Пожары, как и другие экологические катастрофы, представляют собой вполне закономерный природный феномен, непреходящий эволюционно-экологический фактор [5], под воздействием которого формируются бореальные леса Евразии [2, 7]. Огонь 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 [6]. В последние десятилетия наблюдается увеличение продолжительности пожароопасного сезона, рост частоты пожаров и горимости лесов [9]. Увеличение активности пожаров может привести к усугублению их последствий [8]. Создаются иные условия, делающие актуальным осмысление последствий этих изменений в первую очередь в регионах, отличающихся наиболее высокой степенью горимости.
Территория Нижнего Приангарья вызывает первоочередной интерес тем, что здесь, несмотря на интенсивные рубки, все еще сосредоточены основные массивы эксплуатационных лесов Красноярского края. Климатические и лесорастительные условия обуславливают высокую пожарную опасность, а нарастание в последнее время доли не покрытых лесом земель и усиленные засухи приводят к увеличению длительности пожароопасного сезона, росту частоты пожаров и горимости лесов.
Целью работы являлось определение закономерностей воздействия пожаров на процесс лесообразования светлохвойных насаждений Нижнего Приангарья.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате исследований установлено, что ход лесообразовательного процесса светлохвойных насаждений в Нижнем Приангарье определяется экологическими требованиями пород, характеристиками грунта и почвы, степенью антропогенной нагрузки. Значительное воздействие оказывают повторяемость пожаров и их характеристики.
Для Нижнего Приангарья характерно нарастание площадей нарушенных участков лесных земель в результате лесоэксплуатации, биотических факторов и пожаров. Захламленность вырубок, гарей и шелкопрядников приводит не только к увеличению степени горимости, но и возрастанию отрицательных последствий воздействия огня, до полного отсутствия возобновления на прогоревших площадях. В текущий период имеется отчетливая тенденция к росту частоты пожаров, а следовательно, и их повторяемости (до ежегодных) на площадях бывших гарей и вырубок. Основным виновником возникновения пожаров в освоенной части района, характеризующейся наибольшей степенью нарушенности и высокой частотой пожаров, является человек. В этой части района преобладают участки лесных земель с травяным покровом, и пик горимости приходятся на весенний период. В менее освоенной части района преобладают зеленомошные насаждения, имеющие повышенную пожарную опасность в летний период, и причиной большинства пожаров является грозовая деятельность. В Нижнем Приангарье на долю пожаров от молний приходится до 40–45 % от всех пожаров [3].
В районе наблюдается приуроченность лесных формаций и типов леса к определенным элементам рельефа и условиям местопроизрастания. Данные факторы в первую очередь определяют структуру и состав фитоценозов; и в комплексе влияют на возникновение, развитие пожаров и на их последствия – до формирования самостоятельных фаций с особыми рядами сукцессий. Коренными местами обитания сосны являются приречные береговые песчаные валы и повышенные элементы рельефа с песчаными почвами. Лиственница приурочена к более пологим элементам рельефа со свежими и влажными суглинистыми почвами, встречается она и на переувлажненных почвах в логах, совместно с темнохвойными породами, и на болотах. Закономерности разграничения насаждений в пределах ландшафта ранее были описаны Л.В. Поповым (1982) [4], А.И. Бузыкиным и Л.С. Пшеничниковой (1985) [1]. Отмечается более высокая степень горимости, характерная для насаждений, приуроченных к сухим условиям местопроизрастания, и участков со значительной степенью нарушенности. Степень повреждения древостоев, успешность естественного возобновления и последующего формирования насаждений определяются типом условий местопроизрастания (ТУМ), типом леса, местоположением участка, характеристикой насаждений и нарушенных лесных земель, а также видом, формой, силой и повторяемостью пожаров.
В целом результаты исследований свидетельствуют о том, что степень повреждения древостоев после пожаров возрастает с увеличением богатства и увлажненности почв. Данная закономерность связана с нарастанием запасов горючих материалов и, соответственно, с увеличением силы пожаров, с более длительным воздействием огня. После пожаров в составе древостоев увеличивается доля светлохвойных пород за счет большего отпада темнохвойных и мелколиственных. В высокополнотных древостоях вследствие повышенной влажности напочвенного покрова сила пожара снижается, чаще – до слабой.
Тип условий местопроизрастания А0, А1 – почвы песчаные очень сухие и сухие. В боровых экотопах на сухих песчаных почвах (на аллювиальных песках и повышенных элементах рельефа) произрастают сосняки лишайниковые и мертвопокровные IV–V классов бонитетов. Насаждениям свойственна высокая природная пожарная опасность и, как следствие, частая повторяемость пожаров. Пожары могут возникать в течение всего сезона, но из-за небольшого запаса напочвенных горючих материалов они чаще имеют беглую форму и не наносят значительного вреда древостоям. Однако после сильных пожаров отпад от запаса составляет 75 %. Возобновление происходит без смены пород. Благонадежного подроста зачастую недостаточно для успешного возобновления. Сукцесионные ряды восстановительные коротко-производные.
Насаждения лишайниковой группы типов леса представлены чистыми сосновыми древостоями IV–V класса бонитета. Запас стволовой древесины во взрослых древостоях в основном не превышает 200 м3/га. Спелые древостои чаще средне- и низкополнотные. Подлесок, как правило, отсутствует. Подрост представлен сосной, чаще неблагонадежной. В напочвенном покрове – лишайники рода кладония. После воздействия пожаров насаждения переходят в мертвопокровные, тип гарей также мертвопокровный. В случае возникновения пожаров в молодых и средневозрастных насаждениях древостои погибают. Однако хвойные молодняки, имеющие большую густоту, предохраняют себя от пожаров. В сосновых молодняках и средневозрастных насаждениях, часто перегущенных, в результате естественного отбора происходит интенсивный отпад ослабленных деревьев. При возникновении пожаров во взрослых насаждениях отпад в древостоях незначителен. Взрослые сосновые насаждения, приуроченные к этим условиям местопроизрастания, как правило, неоднократно подвергались воздействию пожаров, вследствие этого в их составе имеется большое количество ослабленных деревьев. После воздействия огня наблюдается интенсивное поселение соснового подроста с лучшими качественными характеристиками по сравнению с подростом под пологом длительно не горевших насаждений.
Тип условий местопроизрастания В1 – почвы супесчаные сухие. Сосняки брусничные и сухотравные, приурочены к сухим супесчаным почвам и произрастают на повышенных элементах рельефа. Класс бонитета – IV, возможно III. Древостои чистые сосновые, на более богатых почвах, с примесью лиственницы (до 5 %), чаще высокополнотные. В подлеске – шиповник, спирея, чаще единичный, иногда куртинный. В более сухих условиях на склонах южных экспозиций преобладает подрост сосны, на некоторых участках с примесью лиственницы. На теневых склонах в составе подроста возможно участие березы, на части участков – единично кедра. В отсутствии пожаров количество подроста незначительное. Пожары характеризуются, как правило, беглой формой, но в результате более длительного воздействия огня степень повреждения деревьев после пожаров слабой и средней силы выше, чем в древостоях на песчаных почвах. Однако после сильных пожаров степень повреждения древостоев меньше, чем в условиях произрастания А0, А1. Воздействие огня стимулирует лесовозобновление. При сохранении древостоем после пожара высокой полноты наблюдается куртинное размещение подроста, его приуроченность к «окнам» в пологе древостоя. Напочвенный покров не развит. Общее проективное покрытие от 5 до 20 %. После пожаров тип леса мертвопокровный, отмечается снижение запасов опада и подстилки. Спелые насаждения неоднократно подвергались воздействию пожаров, в древостоях большое количество ослабленных деревьев.
В целом на сухих бедных почвах возобновление гарей и пожарищ происходит без смены пород. При поселении достаточного количества подроста и формировании густых молодняков, они не подвергаются высокоинтенсивным низовым пожарам, и если в них не развиваются верховые пожары, то формируются насаждения достаточно устойчивые к воздействию огня. В этом случае сукцесионные ряды восстановительные коротко-производные.
Вместе с тем после низовых пожаров до средней силы довольно часто наблюдается сохранение групп и куртин подроста и самосева, что более характерно для моховых групп типов леса. Зачастую выживает подрост, произрастающий в пониженных элементах нанорельефа. Выживание подроста в этом случае можно объяснить большей влажностью напочвенного покрова и приуроченностью к переувлажненным условиям долгомошника. В сухих условиях местопроизрастания, со свойственной им частой повторяемостью пожаров, формирование густого подроста предохраняет формирующиеся сосняки от возникновения пожаров и их гибели в молодом возрасте. Небольшие запасы напочвенных горючих материалов и более заглубленная корневая система древостоев обуславливает устойчивость насаждений к огневому воздействию.
Вырубки и другие не покрытые лесом участки земель, ложбины в сухих условиях местопроизрастания зарастают практически чистыми сосновыми молодняками с небольшой примесью лиственницы.
Тип условий местопроизрастания В2, В3, С2, С3 – почвы супесчаные и суглинистые свежие и влажные. К данным условиям местопроизрастания приурочены зеленомошные и травяные серии типов леса. Древостои, как правило, смешанные, с преобладанием светлохвойных пород и характеризуются более высокими классами бонитета (II–IV). Полнота спелых древостоев варьирует от 0,6 до 1,0, но чаще встречаются высокополнотные древостои, запас их может превышать 300–400 м3/га. Основные площади вырубок и, как следствие, гарей приходятся на участки лесных земель, приуроченных к данным условиям, и в освоенных частях района им свойственна наибольшая степень нарушенности. Разнотравные типы леса в районе обычно являются производными от моховых (чаще – зеленомошных) в результате пожаров и рубок. В насаждениях в подлеске встречаются шиповник, спирея, рябина, ольха и другие породы. На гарях в составе подлеска появляется ива козья. Напочвенный покров, как правило, имеет 100 % проективное покрытие, представлен зелеными мхами, осоками, разнотравьем, отдельными видами крупнотравья, из кустарничков встречаются брусника и голубика. У приствольных кругов может формироваться мертвопокровный покров. После пожаров исчезают зеленые мхи. В разнотравных типах леса травяной покров часто двухъярусный с 80–100 % покрытием.
В районах, характеризующихся наибольшей антропогенной нагрузкой, нарушенным участкам свойственна высокая горимость и частота пожаров. Повторяемость пожаров может быть и ежегодной.
Последствия пожаров в зеленомошных и травяных типах леса наиболее многовариантны вследствие их широкого экологического ареала. Возможны различные варианты сукцессионных процессов. Восстановительные ряды – от дигрессивных – до восстановительных (от длительных – со сменой хвойных пород на мелколиственные, до кратковременных – без смены пород).
Степень повреждения древостоев зависит от характеристик пожара, в значительной степени определяющихся периодом пожароопасного сезона.
В зеленомошной серии типов леса пожары возникают чаще летом и имеют устойчивую форму. После сильных устойчивых пожаров наблюдается практически полная гибель древостоев и вывал деревьев из-за прогорания поверхностных корневых систем. Гарям характерна большая степень захламленности, что увеличивает пожарную опасность, а при последующих пожарах усугубляет и их отрицательные последствия. Вследствие значительного запаса мертвой древесины гари длительное время прослеживаются по данным спутниковой съемки.
Насаждения разнотравной серии типов леса приурочены к участкам с наибольшей степенью освоенности и высокой горимостью и частой повторяемостью пожаров. Пики горимости на участках с травяным покровом наблюдаются в весенний период, пожары чаще беглые, и древостои повреждаются в меньшей степени. На открытых участках, представленных травяными типами, в первую очередь – вейниковыми, где в связи с высоким запасом травяной ветоши пожары возможны и в летний период.
Успешность возобновления определяется рядом факторов. В их числе: принадлежность участка к определенным условиям местопроизрастания; тип леса или гари (вырубки), площадь нарушенного участка; количественные и качественные характеристики опада и подстилки; видовой состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова; давность пожара и его характеристики, повторяемость пожаров на данном участке.
Крупные гари представлены в основном вейниковым типом (более 60 %). На участках крупных гарей, а также на гарях по вырубкам процессы лесовозобновления затруднены, растянуты во времени, а после воздействия повторных пожаров возможна трансформация таких площадей в пустыри и переход участков из категории лесных – в нелесные. Если в составе насаждений присутствовали береза или осина, гари зарастают мелколиственными породами, которые создают благоприятные условия для поселения подроста хвойных пород. В дальнейшем хвойные породы выходят в основной полог и в составе средневозрастных древостоев участвуют все лесообразователи. Такие насаждения имеют высокую густоту и устойчивы к возникновению и развитию пожаров. На вырубках возобновление чаще происходит со сменой пород на мелколиственные. На вырубках, пройденных пожарами, если не происходит разрастания вейника, возобновление успешное с преобладанием светлохвойных пород, чаще – сосны.
В результате послепожарного лесовозобновления и зарастания вырубок в данных условиях местопроизрастания, светлохвойные насаждения, до пожара, как правило, сосново-лиственничные, переходят в разнотравную серию типов леса с преобладанием сосны.
Несмотря на то, что возобновление гарей и вырубок зачастую происходит мелколиственными породами, взрослые березовые и осиновые насаждения в районе представлены незначительно.
Тип условий местопроизрастания В4, В5, С4, С5 – почвы суглинистые сырые и мокрые. Насаждения долгомошной и сфагновой серии типов леса приурочены к почвам с избыточным увлажнением на пониженных элементах рельефа, как правило к логам и к болотам. В древостоях преобладают темнохвойные породы и лиственница. На таких участках наблюдается самая низкая горимость и частота пожаров, повторяемость воздействий огня составляет около 80 лет. Пожары возникают в летний период, характеризуются высокой силой и имеют устойчивую форму. Последствия пожаров по сравнению с другими условиями местопроизрастания наиболее отрицательны, чаще – до полной гибели древостоев. После низовых пожаров средней силы выживают, как правило, единичные деревья лиственницы и куртины темнохвойных пород, приуроченные к понижениям рельефа или произрастающие вблизи ручьев. Гари валежные, сильно захламленные.
В логах древостои, чаще разновозрастные, смешанные, III–IV класса бонитета. Древостои двухъярусные. Первый ярус древостоев представлен крупными перестойными лиственницами, второй ярус, как правило, густой, в нем доминируют темнохвойные породы, иногда встречается береза. На крупных перестойных лиственницах имеются следы нескольких пожаров.
Подлесок развит, в его составе встречается жимолость, смородина красная и черная, можжевельник, шиповник, рябина, бузина, спирея. Размещение подлеска равномерное, густота – средняя. На гарях в составе появляется ива козья и малина.
Проективное покрытие живым напочвенным покровом – 100 %. Отмечается достаточно сильно выраженная синузиальность живого напочвенного покрова, связанная, прежде всего, с изменением нанорельефа. Наиболее часто встречающиеся элементы – кочки, гряды. Проективное покрытие мхами составляет, как правило, 100 %. По повышениям рельефа – зеленые мхи, долгомошники и сфагновые мхи приурочены к понижениям рельефа. Из кустарничков преобладают голубика и багульник болотный, на части участков вблизи болот появляется кассандра. В составе встречаются плауны, осока, злаки, бадан толстолистный, звездчатка Бунге, подмаренник северный, чемерица и др.
Типы гарей – вейниковые, кипрейные, кипрейно-осочковые, кипрейно-хвощевые, на пожарищах разрастается осока, разнотравье, кустарнички.
В длительно не горевших насаждениях в составе подроста преобладают темнохвойные породы – ель, пихта, иногда значительную долю составляют мелколиственные. Если после пожара древостой выжил, то в составе подроста преобладает лиственница. При отсутствии задернения на гарях преобладает подрост пихты и мелколиственных пород, возобновление успешное. Однако значительная доля крупных гарей зарастает вейником, на таких участках подрост отсутствует или представлен единичными экземплярами березы.
Сфагновые, осоково-сфагновые и осоковые болота занимают в районе незначительные площади. Древесная растительность может состоять из редкостойных лиственниц V класса бонитета. В подлеске встречается ерник. На моховых болотах преобладают сфагновые мхи и долгомошники, по повышениям рельефа – зеленые мхи, из кустарничков может встречаться голубика и багульник болотный, кассандра, из трав – сабельник болотный, осоки и другие виды. На осоковых болотах проективное покрытие осокой составляет 100 %. В результате переувлажненности участков горимость и частота пожаров низкая.
В целом в Приангарском таежном районе отмечается связь в характере возникновения, распространения и развития пожаров и их последствий с почвенно-грунтовыми условиями (богатством и увлажненностью почв), с типами леса, а также со степенью антропогенной нагрузки. Наибольшая частота пожаров и горимость лесов характерна для насаждений, произрастающих в сухих условиях местопроизрастания и на участках со значительной степенью нарушенности. Негативные последствия после воздействия пожаров отмечаются в насаждениях на суглинистых почвах с достаточной и избыточной степенью увлажнения.
На участках крупных гарей и вырубок возможны необратимые процессы с длительными эколого-динамическими восстановительными сменами (дигрессивными сукцессиями), сопровождаемые развитием дернового процесса.
Представленные материалы свидетельствуют, что под воздействием пожаров в районе наблюдается сокращение площади лесных земель за счет трансформации крупных участков гарей в пустыри. Наблюдается тенденция наступления подзоны травяных подтаежных лесов на подзону южной тайги, отмеченная еще в 1982 году Л.В. Поповым. Это выражается в смене светлохвойных сосново-лиственничных и лиственнично-сосновых насаждений преобладающей зеленомошной группы типов леса на насаждения травяных типов леса с увеличением в составе доли сосны. Насаждения с преобладанием сосны переходят на пониженные и пологие, по сравнению с традиционными коренными, элементы рельефа.
Можно предположить, что смена зеленомошных и долгомошных групп типов леса на травяные является своеобразным природным механизмом сохранения лесных экосистем Приангарского таежного района в складывающихся условиях. Это связано с тем, что происходит сдвиг пика пожарной опасности с летнего периода на весенний, и чаще возникают беглые пожары, которые наносят меньший ущерб древостоям.
Кроме того, природным механизмом сохранения лесов является густое размещение молодых поколений насаждений, куртинное и групповое расположение молодняков, которое предохраняет их от возникновения лесных пожаров, а в отдельных случаях и от гибели при прохождении огня.
Рецензенты:Братилова Н.П., д.с.-х.н., профессор, заведующая кафедрой «Селекция и озеленение», ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», г. Красноярск;
Шевелев С.Л., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой «Лесная таксация, лесоустройство и геодезия», ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», г. Красноярск.
Работа поступила в редакцию 10.03.2015.