Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Анализ динамики возобновления в горельниках сосняков для выявления оптимальных условий послепожарного лесовосстановления в Брянском округе зоны широколиственных лесов

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Анализ динамики возобновления в горельниках сосняков для выявления оптимальных условий послепожарного лесовосстановления в Брянском округе зоны широколиственных лесов"

На правах рукописи

Л)

ООЗОВЭЭ81

Шарыгин Александр Михайлович

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ В ГОРЕЛЬНИКАХ СОСНЯКОВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОСЛЕПОЖАРНОГО ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ В БРЯНСКОМ ОКРУГЕ ЗОНЫ ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ

06 03 03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск-2007

003069981

Работа выполнена на кафедре лесоводства

Брянской государственной инженерно-технологической академии Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор Иванов Валерий Павлович Официальные оппоненты

доктор сельскохозяйственных наук Усеня Владимир Владимирович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Смирнов Сергей Иванович

Ведущая организация Управление лесами Брянской области

Защита диссертации состоится «25» мая 2007 г в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212 019 01 Брянской государственной инженерно-технологической академии по адресу 241037, г Брянск, пр-т Станке Димитрова, д 3 Тел (4832) 74-05-74 Факс (4832) 74-60-08 E-mail bgitanis@onhne debiyansk ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной инженерно-технологической академии

Автореферат разослан «16» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Ткаченко А Н

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современная наука о лесе проявляет повышенный интерес К проблеме лесных пожаров не только для борьбы с ними Внимание лесоводов, почвоведов, геоботаников и экологов привлекает возможность глубокого познания биологической роли пожара в лесу В многообразии влияния пожаров на жизнь лесных сообществ, наряду с их отрицательными последствиями, отмечаются и позитивные стороны этого явления

По данным А В Тюрина (1925), в Брянском лесном массиве (БЛМ) на протяжении XVIII XIX вв после пожаров прошло несколько возобновительных волн самосева сосны Сейчас перед лесным хозяйством страны стоит задача выращивания высококачественной древесины за максимально короткий период Возросшее число лесных пожаров и уменьшение срока их повторяемости препятствует решению этой задачи Для скорейшего лесовосстановления после пожаров необходимо знать динамику естественного лесовозобновления Современные процессы демутации гарей в Брянском округе зоны широколиственных лесов мало изучены

В нашей работе дан анализ динамики послепожарного естественного возобновления горельников сосняков Брянского округа зоны широколиственных лесов Это актуально для быстрого их освоения и использования положительной роли огня

Цель работы. Исследование влияния летне-осенних пожаров на лесовозобнови-тельные процессы (подрост, живой напочвенный покров (ЖНП)) на горельниках сосняков разных типов лесорастительных условий (ТЛУ) Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи

1 Анализ характера и последствий прошедших пожаров для сосняков,

2 Исследование динамики лесовосстановительного процесса в горельниках сосняков разных ТЛУ,

3 Оценка условий местообитания растительных сообществ, возникших в горельниках,

4 Изучение динамики развития ЖНП в горельниках разных ТЛУ,

5 Выявление зависимости роста самосева сосны на горельниках от развития ЖНП и сомкнутости лиственного полога.

Научная новизна. Впервые исследована динамика естественного лесовозобновления и развития ЖНП в средневозрастных сосняках Брянского округа зоны широколиственных лесов после пожаров с повторяемостью менее оборота рубки Установлена зависимость процессов лесовосстановления основных ТЛУ сосняков от характера и давности пожара, видового состава и надземной фитомассы ЖНП Выявлены оптимальные условия

послепожарного возобновления сосны обыкновенной Предложены уточнения классификации лесных пожаров, расширяющие представление о пожаре, как об источнике, воздействующем тепловыми потоками на компоненты насаждения, и классификации горельников на основе полноты оставшейся части живого древостоя (СКС - I, II, III) Указана возможность прогнозирования жизнеспособности деревьев сосны, повреждённых подстилочно-гумусовыми и торфяными пожарами, на основании глубины прогорания почвенных горизонтов в области распространения корневых систем

Практическая ценность. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации лесоводственных мероприятий по содействию естественному возобновлению и предотвращению нежелательной смены пород в горельниках

Достоверность результатов. Обоснованность выводов и рекомендаций подтверждена достаточным объёмом полевого материала, обработанного с использованием современных методов математической статистики на ПК Положения, представленные на защиту:

1 Летне-осенние пожары в средневозрастных сосняках естественного и искусственного происхождения с повторяемостью менее оборота рубки могут способствовать усилению процессов естественного лесовозобновления,

2 Последствия пожаров в сосновых насаждениях исследуемого региона и успешность последующего возобновления в них зависят от лесотипологической принадлежности,

3 Положительное влияние летне-осенних пожаров на возобновление горельников сосной более отчетливо проявляется в первые три года,

4 Оптимальными лесорастительными условиями для возобновления сосны после пожаров являются влажные простые субори, где самосев сосны выходит из-под влияния травостоя в трёхлетнем возрасте В этих лесорастительных условиях лиственный полог наиболее благоприятное воздействие на рост подроста сосны в высоту оказывает при сомкнутости 0,8

Апробация работы, внедрение, публикации. Основные положения диссертации были доложены на всероссийской конференции в Ярославском государственном университете им П Г Демидова (2005), ежегодных научных конференциях БГИТА (2005, 2006, 2007 гг) По теме диссертации опубликовано 3 статьи, 5 статей приняты к публикации В соавторстве разработана компьютерная программа «Экологическая оценка местообитаний растительных сообществ по шкалам Г Элленберга», предназначенная для быстрой и точной обработки полевых материалов фитоиндикации Программа написана в среде программирования Delphi 6-ой версии, используется в учебном процессе По практическому

использованию данного продукта составлены методические указания для самостоятельной работы студентов специальности 250201

Личный вклад. Постановка проблемы, анализ литературы, разработка программы и методики исследований, проведение полевых исследований, камеральная статистическая обработка и анализ собранного материала, формирование выводов и рекомендаций

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 глав, выводов, предлагаемых рекомендаций, приложений в виде отдельного тома, изложена на 135 страницах, содержит 26 таблиц, 35 рисунков Список использованной литературы включает в себя 206 источников, в т ч 19 иностранных

Основное содержание работы

1 Горимость лесов Брянской области и характеристика района исследования

Исследования проведены в Брянском округе зоны широколиственных лесов (Кур-наев, 1982) в сосновых насаждениях БЛМ Изучение БЛМ проводили учёные-лесоводы ПП Земятченский (1907), М В Агафонов (1908), В Н Сукачев (1908), С А Ковригин (1940, 1949), Б В Гроздов (1950), ВМ Обновленский (1957), НС Миллер (1967), ТФ Шевченко (1995), А С Тихонов (2001,2006)

Климат массива умеренно-континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой Продолжительность вегетационного периода составляет 143 дня на севере и 147 дней на юге Из 550 600 мм годовой суммы осадков 70% выпадает в теплый период года (апрель-октябрь) Господствующими ветрами являются западные (летом) и юго-западные (осенью и зимой) Весной преобладают юго-восточные ветры (Агроклиматический справочник , 1987, Тихонов, 2001)

В отдельные годы погода характеризуется экстремальными показателями, которые необходимо учитывать при ведении лесного хозяйства. В последнее время благоприятные условия для возникновения и распространения огня в лесу складывались в 1980, 1981, 1992, 1996, 1998 и 2002 гг Наибольшее число и площадь лесных пожаров отмечены в 1992, 1996 и 2002 гг Подобные аномалии объясняются засушливостью весенне-летних периодов Суммы осадков за март, апрель, май в эти годы в Брянском районе составили 101,122 и 96 мм соответственно -это самые низкие показатели за последние 17 лет

Оптимальная структура лесного фонда, приведенная к среднему составу насаждений, должна составлять 5С2Б1 Д1Е10с, для чего необходимо использовать потенциальные возможности естественного лесовозобновления вырубок и пожарищ сосняков организационными мероприятиями Для рационального использования динамики естественного

лесовосстшювления на гарях и горельниках необходимо исследовать возобновление сосны с учетом типов леса, состава, густоты, состояния, величины прироста.

Для наиболее полной характеристики пожарной обстановки в районе исследования приведен анализ горимосги гослесфонда Брянской области, где средний класс пожарной опасности участка леса составляет 2,8 При этом леса I класса пожарной опасности составляют 24,7%, II класса - 11,1, III класса - 27,3, IV — 29,9 и V - 7,0% (Проект противопожарной профилактики , 2001) Лесные массивы ФГУ «Брянский лесхоз» наиболее подвержены пожарам За период 1981 2002 гг среднее число пожаров достигло 66,4 шт /год При этом пройдено огнем 366,4 га лесной площади, а с учетом аномальных лет с повышенной горимостью (1992 и 2002 гг) - 869,2 га со средней частотой 18,3 и 37,8 га/год соответственно Вторым центром горимосги является территория ФГУ «Навлин-ский лесхоз», где частота лесных пожаров остаётся стабильно высокой на протяжении 23 лет (23,3 шт /год)

Используя корреляционный анализ устанавливали тесноту связи между средней площадью одного пожара и общей площадью пожаров (г = 0,94 + 0,157, t^ = 5,34, = 4,60, достоверность различия средних величин при Р = 99,0%), средней площадью одного пожара и средним количеством пожаров за 1 год (г = 0,96 - 0,97, Ц^ = 8,19 - 25,82, ^бл = 4,03 - 4,60, Р = 99,0%)

Анализ динамики горимосги лесов в районе исследования свидетельствуют о формировании неблагоприятной пожарной обстановки в последние годы Необходим комплексный подход к разработке системы противопожарных мероприятий, выработки оптимальной стратегии и рациональной тактики борьбы с лесными пожарами, снижению ущерба, причинённого огнём

2 Состояние вопроса. Последствия пирогенного воздействия на экосистемы

Влияние огня на состояние древосгоев, повреждение и уничтожение их пожарами изучали многие отечественные и зарубежные лесоводы (Ткаченко, 1911, Старк, 1925, Прозоров, 1929, Казанский, 1931, Кадошников, 1932, Мелехов, 1935, 1948, 1963, 1983, 1986, 1999, Нестеров, 1949, 1954, Молчанов, 1954, Рожков, 1957, Амосов, 1958, Балбы-шев, 1963, Евдокименко, 1963,1974,1975,1991а, 19916, Романов, 1966, Исаев, 1968,1975, Санников, 1969, 1983, 2002, Морозов, 1970, Фуряев, 1970, 1976, 1977, 1979, 1982, 1992, Гуняженко, 1972, Воронцов, 1973, 1976, Белов, 1976, Аверкиев, 1976, Войнов, 1976, 1988, Конев, 1977, Софронов, 1977, 1981, Бузыкин 1978, Савченко, 1978, 1984, Валендик, 1979, Вакуров, 1981, Гире, 1982, Демаков, 1982, Диченков, 1984, Гапосьева, 1984, Михель, 1984,

Шешуков, 1984, Комарова, 1986, Агафонов, 1989, Анцышкин, 1989, Лебедев, 1990, Львов, 1990, Матвеев, 1990, 2002, Калинин, 1993, Казакевич, 1998, Гончарук, 1999, Душа-Гудым, 1999, Евстигнеев, 1999, Яновский, 1999, Горшков, 2000, Кулагина, 2000, Усеня, 2000, 2002, Судник, 2003, Wretlmd, 1948 Ronde, 1982, Harmon, 1984, Brais, 2000, Arsenesault, 2001, Dress, 2001, Turril, 2001, Charron, 2002, Drewa, 2002, Glonod, 2002, Little, 2002, Nowak, 2002, Ryan, 2002, Wallenius, 2002, Olejarski, 2003 и др )

В зависимости от условий экотопа, интенсивности горения и повторяемости пожаров в рамках природных комплексов и их сочетаний формируются особые «пироэкологи-ческие» режимы, которые в сочетании с биологическими свойствами пород древостоя определяют послепожарное формирование лесов и динамику их развития (Калинин, 1977, Фуряев, 1977, Санников, 2002, Nowak, 2002, Ryan, 2002)

Наиболее изучены процессы возобновления, происходящие на гарях, возникших после устойчивых низовых и верховых пожаров Данные о характере появления и роста подроста по типам леса, динамике ЖНП на пройденных лесными пожарами площадях в условиях Брянского округа зоны широколиственных лесов весьма ограничены До настоящего времени не установлена взаимосвязь между интенсивностью пройденного пожара, процессами послепожарного лесовозобновления и восстановления ЖНП в сосняках разных ТЛУ

3 Программа, методика, объём и объекты исследований

Для решения поставленных задач разработана программа исследований, включающая'

- анализ горимости лесов Брянской области за последние годы,

- анализ факторов, влияющих на пожарную обстановку в районе исследования Анализ роста естественного лесовозобновления,

- литературное исследование состояния вопроса о последствиях пирогенного воздействия на компоненты лесных экосистем, (использовано 206 источников, в т ч 19 иностранных),

- рекогносцировочное обследование сосняков, пройденных летне-осенними пожарами 1992 и 2002 гг, и выбор объектов для детального исследования,

- детальное обследование на постоянных пробных площадях (ППП), включающее закладку почвенных разрезов в изучаемых ТЛУ для установления связи демутации нижних ярусов растительности с почвенными условиями, исследование послепожарной динамики растительных сообществ нижних ярусов сосняков в разных допожарных типах леса,

- камеральная обработка полевых материалов,

- экономическое обоснование проведения хозяйственных мероприятий в оптимальных условиях послепожарного лесовосстановления,

- обоснование выводов и предлагаемых рекомендаций

Рекогносцировочное обследование сосняков, пройденных пожарами, проведено с выявлением границ горельников и составлением их абрисов При этом выполнена глазомерная оценка их состояния по классификации И С Мелехова (1948, 1999) Почвенные разрезы выполнены по методике кафедры лесных культур и почвоведения БТИ (1987) В работе применены классификации типов леса В Н Сукачева (1964), проф АС Тихонова (2006) и типов лесорастительных условий П С Погребняка (1955) Постоянные пробные площади (ППП) заложены согласно ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные Метод закладки» (1983) и рекомендаций П А Цветкова (1976) Запас молодняков определён по учебному пособию В С Моисеева (1971)

С целью установления связи между санитарным состоянием сосновых древостоев, а также процессами демутации нижних ярусов растительности и параметрами пожара, на ППП создана сеть квадратов с длиной стороны 10 м, в углах которых проведен замер высоты нагара на стволах сосны с наветренной стороны и глубины прогорания почвенных горизонтов Средневзвешенная категория состояния (СКС) древостоев определена с учётом ветровала и бурелома (Санитарные правила в лесах , 1998)

Для учета лесовозобновления на пробных площадях, пройденных пожаром 1992 г, и в контроле использованы круговые площадки по 10 м2 с радиусом 178 см (Тихонов, 1995) На пробных площадях, пройденных огнем 2002 г, заложены учетные площадки размером 1x1 м, т к учитываемый самосев сосны имел возраст до 5 лет (Нестеров, 1949, 1954, Побединский, 1966, Разумов, 1971, Мелехов, 2004) Всходы хвойных пород учтены отдельно Успешность лесовозобновления оценена с использованием шкалы бывшего Гослесхоза(1984)

Экологическая оценка типов лесорастительных условий проведена с помощью шкал Г Элленберга (ЕПепЬе^, 1992) Описание напочвенного покрова проведено по упрошенной методике, путем выделения на площадке учёта подроста участка 1x1 м Определена степень проективного покрытия почвы (%) и мощность (см) Для характеристики фитоценоза использован показатель видовой насыщенности (Воронов, 1973) Для определения встречаемости видов в сообществе использован коэффициент встречаемости К Ра-ункиера (Я, %), (Яаипкшг, 1905)

Исследование послепожарной динамики массонакопления ЖНП, а также влияния его и сомкнутости лиственных молодняков на прирост самосева сосны в высоту проведено по методике А В Побединского (1962)

В ходе исследований послепожарного восстановления сосняков проведено рекогносцировочное обследование на площади 400 га Заложены 22 постоянные пробные площади, 5 почвенных разрезов (по числу ТЛУ), 660 учётных площадок для изучения естественного лесовозобновления, 280 учетных площадок для изучения ЖНП, 15 участков для определения влияния ЖНП на развитие подроста сосны, 5 участков для определения влияния сомкнутости лиственного полога на рост самосева сосны На 150 м2 срезан ЖНП с установлением его массы в абсолютно сухом состоянии для выявления его послепожар-ной динамики массонакопления

Статистическая обработка данных включала определение коэффициента корреляции (г), значимости полученных результатов и уравнений регрессии Уровень достоверности взаимосвязей устанавливался с помощью Р-уровня значимости, находящегося в убывающей зависимости от достоверности результата

Экономическое обоснование проведения хозяйственных мероприятий в оптимальных условиях послепожарного лесовосстановления дано согласно методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования (1994)

Объектом исследований были горельники 2002 г с наиболее жизнеспособным самосевом, появившимся на второй-третий годы после пожара, и горельники 1992 г с куртинами сомкнутого подроста Горельники подбирались площадью I 5 га, т к средняя площадь одного пожара в 1992 г составляла 1,11 га, а в 2002 г - 2,10 га В качестве контроля использованы искусственные и естественные сосняки, не пройденные пожаром, в течение последних 65 93 лег Контроль и сосняки-горельники 2002 г относятся к пяти ТЛУ - Ai-2 (тип леса в контроле С„ИШв), В2С2 (Сорл), В2 (Сбрч), В3 (Счер), В4 (Сос.сф) Горельники 1992 г относятся к ТЛУ В2 (допожарный тип леса Сбрч) и В4 (Coc-сф) Исследования показали, что ко всем пожарищам примыкают лесосеки, а вдоль границ проходят лесовозные дороги Предположительно, источником лесных пожаров могли быть отдыхающие

Пожары чаще происходили в чистых сосновых древостоях составом ЮС, ЮС ед Б, 10С+Б, 9С1Б В сосняках с участием в составе насаждений 2 единиц березы пожары крайне редки, в сосняках с участием в составе насаждений 3 единиц берёзы и более пожары не обнаружены Для снижения пожарной опасности в сосновых насаждениях в условиях простых суборей необходимо создавать лесные культуры сосны с участием в составе насаждения не менее двух единиц берёзы В естественных сосновых древостоях состав 7СЗБ, 8С2Б формировать рубками ухода.

4 Результаты исследований

4 1 Состояние трехлетних горельников сосняков после пожаров с повторяемостью менее оборота рубки

При рекогносцировочном обследовании сосняков, пройденных пожарами, на площади 400 га, согласно классификации И С Мелехова (1948, 1999), обнаружены валежные и сухостойные горельники 2002 г в ТЛУ В4, горельники с незначительным числом (менее 10%) жизнедеятельных деревьев из I яруса и полностью отмершими нижними ярусами растительности в ТЛУ Вз, горельники с более значительным (более 10%) числом жизнедеятельных деревьев из I яруса и с отмершими нижними ярусами в ТЛУ Ai-г, В2, В2С2 Летне-осенние пожары привели к изменению дифференциации древостоя по ступеням толщины, горизонтальная структура леса стала мозаичной из-за образования различных парцелл

Интенсивность лесного пожара и его последствия во многом зависят от типа лесо-растительных условий насаждения

Для рационального планирования мероприятий по снижению ущерба от огня и ускорению послепожарного лесовосстановления классификацию горельников III группы целесообразно давать на основе прогнозируемой относительной полноты оставшейся части живого древостоя (СКС -1, II, III)

4 2 Характеристика летне-осенних пожаров и их влияния на древостой сосны

Основными классификациями лесньк пожаров являются разработки И С Мелехова (1947) и Н П Курбатского (1970), а также классификация, представленная в «Инструкции по определению ущерба, причинённого лесными пожарами» (1998) Но они не всегда отражают пожары, возникающие в лесном фонде БЛМ

В наших исследованиях в качестве параметров диагностики пройденных пожаров на ППП использовалась глубина прогорания почвенных горизонтов и высота нагара на стволах сосны с наветренной стороны (таблица 1)

Таблица 1 - Характеристика лесных горючих материалов (ЛГМ) в контроле, диагностические признаки и вид, пройденных пожаров в соответствующих типах леса _

ТЛУ/ТЛ в контроле ВгСг/Сорл Аю/Слишв Вг/Сбрч Вз/Счер Вд/С«^

Контроль

КПОУЛ I I II III IV

Мощность подстилки, см 3,4+0,28 2,8+0,18 2,1+0,25 4,3+0,29 6,8+0,28

Вес ЖНП, кг/га 7922+29 1958+35 1640+28 3198+151 3373+33

СКС 1,8 2,2 1,5 1,9 2,1

продолжение таблицы 1

ТЛУ/ТЛ в контроле в2с2/сорл А]_2/СЛИШВ Вг/Сбрч Вз/Счер В^Сое-сф

Горельники

Глубина прогорания грубого гумуса (торфа), см 0,7+0,04 2,0+0,08 2,3+0,1 3,3+0,14 15,9+0,19

Высота нагара на сосне (hep), см 213,3+22,5 77,7+2,4 66,4+5,1 99,3+6,7 38,6+1,3

Теплотворная способность, млн ккал/га 72,7 18,5 14,8 29,7 32,8

СКС 4,0±0,03 4,0+0,09 4,2+0,26 4,4+0,29 5,5+0,13

Вид пожара по классификации Н П Курбатско-го (1970) Наземный Почвенный подстилочный Почвенный подстилочный Почвенный подстилочный Почвенный торфяной одноочаго-вый

Вид пожара согласно «Инструкции по определению ущерба »(1998) Низовой устойчивый сильный Низовой устойчивый сильный Низовой устойчивый сильный Низовой устойчивый сильный Почвенный сильный

Рекомендуемое название вида пожара Низовой устойчивый сильный Подстилочно гумусовый слабый Подстилочно-гумусовый средний Подстилочно-гумусовый сильный Торфяной сильный

С увеличением влажности участка леса ухудшаются условия разложения подстилки и происходит ее накопление Тенденция описывается уравнением регрессии у = 0,2786х2 - 0,5814х + 2,56 (Я2 = 0,9773), (рисунок 1)

Соосф

у = 0,2786х2 - О 5814Х + 2,56 R2 = 0,9773

тп

Рисунок 1 - Зависимость мощности лесной подстилки от типа леса

Глубина прогорания почвенных горизонтов при пожаре возрастает с увеличением влажности участка леса в контроле (рисунок 2) и описывается уравнением у = 0,3686 е°'6747х (Я2 = 0,8896)

♦ Сос-сф

у = 0 368бе0в7<7* № = 0,8896

♦ Счер

ТЛ

Рисунок 2 - Зависимость глубины прогорания почвенных горизонтов от типа леса

Тенденции изменения глубины прогорания почвенных горизонтов (рисунки 1, 2) существенно проявляются при изменении ТЛУ от влажного к сырому 1факт>1га6л5 при Р=99,9

В горельниках наших условий с увеличением глубины прогорания почвенных горизонтов (кондуктивного теплового потока) высота нагара на стволах сосны (конвективный тепловой поток) уменьшается у = 139,75 х"0,4963 (Я2 = 0,8058), (рисунок 3) Происходит перераспределение энергии тепловых потоков в пользу кондукции

250 200 150 100 50

о

» 213 3

у = 139,75Х-°4ЯИ №=08058

♦ 99 3

6 8 10 12 Глубина прогорания, си

-» 386

16

18

Рисунок 3 - Зависимость высоты нагара на стволах сосны от глубины прогорания почвенных горизонтов

Высота нагара с наветренной стороны стволов сосны в горельниках во многом зависит и от количества ЛГМ на единице площади (запаса) в контроле одинаковых ТЛУ По мере увеличения запаса ЖНП в контроле высота нагара в горельнике возрастает (рисунок 4), подчиняясь прямой зависимости у = 0,0239х+12,466 (Я2 = 0,7951)

250

200

о1

а

(0 150

X

я

& 100

и

л

ю 50

0

у = 0,0239х + 12 466 № = 0 7951

1000

2000 3000 4000 5000 6000 МассаЖНП, кг/га

7000

8000

9000

Рисунок 4 - Зависимость высоты нагара на стволах сосны от массы (запаса) ЖНП

Анализируя тенденции распределения деревьев на горельниках по категориям состояния, видим, что общая доля здоровых и ослабленных деревьев невысока. Преобладают сильно ослабленные деревья и свежий сухостой На основании санитарного состояния ППП рассчитаны показатели, характеризующие повреждённость и размер усыхания насаждений Размер усыхания (текущий отпад) и динамика накопления сухостоя (валежника) выражены по запасу и числу деревьев Средневзвешенная категория состояния (СКС) рассчитана по стоящей части древостоя и с учётом бурелома и ветровала. В трёхлетних горельниках СКС сосняков больше зависит от глубины прогорания почвенных горизонтов (у = 0,0976х + 3,9474, Я2 = 0,9506), (рисунок 5)

6 5

4 »4 > ■'! • ** у = 0 0976* + 3 9474

№=09506

2 1 0

5 8 10 12

Глубина прогорания, см

16

Рисунок 5 - Зависимость СКС насаждения от глубины прогорания почвенных горизонтов

Развитие лесного пожара зависит от типа леса, мощности лесной подстилки и веса ЖНП При известном классе пожарной опасности погодных условий названные параметры позволяют прогнозировать наиболее вероятные виды и интенсивность лесных пожаров, а также послепожарный отпад древостоя Теплотворная способность ЛГМ участков леса не отражает в полной мере характер лесного пожара.

При V классе пожарной опасности погодных условий исследуемые сосновые древостой во время пожара испытывали воздействие конвективных и в большей степени кон-

дуктивных тепловых потоков С увеличением интенсивности кондуктивных тепловых потоков возрастает степень уничтожения органической части почвы (грубого гумуса или торфа), что ухудшает санитарное состояние насаждений Поэтому, в классификации лесных пожаров целесообразно отразить преобладание тепловых потоков, что позволит повысить эффективность противопожарной профилактики, принять рациональную тактику борьбы с лесными пожарами, снизить ущерб, причиненный огнём, ускорить процесс по-слепожарного лесовосстановления

На основе анализа литературных данных и собственных исследований предлагаем уточнение классификации лесных пожаров по преобладанию тепловых потоков, воздействующих на насаждение (таблица 2)

Таблица 2 — Предлагаемые уточнения в классификации лесных пожаров в сосняках БЛМ

Название пожа[ за Особенности пожаров

Группа Подгруппа вид интенсивность

Конвективные Собственно конвективные Верховые Слабая (I Ш КПОПУ) Возникает в хвойных насаждениях со слабой сомкнутостью полога, или в состав которых входят лиственница и лиственные породы с долей участия более 3-х единиц Пожаром повреждаются участки с групповым расположением хвойных пород Огонь по кронам распространяется снизу вверх и за счёт поддержки низового пожара.

Средняя (IV КПОПУ) Верховой огонь по кронам древостоя распространяется также и горизонтально и часто опережает кромку низового пожара. Большая часть — верховой пожар

Сильная (IV V КПОПУ) Полог древостоя сгорает сплошь или остается несгоревшим только пятнами в отдельных местах

Конвективно-кондуктивные Беглые низовые (сгорает неразло-жившийся опад) Слабая 0 КПОПУ) Высота нагара на стволах - до I м Сгоревший запас опада до 0,3 кг/м2 (вес абс сухой)

Средняя (П КПОПУ) Высота нагара на стволах 1 2 м Сгоревший запас опада - 0,3 0,5 кг/м2

Сильная (Ш КПОПУ) Высота нагара на стволах - более 2 м Сгоревший запас опада - свыше 0,5 кг/м2

Устойчивые низовые Слабая (IV КПОПУ) Кроме неразложившегося опада сгорает живой напочвенный покров и верхний слабо-разложившийся слой подстилки

Средняя (IV V КПОПУ) Сгорает полуразложившийся слой подстилки, а вокруг комлевой части стволов и валежаона прогорает до минеральной почвы

Сильная (V КПОПУ) Подстилка сплошь сгорает до минеральных горизонтов почвы Наблюдается вывал отдельных деревьев

продолжение таблицы 2

Название пожа{ )а Особенности пожаров

Группа Под-гоуппа вид интенсивность

Кондуктивные (V КПО ПУ) Кондуктивно-конвективные Подсти-лочно-гумусовые Слабая (I КПОУЛ) Подстилка сплошь сгорает до минеральных горизонтов почвы Органическая часть почвы уничтожается на глубину до 2 см

Средняя (П КПОУЛ) Органическая часть почвы уничтожается на глубину 2 3 см Наблюдается вывал единичных деревьев

Сильная (Ш КПО УЛ) Органическая часть почвы уничтожается на глубину более 3 см Наблюдается вывал деревьев небольшими группами

Торфяные Слабая (IV КПО УЛ) Сфагнум сгорает на глубину до 7 см, между корневыми лапами торф прогорает на 30 40 см Остаются отдельные участки несгоревшего сфагнума и багульника размером 3 200м2

Средняя (IV УКПО УЛ) Кроме сфагнума сгорает торф на глубину до 25 см У большинства стволов вокруг их комлевой части торф сгорает до минеральных слоев почвы Отдельные деревья вываливаются Пожар многоочаговый

Сильная (V КПОУЛ) Торфяные слои сгорают сплошь до минеральной части, почвы Наблюдается массовый вывал деревьев

Собственно кондуктивные Подземные (V КПОУЛ) - Торф горит в беспламенном режиме С земной поверхности пожар выдает себя струйками дыма и пожелтевшим напочвенным покровом Одноочаговые и многоочаговые

Примечание группу и подгруппу названия пожара указывать необязательно Они лишь подразумеваются для понимания особенностей воздействия тепловых потоков на насаждения и характера последствий лесного пожара

Лесные пожары делятся на две основные группы конвективные и кондуктивные При конвективных пожарах ослабление и гибель деревьев обусловлены летально высокой температурой на камбии ствола или уничтожением ассимиляционного аппарата Вид конвективного пожара в основном зависит от класса пожарной опасности погодных условий (влажности ЛГМ) При кондуктивных пожарах ослабление и гибель деревьев обусловлены летально высокой температурой на камбии корня или уничтожением большей части корневой системы Кон-дукгивный пожар чаще возникает при V классе пожарной опасности погодных условий (длительная засуха), его вид в основном зависит ог класса пожарной опасности участка леса

Часто на пожарах, при определённых условиях среды и положения горящей кромки, отдельные виды теплопереноса воздействуют на древостой совместно в разных соотношениях Преобладание конвективного теплового потока (конвективно-кондуктивная подгруппа пожаров) имеет место при беглых и устойчивых низовых пожарах, а преобладание кондуктивного

■теплового потока (юндуктвно-конвеЙЙВная подгруппа пожаров) - при подстилочно* гумусовых и торфяных пожарах.

Предлшвемое дополнение классификации расширяет представление о лесном пожаре как об источнике, воздействующем тепловыми потоками на компоненты насаждения. Получение новых экспериментальных данных Поможет понять Механизмы воздействия пожаров разного вида и интенсивности на компоненты лесных экосистем, что в дальнейшем позволит моделировать и прогнозировать процессы развития пожаров и последующего лесовозобновления.

4.3 Динамика после)тожарного лесовозобновления п современных условиях

Лесные пожары формируют особые «пироэшлогические режимы», определяющий послепожарное формирование лесов и и\ динамику. Начало возобновления наступает, как правило, в первые 2...3 г. после пожара. 11 среднем, количества соснового подроста в трехлетних горельликах н десятки раз выше, чем в контроле, и характеризуете« значительно лучшей энергией роста. Воздействие огня стимулировало образование шишек у ослабленных особей сосны в первый год после пожара (2003), Большинство семян из этих шишек проросли на второй год цосле пожара (2004). Незначительное количество подроста сосны первого послепожарного года свидетсльствует о том, что во время пожара в почве сохраняется часть семян. В разных У Л У интенсивность послепожарного естественной? лесовозобновления значительно варьирует (рисунок 6). На первом этапе послеложарной сукцессии доминирует берета, сохранившиеся особи которой к периоду спелости сосны будут свидетельствовать о иирогеппом нарушении территории. Влажные условия (ТЛУ В>) являются оптимальными дли роега соснового самосева после пожаров. С увеличением количества соснового подроста в 4-летних горелыгиках, его прирост снижается, т.к. после выхода полроста из травяного покрова начинается влияние особей друг па друга.

но

Рисунок 6 - Естественное лесовозобновление в трёхлетних горельниках

Результаты наших исследований согласуются с данными о характере начальной стадии послепожарного лесовозобновления в сосняках БЛМ в конце XIX в (Тюрин, 1925) и в сосняках других регионов страны (Данилик, 1965, Злобин, 1968, Буряк, 2001, Санников, 2002, Крюков, 2002, Кадеров, 2002)

4 4 Изменения в живом напочвенном покрове

Количество видов ЖНП в 3-х и 14-и летних горельниках мало отличается от контроля, но изменились виды-доминанты После пожара происходит свободное проникновение прямого солнечного света и атмосферных осадков к поверхности почвы, поэтому в трехлетних горельниках средняя светочувствительность растений увеличилась на 0,88 баллов Ъ^ктНгабл, при Р=99,0 Тёмный цвет выгоревших участков вызывает перепад температуры на оголённой поверхности почвы Из-за уплотнения влажность верхних горизонтов почвы несколько увеличилась на 0,2 балла. На гарях в ТЛУ Вд (ППП №№ 17, 18, 19) ветровал деревьев привёл к избыточному накоплению влаги в нанопонижениях В первые послепожарные годы пиролиз лесных горючих материалов наземной группы изменил реакцию почвенной среды, приблизив ее к щелочной на 1,04 балла по шкале Г Эл-ленберга 1факг>1табл> при Р=99,0, что свидетельствует о глубоких изменениях в почвенном поглощающем комплексе При сгорании ЛГМ в почву поступило значительное количество зольных элементов, доступных для растений На изученных пожарищах обеспеченность почвы минеральным азотом увеличилась на 1,66 баллов 1факт>1тайл, при Р=99,9 К моменту смыкания молодого насаждения (ППП №№ 21, 22) экологический режим растительных сообществ также отличается от контроля (ППП №№ 12, 20)

Таким образом, уже на третий год восстановление функционирования биогеохимических циклов, биологической активности, минерализационной способности и гидротермических условий почв создало благоприятные предпосылки для послепожарного формирования ЖНП и интенсивного лесовозобновления

Запас ЖНП в горельниках коррелирует с его проективным покрытием (г = 0,94 ± 0,157, 1фагг = 5,34, 1та6л = 4,60, достоверность различия средних величин при Р = 99,0%) и почти полностью восстанавливается уже к концу третьего вегетационного периода, хотя проективное покрытие не достигает допожарного уровня

4 5 Влияние живого напочвенного покрова и лиственного молодняка на подрост сосны в горельниках

ЖНП в сосновых горельниках песчаных дюн снижает физическое испарение с поверхности почвы и способствует сохранению высокой густоты соснового подроста, но

при этом усиливается его внутривидовая конкуренция, годичные приросты в высоту уменьшаются На экспериментальных площадках в горельниках ТЛУ Аьг (ППП №№ 1,2, 3) удаление ЖНП привело к увеличению физического испарения с поверхности почвы и изреживанию соснового самосева сосны (до 50%) из-за недостаточного увлажнения Для жизнедеятельности оставшегося четырёхлетнего подроста влаги и питательных веществ стало достаточным, его прирост увеличился Цак^^бл, при Р=99,9 Эксперимент показал, что удаление ЖНП при осветлении может содействовать формированию устойчивых насаждений с оптимальным влагообеспечением

В 4-летних горельниках ТЛУ В3 (ППП №№ 13, 14, 15) молиния голубая не оказывает существенного воздействия на прирост подроста сосны

На избыточно увлажненных почвах ТЛУ В4 (ППП№№ 17, 18, 19) моховой покров из кукушкиного льна обыкновенного потребляет значительное количество минеральных веществ, что приводит к гибели более 50% 4-летнего самосева сосны и снижает прирост оставшихся особей ¡флп^табл, при Р=99,9 (таблица 3)

Таблица 3 - Влияние растения-доминанта ЖНП на прирост самосева сосны в четырехлетних горельниках разных ТЛУ___

ТЛУ (ЖНП-доминант) Общий средний прирост, см Средний прирост оставшегося самосева, см Отпад, %

опыт контроль опыт контроль опыт контроль

А1-2 (СаНипа уи^апв) 3,1+0,7 1,8+0,2 6,2+1,1 1,9+0,2 50 7

В2 (СЬашаепепоп аг^ивпГокит) 4,3+0,8 5,6+1,1 4,9+1,0 7,5+1,4 13 25

В2С2 (Са1ата£го5113 ер^еюБ) 2,6+0,3 3,6±0,5 3,1±0,4 3,6±0,5 16 0

В3 (МоЬша саеги1еа) 6,5+р,5 6,1+0,8 6,8+0,5 6,1 ±0,8 4 0

В4 (Ро!у1псЬит соттипе) 9,5+0,6 3,5+0,8 10,4+0,6 7,8+1,3 9 55

При сильном разрастании травяного покрова, в т ч кипрея узколистного, его влияние на лесовозобновление становится отрицательным (ППП №№ 1, 2, 3, 13, 14, 15, 17, 18, 19), а при слабом развитии до некоторой степени, в т.ч злаков, - положительным (ППП №№ 5, 6, 7, 9, 10, 11) На горельниках в свежих и влажных условиях самосев сосны выходит из-под влияние ЖНП в трёхлетнем возрасте Отрицательное воздействие ЖНП на прирост самосева сосны в высоту ещё сохраняется в более экстремальных условиях недостаточного и избыточного увлажнения

Влияние лиственного полога березы на 3-летний самосев сосны в период выхода из травяного покрова (3 4 годы после пожара) в разных типах леса проявляется неодно-

значно (таблица 4)

Таблица 4 - Высота самосева сосны в четырехлетних горельниках разных ТЛУ в зависимости от сомкнутости лиственного полога, см___

Сомкнутость лист венного полога Ан В2 В2С2 В3 в4

0 21,9+4,5 18,0+2,7 8,6+1,0 15,8+2,1 15,6+1,2

0,3 21,0+1,5 17,8+2,9 10,4+0,7 14,0±1,6 21,8+1,2

0,5 13,0+1,2 22,7+3,1 7,0+0,9 20,0+2,2 24,1+1,3

0,8 10,4+0,2 12,6+1,2 8,3+0,9 27,4+2,6 30,8+0,6

средняя высота 16,6±2,9 17,8±2,1 8,6+0,7 19,3+3,0 23,1+3,1

Минимальная средняя высота подроста сосны отмечена в ТЛУ В2С2, где преобладает вейник наземный Его отрицательное влияние (высокое проективное покрытие, мощная дернина, токсичные выделения, значительная высота наземной части растения) сказывается до трехлетнего возраста самосева сосны Максимальная средняя высота подроста сосны отмечена в ТЛУ В4, где самосев приурочен к повышенным элементам рельефа. Средняя высота соснового подроста увеличивается с повышением влажности ТЛУ (рисунок 7), что отражает уравнение регрессии у = 8,1862Ьп(х) + 9,2417 (Я2 = 0,9511)

25 20

5 о а

5 '5 с а

о 10 2 л т

5 о

Рисунок 7 - Средняя высота соснового подроста в разных ТЛУ

В сухих-свежих и свежих условиях с преобладанием вейника наземного для развития самосева сосны оптимальным является отсутствие лиственного полога или наличие его с сомкнутостью не более 0,3 В свежих условиях с преобладанием кипрея узколистного оптимальная сомкнутость лиственного полога равна 0,5, во влажных и сырых условиях - 0,8 С повышением влажности условий, благодаря транспирации, лиственный полог оказывает более интенсивное положительное влияние на рост самосева сосны

5 Экономическое обоснование проведения хозяйственных мероприятий в оптимальных условиях послепожарного лесовосстановления

В результате самозаращивания горельника в ТЛУ Вэ сравнительный экономический эффект выше на 11298,01 рублей, чем в результате самозаращивания вырубки после

♦ В4

I

сплошной санитарной рубки, на 20195,10 рублей, чем в результате создания сплошных лесных культур на вырубке после сплошной санитарной рубки Это связано с большей стоимостью запаса естественного насаждения в возрасте главной рубки и отсутствием затрат на создание лесных культур

Выводы

1 Натурные исследования горельников средневозрастных сосняков Брянского округа зоны широколиственных лесов показали, что пожары чаще происходят в чистых сосновых древостоях составом ЮС, ЮС ед Б, ЮС+Б, 9С1Б В сосняках с участием в составе насаждений 2 единиц березы пожары крайне редки, в сосняках с участием в составе насаждений 3 единиц берёзы и более пожары не обнаружены,

2 Проведенные исследования влияния летне-осенних пожаров на лесовозобнови-тельные процессы в горельниках сосняков разных ТЛУ в условиях Брянского округа зоны широколиственных лесов показали, что вид лесного пожара во многом зависит от ТЛУ насаждения, типа леса, мощности лесной подстилки и массы ЖНП При известном классе пожарной опасности погодных условий названные параметры позволяют прогнозировать наиболее вероятные виды и интенсивность лесных пожаров, а также послепожарный отпад древостоя,

3 Исследуемые сосновые насаждения при летне-осенних пожарах испытывали воздействие конвективных и кондукгивных тепловых потоков Санитарное состояние пройденных огнём древостоев в большей степени определяет интенсивность кондуктивных тепловых потоков, при которых уничтожалась органическая часть почвы (грубый гумус или торф) и корневая система деревьев,

4 В первый послепожарный год всходы сосны обыкновенной появляются в небольшом количестве из сохранившихся при пожаре семян Массовое естественное лесовозобновление начинается на 2 3 годы после пожара. В первую очередь подрост появляется на участках с наименьшим проективным покрытием ЖНП Количество соснового подроста в трехлетних горельниках в десятки раз выше чем на контрольных площадях, и значительно варьирует в разных ТЛУ На первых этапах послепожарной сукцессии доминирует берёза, сохранившиеся особи которой к периоду спелости сосны будут свидетельствовать о пирогенном нарушении территории,

5 Минимальная средняя высота подроста сосны отмечена в ТЛУ В2С2, где преобладает вейник наземный, имеющий высокое проективное покрытие, мощную дернину, токсичные выделения, значительную высоту наземной части растения Максимальная средняя высота подроста сосны отмечена в ТЛУ В4, где самосев приурочен к повышенным

элементам рельефа. Средняя высота соснового подроста увеличивается с повышением влажности ТЛУ,

6 Видовое разнообразие ЖНП в 3-х и 14-и летних горельниках мало отличается от контроля, но изменились виды-доминанты, более адаптированные к новым условиям Запас ЖНП в горельниках коррелирует с его проективным покрытием, и, благодаря наличию свободных ресурсов в биотопе, почти полностью восстанавливается уже к концу третьего вегетационного периода Проективное покрытие ЖНП обусловлено спецификой роста пионерных растительных сообществ, и возрастает с увеличением влажности ТЛУ,

7 На горельниках в свежих (ТЛУ В2, В2С2) и влажных (ТЛУ В3) условиях самосев сосны выходит из-под влияния ЖНП в трёхлетнем возрасте В сосновых горельниках ТЛУ А|_2 вереск обыкновенный снижает физическое испарение с поверхности почвы и способствует сохранению высокой густоты соснового подроста, в котором усиливается внутривидовая конкуренция, прирост в высоту уменьшаются На избыточно увлажнённых почвах ТЛУ В4 моховой покров из кукушкиного льна обыкновенного потребляет значительное количество минеральных веществ, что приводит к гибели более 50% самосева сосны и снижает прирост оставшихся особей,

8 В сухих-свежих (ТЛУ А1.2) и свежих условиях с преобладанием вейника наземного (ТЛУ В2С2) для интенсивного роста самосева сосны оптимальными условиями является сомкнутость лиственного полога не более 0,3 или его отсутствие В свежих условиях с преобладанием кипрея узколистного (ТЛУ Вг) оптимальная сомкнутость лиственного полога 0,5, во влажных (ТЛУ Вз) и сырых (ТЛУ В4) условиях - 0,8 С повышением влажности условий, благодаря транспирации, лиственный полог оказывает положительное влияние на рост самосева сосны,

9 Оптимальными лесорастительными условиями для возобновления сосны после пожаров являются влажные простые субори, где самосев сосны выходит из-под влияния травостоя в трёхлетнем возрасте В этих лесорастительных условиях лиственный полог наиболее благоприятное воздействие на рост подроста сосны в высоту оказывает при сомкнутости 0,8

Предлагаемые рекомендации

На основе натурных исследований, изучения литературных источников и экономических расчётов можно считать, что в условиях оптимального послепожарного возобновления сосны (ТЛУ Вз) проведение санитарной рубки и создание лесных культур нецелесообразно, т к экономически наиболее эффективным является оставление неразработанного горельника под самозаращивание Это связано с большей стоимостью запаса древе-

сины естественного насаждения без ухода в возрасте главной рубки и отсутствием затрат на создание лесных культур и уходы в них

В классификации лесных пожаров целесообразно отразить преобладание тепловых потоков, влияющие на их развитие Более детальная классификация лесных пожаров позволит повысить эффективность противопожарной профилактики, принять рациональную тактику борьбы с лесными пожарами, снизить ущерб от огня

Для рационального планирования мероприятий по снижению ущерба от огня и ускорению послепожарного лесовосстановления классификацию горельников целесообразно давать на основе полноты оставшейся части живого древостоя (СКС -1, II, III) Жизнеспособность деревьев сосны, поврежденных подстилочно-гумусовыми и торфяными пожарами, можно прогнозировать на основании глубины прогорания почвенных горизонтов в области распространения корневых систем

На основе натурных исследований, анализа горимости лесов Брянской области и изучения литературных источников для снижения пожарной опасности в сосновых насаждениях в условиях простых суборей необходимо создавать лесные культуры сосны с участием в составе насаждения не менее двух единиц берёзы В естественных сосновых дре-востоях состав 7СЗБ, 8С2Б можно формировать рубками ухода.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Шарыгин, А М Анализ послепожарной динамики растительности для выявления оптимальных условий лесовосстановления / А М Шарыгин // Материалы всероссийской конференции -Ярославль ЯрГТУ,2005 -С 238-242

2 Шарыгин, А М Современное состояние гарей 2002 г в Брянском лесном массиве / А М Шарыгин // Сб науч трудов по итогам международной конф Т 1 - Брянск БГИ-ТА,2005 -С 289-292

3 Шарыгин, А М Анализ послепожарной динамики растительности сосняков / А М Шарыгин // Сб науч трудов по итогам международной конф - Брянск БГИТА, 2006 - С 260-262

4 Шарыгин, А М Методические указания по практическому использованию компьютерной программы «Экологическая оценка местообитаний растительных сообществ по шкалам Г Элленберга» для студентов специальности 250201 / AM Шарыгин -Брянск БГИТА, 2007 - 15 с

Лицензия № ИД 04185 от 6 марта 2005 г Подписано к печати 13 04 2007 г Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз Объем 1,0 п л Брянская государственная инженерно-технологическая академия 241037, г Брянск, пр-т Станке Димитрова, 3 Отпечатано в типографии лесохозяйственного факультета