4,3±0,1 5,6±0,2 5,0±0,1

Сосна: Н, м 0,1±0,05 0,3±0,1 0,3±0,1 0,4±0,1 0,2±0,1 0,4±0,1

Ель: N тыс./га - 0,1±0,05 0,4±0,1 0,6±0,1 1,2±0,1 1,1±0,1

Ель: Н, м - 0,1±0,05 0,3±0,1 0,4±0,1 0,2±0,1 1,1±0,1

Берёза: N тыс./га 0,9±0,1 1,7±0,2 0,1±0,05 0,1±0,05 4,7±0,2 0,8±0,1

Берёза: Н, м 0,8±0,1 1,3±0,1 0,3±0,1 1,5±0,1 0,4±0,1 1,1±0,1

Результаты исследований не подтверждают существующие представления ряда авторов [1] о том, что сосняки лишайниковые являются зональным климаксовым типом леса на дренированных песчаных почвах Лапландского заповедника. Установлено, что в северной тайге на склонах, плакорах, вершинах холмов с уровнем грунтовых вод более 1.5 м, почвы которых содержат от 2 до 11% фракций размером <0.01 мм, могут встречаться как лишайниковые сосняки, так и зеленомошные ельники [2,4]. Анализ полученных

данных показывает, что ель сменяет сосну, а зеленые мхи вытесняют лишайники.

Главной причиной развития лишайникового покрова является бедность почвы азотом и гумусом. Катастрофическое обеднение почвы азотом происходит в результате лесных пожаров. В результате сгорания лесной подстилки лесная экосистема теряет сотни килограммов азота на 1 га. Пожар сопровождается уменьшением транспирации и объема осадков, задерживаемых кронами поврежденного древостоя. Вследствие сгорания подстилки снижается влагоемкость почвы. Это приводит к усилению промывного режима и увеличению выноса органики и минерального азота за пределы корнеобитаемого слоя. Полная или частичная гибель древостоя снижает поступление органического вещества с опадом.

Конечная стадия послепожарной сукцессии - лес с сомкнутым еловым пологом и зеленомошным напочвенным покровом - развивается редко, т.к. лишайниковые леса особенно часто подвержены пожарам и обычно выгорают раньше, чем они успевают достичь конечной стадии сукцессии, о чем свидетельствуют средние значения числа пожаров в них и соответствующие периоды оборота огня.

Данные прямых наблюдений на пробных площадях в 1987-2006 гг. подтверждают полученные ранее косвенным путем выводы о закономерной смене видов лишайников зелеными мхами в ходе послепожарной сукцессии. Сукцессия восстановления растительности после пожаров на дренированных песчаных почвах может быть представлена в виде трех последовательных рядов, характеризующихся различной степенью нарушенности почв и растительности пожаром, соотношением мхов и лишайников. Эти три ряда объединяются в единый ряд, начинающийся с лишайниковых стадий и заканчивающийся зеленомошной климаксовой стадией темнохвойного леса.

Литература

1. Горшков В.В. Характеристики восстановления лесных экосистем после пожаров. // Докл. АН. 1993. Т. 333. № 6. -С. 811-813.

2. Лянгузова И.В., Меньшикова Г.П., Ярмишко М.А. Загрязнение почв // Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуострова. -Л.: БИН АН СССР, 1990. -С. 38-48.

3. Нешатаев В.Ю. (ред.). Растительность, флора и почвы Верхне-Тазовского государственного заповедника // Нешатаев В.Ю., Потокин А.Ф., Томаева И.Ф. Добрыш А.А., Чер-нядьева И.В., Потемкин А.Д., Егоров А.А. // -СПб: Государственный природный заповедник «Верхне-Тазовский», 2002. -164 с.

4. Переверзев В.Н. Лесные почвы Кольского полуострова. -М.: Наука, 2004. -232 с.