Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формирование напочвенных горючих материалов в лесных экосистемах Верхне-Обского массива

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Формирование напочвенных горючих материалов в лесных экосистемах Верхне-Обского массива"

На правах рукописи

Фуряев Игорь Валентинович

Формирование напочвенных горючих материалов в лесных экосистемах Верхне-Обского массива (юго-восток Западной Сибири)

06.03.02 - лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ' кандидата биологических наук

1 о ОКТ 2013

005534743

Екатеринбург - 2013

005534743

Работа выполнена з лаборатории лесной пирологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук (ИЛ СО РАН)

Научный руководитель доктор биологических наук,

старший научный сотрудник Цветков Петр Алексеевич Научный консультант доктор биологических наук, профессор

Куприянов Андрей Николаевич

Официальные оппоненты: Соколов Владимир Алексеевич, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБУ науки «Институт леса им. В.Н. Сукачева» Сибирского отделения РАН, лаборатория таксации и лесопользования, заведующий

Кряжевских Надежда Аркадьевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», кафедра лесоводства, доцент

Ведущая организации: ФГБУ науки «Институт водных и экологических проблем» Сибирского отделения РАН (г. Барнаул)

Защита диссертации состоится «24» октября 2013 в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу: 620100, Россия, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УЛК-1, ауд. 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Автореферат разослан «_23_» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного п ,//л /

совета, канд. с.-х. наук, доцент А-г- Магасумова

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Ежегодно в бореальных лесах Евразии возникают десятки тысяч лесных пожаров, охватывающих миллионы гектаров леса. Особенно возрастает горимость лесов в годы с экстремальными погодными условиями (Коровин, 1998; Голдаммер, 2006). В соответствии с современными представлениями о роли пожаров в формировании лесов ведущие лесные страны переходят от концепции тотального подавления всех без исключения пожаров к признанию целесообразности и необходимости управления пирогенным фактором, т.е. в конечном счете, регулировании его воздействия на состояние и динамику лесных экосистем (Валендик, 1996; Залесов, 2000; Арцыбашев, 2002; Шешуков, Шведов, 2002;). Важнейшим фактором в системах управления пожарами являются комплексы лесных горючих материалов (ЛГМ), количественные и качественные показатели которых определяют интенсивность их горения, эффективность локализации и последствия воздействия на компоненты экосистем (Курбатский, 1970; Евдокименко, 1991; Волокитина, Софронов, 1998; Цветков, 2001; Усеня, 2002; Иванова, 2003; Парамонов, 2007).

В настоящее время для многих экосистем различных экорегионов получены данные о количестве лесных горючих материалов и определена их роль в возникновении, распространении и развитии пожаров. Однако до сих пор не ставилась задача исследования причин и условий, определяющих формирование различных комплексов лесных горючих материалов. Актуальность исследования определяется необходимостью поиска способов их регулирования для решения задачи оптимального управления воздействием пирогенного фактора на лесные экосистемы.

Степень разработанности темы исследований. Диссертация является законченным научным исследованием.

Цель и задачи исследований заключались в выявлении лесово-дственных и экологических факторов, влияющих на формирование комплексов лесных горючих материалов в трех доминирующих типах леса Верхне-Обского лесного массива.

В соответствии с поставленной целью задачи исследований включали:

1. Исследование роли лесоводственных признаков типов леса в формировании комплексов лесных горючих материалов;

2. Выявление экологических режимов экотопов, определяющих условия формирования комплексов лесных горючих материалов в исследуемых типах леса;

3. Определение фитомассы всходов и подроста и оценка ее вклада в комплексы лесных горючих материалов;

4. Анализ структуры и массы лесных горючих материалов и оценка их пирологического значения.

Научная новизна. Установлено, что структура и масса видов горючих материалов в их комплексах определяются группой лесоводственных факторов, важнейшими из которых являются тип леса, возраст, состав и полнота древостоя. Впервые для опосредованного определения экологических условий формирования комплексов лесных горючих материалов применен метод фитоиндикации, основанный на анализе частоты встречаемости растений-индикаторов. С использованием метода для трех доминирующих типов леса Верхне-Обского массива выявлены основные экологические факторы и условия формирования комплексов лесных горючих материалов. К основным экологическим факторам, определяющим условия формирования комплексов лесных горючих материалов, выявленным по методу фитоиндикации в исследованных типах леса, относятся трофность почвы, наносность, проточность и уровень почвенно-грунтовых вод.

Теоретическая и практическая значимость работы. Метод фитоиндикации позволяет опосредованно определять экологические режимы экотопов и условия формирования комплексов лесных горючих материалов. Выявленные экологические факторы и лесоводственные признаки создают основу для их регулирования различными лесохозяйственными мероприятиями с целью изменения общей массы и соотношения видов в комплексах лесных горючих материалов. Данные о фитомассе лесных горючих материалов могут быть использованы для расчета энергетических характеристик вероятных пожаров и параметров противопожарных барьеров.

Методология и методы исследования. При получении фактического материала были использованы традиционные научно-обоснованные способы сбора полевого материала с закладкой пробных площадей (ОСТ 56-69-83) и определения фитомассы лесных горючих материалов напочвенного покрова. Для определения экологических условий формирования их комплексов впервые применен метод фитоиндикации. Закладка пробных площадей, сбор экспериментальных данных, анализ и обработка полученных материалов выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Положения выносимые на защиту:

- на формирование комплексов лесных горючих материалов оказывает влияние группа лесоводственных факторов, важнейшими из которых являются тип леса, состав пород, возраст и полнота древостоя;

- в условиях Верхне-Обского массива в сосняках мшисто-ягодных, сосняках и березняках разнотравных наибольшее влияние на формирование комплексов лесных горючих материалов оказывают экологические режимы экотопов, включающие градации трофности почвы, проточности и уровня почвенно-грунтовых вод;

- метод фитоиндикации с использованием частоты встречаемости растений-индикаторов позволяет опосредованно, но достаточно объектив-

но выявлять экологические условия формирования напочвенного покрова как основы комплексов лесных горючих материалов.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов обеспечиваются применением как общепринятых, так и научно обоснованных новых методик. Основные положения и результаты исследований докладывались на: IX Убсунурском международ, симпозиуме «Экосистемы Центральной Азии: исследования, проблемы охраны и природопользования (Кызыл, 2008); XV Всероссийской молодежной науч. конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2008); Всероссийской конф. с международ, участием «Пожары в лесных экосистемах Сибири» (Красноярск, 2008); 8-ой Всероссийской конф. с участием зарубежных ученых «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии» (Томск, 2008); V Всероссийской конф. «Эколого-географические аспекты лесообразовательного процесса» (Красноярск, 2009); Международ, науч.-практ. конф. «Современное состояние, проблемы и перспективы лесовосстановления на генетико-селекционной основе (Гомель, 2009); XX Всероссийской школе молодых ученых «Проблемы устойчивого развития регионов» (Улан-Удэ, 2009); XI Международ, науч.-практ. экологической конф. «Видовые популяции и сообщества в естественных и антропогенно-трансформированных ландшафтах: состояние и методы его диагностики» (Белгород, 2010); Всероссийской науч. конф. «Проблемы изучения и сохранения растительного мира Евразии» (Иркутск, 2010).

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в т.ч. 3 — в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка. Объем рукописи составляет 139 страниц, включает 39 таблиц, 24 рисунка. Библиографический список содержит 166 источников, в т.ч. 9 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Влияние комплексов лесных горючих материалов на природную пожарную опасность и пожароустойчивость лесов (состояние проблемы)

На юго-востоке Западной Сибири в пределах административных границ Алтайского края Верхне-Обской лесной массив выделен в особый лесохозяйственный район - Приобский водоохранный сосново-березовый (Парамонов, Ишутин и др., 2000). Это выделение обусловлено тем, что его территория, как крупная ландшафтная структура, резко выделяется своей природой, климатом и почвами. Вследствие взаимодействия перечисленных и других факторов, в том числе антропогенной деятельности, здесь сформировались специфические лесные экосистемы с высокой природной

пожарной опасностью и низкой пожароустойчивостью к воздействию лесных пожаров. Все это обусловило высокую фактическую горимость лесов с тяжелыми лесоводственными, экологическими и экономическими последствиями.

Для разработки системы мер по снижению горимости и повышению пожароустойчивости лесов большое теоретическое и практическое значение имеет выявление факторов, влияющих на формирование комплексов лесных напочвенных горючих материалов в климатических и экологических условиях Верхне-Обского лесного массива.

В главе дан анализ отечественной и зарубежной литературы, который свидетельствует о том, что большинство исследователей рассматривало влияние горючих материалов, прежде всего на природную пожарную опасность лесных экосистем (БПске!, 1934; Мелехов, 1947; Нестеров, 1949; \Vekk, 1950; Балбышев, 1956; Курбатский, 1957; 1963; 1965; Егоров, 1958; Таланцев, 1959; Валендик, 1963; Жданко, 1965; Иванова, 1985; Волокити-на, Софронов, 2002 и др.). Наряду с этим, неоднократно уделялось внимание выявлению и оценке ЛГМ как фактора, определяющего интенсивность горения и скорость распространения пожаров (Вонский, 1957; Софронов, 1967; Курбатский, 1970; Шешуков, 1971; Цветков, 2001; Усеня, 2001; Федоров, Цыкалов, 2002; Парамонов, 2007 и др.).

В настоящее время большое значение придается оценке и прогнозированию пожароустойчивости насаждений, под которой понимается их способность сохранять жизнедеятельность после теплового воздействия пожаров (Мусин, 1973; Фуряев, 1978; Калинин, Демаков, 1979; ГОСТ 17.6.01-83). Установлено, что послепожарный отпад деревьев обусловлен многими факторами, среди которых наиболее важными являются структура и масса лесных горючих материалов (Евдокименко, 1974; Черных, 2004; Самсоненко, 2009).

2. Природные условия района исследований

По геоморфологическому районированию Г. В. Занина (1958) район исследований относится к Приобскому плато.

По почвенному районированию Алтайского края территория ВерхнеОбского массива относится к району дерново-подзолистых почв древних боровых террас правобережья Оби (Розанов, 1959; Ильичёв и др., 2003; Почвы..., 1959). Благоприятность дерново-подзолистых почв ВерхнеОбского массива для произрастания высокопродуктивных сосняков, наряду с другими факторами, объясняется повышенным содержанием в почво-образующих породах фракции мелкого песка (Куприянов, Шершнев, 2006).

Лесостепная ландшафтная зона, в пределах которой расположен Верхне-Обской бор, характеризуется умеренно-холодным климатом с уме-

ренным увлажнением (Иванов, 1948; Павлова и др., 1999; Макунина, 1985; Давыдова и др., 1988).

По лесорастительному районированию Верхне-Обской лесной массив отнесён к Приобскому сосново-боровому округу Иртыш-Обской подпро-винции сосновых и берёзовых остепнённых лесов (Крылов, 1961).

К I классу природной пожарной опасности на исследуемой территории относится 36,2% покрытой лесом площади, средний класс составляет 11,8 (по шкале И.С. Мелехова).

3. Программа, объекты, методики и объем выполненных работ

На каждой пробной площади проводили перечислительную таксацию, описывали напочвенный покров и почву, учитывали подрост и подлесок в соответствии с «Методическими указаниями к изучению типов леса» (Сукачёв, Зонн, 1964). Учёт количества всходов и подроста, его высот-но-возрастной структуры, характера размещения по площади проводили по общепринятой методике A.B. Побединского (1966).

Динамику массы подроста исследовали путём обработки 10 модельных деревьев по каждой высотной группе применительно к трём категориям их жизнеспособности: благонадёжные, сомнительные и усохшие. Всего для четырёх высотных групп (0,1 - 0,5; 0,6 - 1,0; 1,1 - 1,5; 1,6 - 2,0) было взято 120 моделей подроста сосны обыкновенной в разнотравном типе леса. Каждую модель разделяли на две фракции: стволики и несущие хвою ветви. Фракции взвешивали непосредственно в лесу на электронных весах в воздушно-сухом состоянии. Методика определения массы ЛГМ в общих чертах совпадает с описанной Н.П. Курбатским (1970).

Для фитоиндикационной оценки экологических режимов лесных земель Д.М. Киреевым (1977) разработан и нами применён метод основанный на частоте встречаемости растений-индикаторов. Фитоиндикаторы, тесно связанные с экологическими режимами экосистем, позволяют определять водный режим, трофность, аллювиальность, поемность, нарушен-ность и мерзлотность почво-грунтов.

Для анализа экологических факторов и экологических режимов, в которых формируются комплексы ЛГМ использовали описания фитоцено-зов на 28 пробных площадях и 75 круговых площадках, а также флористические списки растений основных типов леса Верхне-Обского массива, опубликованные А.Н. Куприяновым и В.И. Шершневым (2006).

Анализ материалов по всем наблюдениям проводили табличным и графическим методами. Исходные данные в необходимых случаях обрабатывали с использованием компьютерной программы «Statistika».

4. Формирование напочвенных лесных горючих материалов при разных лесоводственно-таксационных признаках типов леса

Тип леса является важным диагностическим признаком условий формирования напочвенных лесных горючих материалов. Однако надежная диагностика условий формирования комплексов ЛГМ, их общей массы и соотношения видов в каждом конкретном случае может быть дана с учетом состава, возраста, полноты и других лесоводственных признаков.

Как видно из таблицы 1, в сосняках мшисто-ягодных разного состава, возраста и полноты общая средняя фитомасса напочвенных лесных горючих материалов составляет 4,0 кг/м2. Однако она существенно изменяется на пробных площадях в зависимости от лесоводственных признаков конкретных насаждений. Например, наибольшая фитомасса лесных горючих материалов выявлена в сосняках мшисто-ягодных при составе древостоя 9С1Б, возрасте 110 лет, полноте 1,0, отсутствии пожаров более 85 лет, примеси лиственных в составе подроста 5,9%. Минимальная масса учтена в сосняке мшисто-ягодном при составе древостоя ЮС, возрасте 70 лет, полноте 1,0, количестве деревьев 1,3 тыс. шт./га.

Таблица 1. - Структура фитомассы напочвенных лесных горючих материалов в сосняках мшисто-ягодных __

Номера пробных площадей Виды ЛГМ и их соотношение в комплексах: в числителе — абс. сухой вес, кг\м2, в знаменателе - %

травы и кустарнички мхи и лишайники опад подстилка сучья диаметром менее 7 мм общая масса ЛГМ, кг/м2

3 0,10/3 0,07/2 0,70/19 2,80/75 0,03/1 3,7

11 0,06/2 0,07/1 0,70/16 3,40/79 0,07/2 4,3

16 0,04/1 0,16/4 0,18/5 3,09/86 0,14/4 3,6

1 0,07/2 0,05/1 0,61/17 2,84/77 0,11/3 3,7

23 0,03/1 0,23/8 0,53/18 2,04/70 0,07/2 2,9

14 0,10/1 0,18/8 0,87/36 1,24/53 0,04/2 2,3

24 0,05/1 0,11/3 0,48/11 3,39/81 0,16/4 4,2

20 0,06/1 0,01/1 0,61/20 2,34/75 0,07/2 3,1

12 0,07/1 0,04/1 0,68/11 5,21/86 0,05/1 6,0

28 0.07/1 0,04/1 0,68/11 5.21/86 0,05/1 6,0

Средние значения 0,06/1,4 ±0,69 0,09/3,1 ±2,83 0,60/16,4 ±8,33 3,15/76,8 ±9,98 0,08/2,2 ± 1,14 4,0 ± 1,21

Исследования показали, что в среднем по 10 пробным площадям в структуре ЛГМ сосняков мшисто-ягодных травы и кустарнички составляют 1,4%, мхи и лишайники - 3,0%, сучья диаметром менее 7 мм - 2,2%. Основную долю фитомассы ЛГМ составляют подстилка (76,8%) и опад

(16,4%). Разница между массой каждого из указанных видов в сосняках мшисто-ягодных разного состава, возраста и полноты находится по травам и кустарничкам в интервале 1-3% , мхам и лишайникам - 1-8%, опаду - 536%, подстилки - 53-86%, сучьев - 1-4%. Разница между максимальным и минимальным участием видов в комплексах ЛГМ составляет 2-7-31-33-3 %, соответственно. Как показывают данные, наибольшая разница в долевом участии характерна для подстилки и опада.

Положительная корреляция в сосняках мшисто-ягодных выявлена: для фитомассы мхов и лишайников с количеством деревьев (0,76) и подроста (0,64); подстилки - с количеством деревьев и подроста (0,64), примесью лиственных в составе древостоев (0,62) (табл. 2).

Таблица 2. - Коэффициенты корреляции между фитомассой напоч-

венных лесных горючих материалов и лесоводственными признаками сосняков мшисто-ягодных______

Виды ЛГМ Лесоводственно-таксационные признаки насаждений

возраст, лет полнота примесь лиственных в составе древостоев, % кол-во деревьев на 1 га, тыс. шт. давность последнего пожара, лет примесь лиственных в подросте, % кол-во подроста, тыс. шт./га

травы и кустарнички -0,35 0,06 0,00 -0,38 -0,36 0,35 -0,13

мхи и лишайники -0,33 0,39 -0,41 0,76 -0,34 -0,08 0,64

опад -0,23 0,38 -0,58 0,53 -0,23 0,15 0,54

подстилка 0,37 -0,43 0,62 -0,64 0,37 -0,10 -0,64

мелкие сучья -0,45 -0,06 -0,14 0,05 -0,46 -0,20 0,12

Общая средняя фитомасса ЛГМ напочвенного покрова в сосняках разнотравных разного состава, возраста и полноты составляет 4,9 кг/м2, но значительно изменяется на пробных площадях в зависимости от лесово-дственных признаков (табл. 3).

При этом травы и кустарнички занимают 2,8%, мхи и лишайники -2,8%, сучья диаметром менее 7 мм - 3,4%. Основную долю фитомассы ЛГМ составляет подстилка - 80%, на долю опада приходится 10%. Разница между массой каждого вида в насаждениях разного состава, возраста и полноты по травам и кустарничкам составляет 1 - 7%, мхам и лишайникам - 0 -7%, опаду - 3 - 18%, подстилки - 72 - 89%, сучьев - 0 - 17%. Раз-

ница между максимальным и минимальным участием указанных видов в комплексах лесных горючих материалов составляет, соответственно, 6 - 7 -15-17-17%.

Таблица 3. - Структура фитомассы лесных горючих материалов в со-

сняках разнотравных

Номера пробных площадей Виды ЛГМ и их соотношение в комплексах: в числителе абс. сухой вес, кг/м2, в знаменателе - %

травы и кустарнички мхи и лишайники опад подстилка сучья диаметром менее 7 мм общая масса ЛГМ, кг/м2

18 0,08/2 0,16/4 0,23/3 4,74/89 0,12/2 5,3

29 0,05/2 0,05/2 0,46/16 2,07/76 0,12/4 2,7

5 0,09/2 0,13/3 0,66/13 4,1/81 0,17/1 5,1

6 0,12/2 0,09/1 0,86/13 5,89/82 0,17/2 7,1

13 0,05/1 0,42/6 0,81/13 4,81/79 0,05/1 6,1

15 0,06/1 0,12/3 0,37/9 3,44/83 0,1/4 4,2

2 0,12/2 0,02/- 0,89/18 3,98/80 0,04/- 5,0

4 L 0,13/5 0,2/7 0,25/9 2,17/76 0,09/3 2,9

21 0,12/3 0,08/2 0,42/9 3,79/83 0,14/3 4,6

22 L 0,13/3 0,19/4 0,26/6 3,39/82 0,19/5 4,2

8 0,16/2 0,11/2 0,88/13 5,5/82 0,09/1 6,7

25 0,16/4 - 0,3/7 3,12/72 0,78/17 4,4

9 0,39/7 0,01/2 0,42/8 4,62/82 0,08/1 5,5

Средние значения 0,12/2,8 ± 1,69 0,12/2,8 ±2,08 0,52/10± 4,21 3,97/80 ±,17 0,16/3,4 ± 4,35 4,9 ± 1,30

Фитомасса трав и кустарничков в сосняках разнотравных наибольшую корреляционную зависимость имеет от возраста древостоя (- 0,63) и количества подроста (- 0,65) (табл. 4).

Общая средняя фитомасса лесных горючих материалов напочвенного покрова в березняках разнотравных разного состава, возраста и полноты в среднем составляет 4,3 кг/м2, т.е. она на 8% больше, чем в среднем по соснякам мшисто-ягодным и на 13% меньше, чем в сосняках разнотравных. Таким образом, результаты исследования показали, что общая фитомасса горючих материалов в березняках разнотравных в зависимости от лесово-дственных признаков насаждений разная, но эта разница значительно менее выражена, чем в сосняках мшисто-ягодных и разнотравных. Это объясняется относительно более однородной структурой насаждений березняков разнотравных по лесоводственным признакам. Долевое участие видов напочвенных лесных горючих материалов в их комплексах по нашим данным в наиболее выраженной степени обусловлено наличием густого подроста с преобладанием лиственных пород. Именно эти два фактора обу-

словили наличие куртин зеленых мхов и резкое снижение массы подстилки по сравнению с насаждениями на других пробных площадях (табл. 5).

Таблица 4. - Коэффициенты корреляции между фитомассой видов лесных горючих материалов и лесоводственными признаками сосняков разнотравных____

Виды ЛГМ Лесоводственно-таксационные признаки сосняка разнотравного

возраст, лет полнота примесь лиственных в составе дре- востоев, % кол-во деревьев на 1 га. тыс. шт. давность последнего пожара, лет примесь лиственных в подросте, % кол-во подроста, тыс. шт./га

Травы и кустарнички 0,63 -0,10 -0,10 -0,43 0,60 -0,22 -0,65

Таблица 5. - Структура массы ЛГМ в березняках разнотравных

Номера пробных площадей Виды и их соотношение в комплексах ЛГМ: в числителе — абс. сухой вес, кг/м2, в знаменателе - % Общая масса ЛГМ, кг/м2

травы и кустарнички мхи и лишайники опад подстилка сучья диаметром менее 7 мм

7 0,32/5 0,01/- 0,56/8 5,76/86 0,04/1 6,7

17 0,12/4 0,05/- 0,11/4 2,72/87 0,11/4 зд

19 0,09/- - 0,17/4 4,74/93 0,12/3 5,1

26 0,11/3 - 0,24/5 3,60/88 0,15/4 4,1

27 0,10/3 0,97/33 0,26/10 1,48/51 0,10/3 2,9

Средние значения 0,15/3,6 ±0,95 0,20/6,6 ± 14,70 0,27/6,2 ±2,68 3,60/81 ± 18,53 0,10/3 ± 1,22 4,3 ± 1,56

В структуре напочвенных лесных горючих материалов березняков разнотравных травы и кустарнички занимают 3,6%, мхи и лишайники -6,6%, опад - 6,2%, сучья - 3%. Как и в сосняках, основную долю составляет подстилка - 81%. Разница между максимальной и минимальной долей участия видов в структуре напочвенных ЛГМ при разных составе, возрасте и полноте составляет, соответственно, 5 - 33 - 6 - 42 - 3%.

Состав, количество и высота подроста являются важными факторами, определяющими условия формирования напочвенного покрова, а также распространения и развития лесных пожаров (Курбатский, 1970). Одна-

ко немногие исследователи уделяли внимание выявлению и оценке фито-массы подроста и ее количественному соотношению с другими видами напочвенных горючих материалов в различных экорегионах и лесных экосистемах (Фуряев, Заблоцкий, Черных, 2005; Софронов, Волокитина, 2010). Для оценки этого фактора одной из первоочередных задач является исследование фитомассы подроста, сгорающей при пожарах и определяющей их интенсивность. Количество подроста в данном исследовании интересовало нас как показатель, позволяющий определить общую массу органического вещества, содержащегося в этом виде лесных горючих материалов. Масса определялась путем умножения количества подроста на вес моделей сосны по высотно-возрастным группам (рис.1).

300-, 270 u 240 '

ü

£ 150-О 120 ^ А 90 ' ^ 60-' 30 '

о -

0,1-0,5 0,6-1,0 1.1-1,5 1,6-2,0 Высота, м

Рис I. Фитомасса фракций подроста по высотно-возрастным группам в сосняке разнотравном

Средняя масса стволиков моделей подроста по высотно-возрастным группам изменяется от 3,2 до 171,1 г., т.е. от высотной группы 0,1-0,5 м до высотной фуппы 1,6-2,0 увеличение составляет более 53 раз. Наиболее значительное увеличение массы наблюдается между второй и первой высотными группами, что вполне объясняется более благоприятными биотическими взаимоотношениями в относительно молодых популяциях подроста.

Динамика массы несущих хвою веток между высотными группами от первой до четвертой изменяется от 3,1 до 106,5 г., т.е. увеличивается в 34,4 раза. Обращает внимание резкое увеличение массы в высотной группе 1,1-1,5 м по сравнению с высотной группой 0,6-1,0 м. Не исключено, что незначительная масса в высотной группе 0,6-1,0 м объясняется систематическим объеданием молодых побегов сосны лосями, которые отдают им предпочтение в связи с благоприятными физиологическими особенно-

стями подроста в этом возрасте и морфологией самого животного (Шерш-нев, 2006).

В природно-климатических условиях Верхне-Обского лесного массива фитомасса всходов и подроста в сосняке разнотравном, сосняке мшисто-ягодном и березняке разнотравном вносит относительно небольшой вклад в органическую массу, сгорающую при лесных пожарах, но его количество, высота, состав и характер размещения по площади являются важными факторами, определяющими развитие пожара и его лесово-дственные последствия.

Преобладание подстилки в структуре напочвенных лесных горючих материалов обусловливает в летний период распространение устойчивых низовых пожаров высокой интенсивности, а наличие сухой травяной ветоши, особенно на непокрытых лесом площадях, способствует возникновению в весенний и осенний периоды беглых, очень быстро распространяющихся пожаров.

Данные о количестве общей массы напочвенных лесных горючих материалов и их структуре могут быть положены в основу расчетов теплотворной способности растительных компонентов и интенсивности вероятных низовых пожаров. Расчеты необходимы для обоснования параметров противопожарных барьеров, условий проведения контролируемых выжиганий напочвенных лесных горючих материалов, а также сил и средств для локализации пожаров.

5. Формирование комплексов напочвенных горючих материалов при разных экологических режимах экотопов

В результате анализа частоты встречаемости фитоиндикаторов для исследуемых типов леса были выявлены экологические режимы экотопов с градациями экологических факторов. Экологический режим экотопа (Киреев, 1977) описывается названием экологических факторов и степенью выраженности их воздействия. Например, формула экологического режима П3Н1З0Г1А обозначает сильную степень воздействия проточности (П3), слабое воздействие наносности (Н1), отсутствие затопляемости (Зо), слабую степень воздействия почвенно-грунтовых вод (Г1) и относительную бедность почвенного субстрата (А).

5.1. Сосняки мшисто-ягодные. Сосняки мшисто-ягодные (Смш.-яг.) располагаются на плоских вершинах грив и увалов. Микрорельеф и нано-рельеф не выражены. Почвы слабо - и среднеподзолистые, боровые пески и супеси.

Экологический режим экотопа сосняка мшисто-ягодного характеризуется отсутствием фактора проточности (П0), наносности (Но), затопляемости (Зо), подтопления почвенно-грунтовыми водами (Го) и относительной бедностью питательного субстрата корнеобитаемого слоя (А-В) и выражается формулой ПоН030ГоА-В. При отсутствии ярко выраженного воз-

действия проточности, наносности, затопляемости и подтопления почвен-но-грунтовыми водами наибольшее воздействие на формирование комплексов горючих материалов напочвенного покрова в условиях экотопа сосняков мшисто-ягодных оказывает трофность питательного субстрата корнеобитаемого слоя почвы (табл. 6).

Таблица 6. - Экологический режим экотопа сосняков мшисто-ягодных

Экологический фактор Ступени экологических режимов

Проточность(П) По

Наносность (Н) Но

Затопляемость (3) 30

Длительность подтопления почвенно-грунтовыми водами (Г) Го

Трофность А-В

Формула экологического режима ПоНоЗоГоА-В

Примечание: О - отсутствие воздействия фактора; 1 - слабая; 2 - средняя и 3 - сильная степень его выраженности.

5.2. Сосняки разнотравные. Сосняки разнотравные (С. ртр) расположены в понижениях рельефа с небольшими уклонами. Произрастают на дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых почвах с развитым травяным покровом. Гранулометрический состав этих почв более тяжёлый, чем под сосняками мшисто-ягодными. В гумусово-эллювиалыюм горизонте А) почва имеет серую окраску, землисто-комковатую структуру, сильно пронизанную корнями. Мощность этого горизонта достигает 30 см. Переход в эллювиальный горизонт резкий по окраске и структуре. Микрорельеф и нанорельеф не выражены. Глубина залегания грунтовых вод до 2-х м. По лесорастительным свойствам эти почвы богаче боровых песков, поэтому на них произрастают наиболее продуктивные насаждения 1-Й классов бонитета.

Общая формула экологического режима экотопа сосняков разнотравных выражается как ПзН^оГгО. Из формулы следует, что в данном случае наиболее сильную степень воздействия на условия формирования комплексов ЛГМ оказывают четыре экологических фактора: сильно выраженная проточность (Пз), слабая наносность (Н]), средняя степень воздействия грунтовых вод (Г2) и трофность (Б), соответствующая богатому питательному субстрату корнеобитаемого слоя почвы (табл. 7).

5.3. Березняки разнотравные. Березняки разнотравные (Б ртр) на территории Верхне-Обского массива в большинстве являются производными сообществами, сформировавшимися в местах произрастания сосняков разнотравных. Причиной их широкого распространения послужили

Таблица 7,- Экологический режим экотопа сосняков разнотравных

Экологический фактор Ступени экологических режимов

Проточность(П) П3

Наносность (Н) н,

Затопляемость (3) Зо

Длительность подтопления (Г) г2

Трофность В

Формула экологического режима ПіН,30Г2О

преимущественно сплошные концентрированные рубки в прошлом столетии, а также лесные пожары в начале XXI века (Шершнёв, 2006; Самсо-ненко, 2009 и др.). Занимая аналогичные условия мест произрастания с сосняками разнотравными, производные березняки разнотравные характеризуются, соответственно, такими же экологическими режимами.

Исследования показали, что если массу ЛГМ в сосняках мшисто-ягодных с экологическим режимом экотопа ПоНоЗоГоА-В принять за 100%, то в сосняках разнотравных с экологическим режимом П3НіЗоГ20 она составляет 113%, а в березняках разнотравных с аналогичным экологическим режимом - 103% (табл. 8., рис.2).

Таблица 8. - Общая средняя масса и соотношение видов ЛГМ в типах

Тип леса Формула экологического режима Общая масса ЛГМ, кг/м2 Соотношение массы видов ЛГМ, %

травы и кустарнички мхи и лишайники опад сучья подстилка ито го

С. мш.-яг. ПоНоЗоГо А-В 4,0 ± 1,22 1,4 ± 0,69 3,0 ± 2,83 16,4 ± 8,33 2,2 ± 1,14 76,8 ± 9,98 100

С. ртр П3Н,30Г2О 4,9 ± 1,30 2,8 ± 1,69 2,8 ± 2,08 10,0 ± 4,21 3,4 ± 4,35 80,0 ±4,17 100

Б.ртр ПзН,30Г2 Б 4,3 ± 1,69 3,6 ± 0,95 6,6 ± 14,7 6,2 ± 2,68 3,0 ± 1,22 81 ± 18,53 100

При разных экологических режимах экотопов соотношение трав и кустарничков изменяется от 1,4 до 3,6%, мхов и лишайников - от 2,8 до 6,2%, опада - от 6,2 до 16,4%, подстилки - от 76,9 до 81,0%. Как следует из этих данных, преобладающую долю в комплексах лесных горючих материалов составляет лесная подстилка. В сосняках мшисто-ягодных, сосняках и березняках разнотравных при разных экологических режимах среднестатистические показатели общей массы ЛГМ и соотношения их видов существенно отличаются.

а)

<0 а

70 76 в

60 ■

ЬО г

40 16,4 '

30 1 д ¿.и 2.2

20 -

10 0 1

травы и опад подстилка

кустарнички

Ь)

»0-ГО 40' 50 40 10 20 10 ■

ай.а

10 0

■ 2,8 2.8 1в'и 3.4

травы и опад подстилка

кустарнички

С)

травы и опад подстилка

кустарнички

Примечание: на горизонтальной оси показаны виды лесных горючих материалов, на вертикальной оси - соотношение массы видов в комплексах.

Рис. 2. Соотношение массы видов ЛГМ: а) сосняки мшисто-ягодные; Ь) сосняки разнотравные; с) березняки разнотравные

Таким образом, с использованием метода накопленных частот встречаемости растений - индикаторов определены формулы экологических режимов экотопов сосняков мшисто-ягодных, сосняков и березняков разнотравных. Установлено, что в условиях Верхне-Обского массива в лесных экосистемах на экологический режим экотопов наиболее выражено воздействие трофности, глубины залегания грунтовых вод и проточности. Воздействие этих экологических факторов оказывает основное влияние на формирование сообществ и комплексов ЛГМ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для доминирующих типов леса Верхне-Обского лесного массива выявлены основные экологические факторы и лесоводственные признаки формирования комплексов напочвенных лесных горючих материалов. Установлено, что масса напочвенных лесных горючих материалов и соотношение их видов в комплексах определяются экологическими режимами экотопа, типом леса, составом, возрастом и полнотой древостоя.

2. В почвенно-геоморфологических условиях Верхне-Обского массива формируются лесные экосистемы, экологические режимы которых и их градации обусловливают формирование живого напочвенного покрова с доминированием разнотравных и кустарничковых группировок растительности, которые определяют возникновение пожаров разных видов и интенсивности на протяжении всего пожароопасного сезона.

3. Вследствие климатических и экологических условий в лесных экосистемах региона создались условия, оптимальные для формирования комплексов напочвенных лесных горючих материалов с максимальным участием подстилки и значительно меньшим - мохового покрова. Преобладание подстилки в составе напочвенных лесных горючих материалов обусловливает развитие в летний период пожароопасного сезона устойчивых низовых пожаров.

4. Установлено, что наиболее значительным экологическим фактором для экотопа сосняков мшисто-ягодных является трофность почвы в корнеобитаемом слое. В экотопах сосняков и березняков разнотравных такими факторами выступают проточность, наносность и глубина залегания грунтовых вод, что подтверждается формулами экологических режимов.

5. В сосняках мшисто-ягодных, сосняках и березняках разнотравных при разных экологических режимах разница между среднестатистическими показателями массы напочвенных лесных горючих материалов и соотношением их видов значительная, что предопределяет необходимость учета этого фактора при прогнозировании параметров вероятных пожаров и их последствий.

6. Общая фитомасса напочвенных лесных горючих материалов и соотношение их видов в сосняках мшисто-ягодных, сосняках и березняках разнотравных в зависимости от лесоводственных признаков существенно различаются. Это указывает на необходимость их учета наряду с экологическими режимами экотопов при моделировании и прогнозировании параметров пожаров и их последствий.

7. Фитомасса всходов и подроста в сосняке разнотравном, сосняке мшисто-ягодном и березняке разнотравном вносит относительно небольшой вклад в органическую массу, сгорающую при лесных пожарах, но количество, высота, состав и характер размещения подроста по площади являются важными факторами, определяющими развитие пожара и его лесо-водственные последствия

Практические рекомендации

1. Для решения задач лесной пирологии целесообразно использовать метод фитоиндикации, который позволяет опосредованно определять экологические режимы экотопов и условия формирования комплексов напочвенных лесных горючих материалов.

2. Полученную информацию о фитомассе напочвенных лесных горючих материалов и соотношении их видов в комплексах при необходимости целесообразно использовать для их регулирования различными лесо-хозяйственными мероприятиями.

3. Данные о фитомассе напочвенных лесных горючих материалов с учетом соотношения их по видам необходимо использовать как основу при расчетах интенсивности вероятных пожаров и их последствий, обоснования нормативов создания противопожарных барьеров, определения сил и средств для локализации пожаров.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ По списку ВАК

1. Фуряев И.В. Роль подроста в формировании комплексов лесных горючих материалов в насаждениях Верхне-Обского массива / И.В. Фуряев, С.Д. Самсоненко, В.В. Фуряев // Хвойные бореальной зоны. - 2010. -Том XXVII. - № 3-4. - С. 257-262.

2. Фуряев, В.В. Контролируемые выжигания лесных горючих материалов с использованием шкал пожароустойчивости сосновых насаждений / В.В. Фуряев, И.В. Фуряев // Лесное хозяйство. - 2010. - № 4. - С. 46-48.

3. Самсоненко, С.Д., Особенности возникновения пожаров в ВерхнеОбском лесном массиве / С.Д. Самсоненко, И.В. Фуряев, В.В. Фуряев // Хвойные бореальной зоны. - № 2. - 2009. - С. 274-277.

Публикации в других изданиях

4. Дементьева Ю.С. Оценка популяций подроста как факторов пожароустойчивости сосняков разнотравных Верхне-Обского лесного массива /

Ю.С. Дементьева, И.В. Фуряев // Молодежь и наука на Севере: Материалы докладов I Всеросс. молодежной науч. конф. - Сыктывкар, 2008. - С. 63-65.

5. Фуряев, И.В. Формирование комплексов напочвенных горючих материалов в сосняках мшисто-ягодных Верхне-Обского лесного массива / И.В. Фуряев, С.Д. Самсоненко, В.В. Фуряев // Экосистемы Центральной Азии: исследования, проблемы охраны и использования: Материалы IX Убсунурского международ.симпозиума. - Кызыл, 2008. - С. 311-314.

6. Фуряев, И.В. Формирование комплексов напочвенных горючих материалов в сосняках разнотравных Верхне-Обского лесного массива / И.В. Фуряев, Ю.С. Дементьева // Пожары в лесных экосистемах Сибири: Материалы Всеросс. конф. с международ, участием, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Н.П. Курбатского. - Красноярск, 2008. - С. 190- 193.

7. Фуряев, И.В. Динамика фитомассы модельных деревцев подроста в сосняках разнотравных Верхне-Обского лесного массива / И.В. Фуряев, Ю.С. Дементьева, В.В. Фуряев // Ботанические исследования в Сибири. -2008.-Вып. 16,- С. 164-167.

8. Фуряев, И.В. Индикационные признаки изменения пожароустой-чивости насаждений / И.В. Фуряев, С.Д. Самсоненко, В.В. Фуряев //' Эко-лого-географические аспекты лесообразовательного процесса: Материалы Всеросс. конф. - Красноярск, 2009. - С. 167-169.

9. Фуряев, И.В. Влияние полноты насаждений на пожароустойчи-вость // Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии: Материалы 8-ой Всеросс. конф. с участием зарубеж. ученых. -Томск, 2009. - С. 50 - 52.

10. Фуряев В.В. Повышение пожароустойчивости лесных культур -важнейший аспект лесовыращивания (на примере Алтайского края) // В.В. Фуряев, И.В. Фуряев // Современное состояние, проблемы и перспективы лесовосстановления и лесоразведения на генетико-селекционной основе: Материалы междунар. науч.-практ. конф. - Гомель, 2009. — С. 221-224.

11. Фуряев, И.В. Структура комплексов напочвенных горючих материалов в насаждениях Верхне-Обского массива Алтайского края / И.В. Фуряев, Ю.С. Дементьева, В.В. Фуряев // Проблемы лесоведения и лесоводства: Сб. трудов. - Гомель, 2009. - Вып. 69. - С. 737-742.

12. Фуряев, И.В. Состав, количество и высота подроста как факторы пожароустойчивости сосняков мшисто-ягодных Верхне-Обского массива Алтайского края / И.В. Фуряев, Ю.С. Дементьева, В.В. Фуряев // Ботанические исследования в Сибири. - 2009. - Вып. 17. - С. 83-86.

13. Фуряев, В.В. Стратегия управления комплексами растительности и фауны ООПТ с учетом воздействия пожаров / В.В. Фуряев, И.В. Фуряев // Материалы Всеросс. конф. с международ, участием, посвященной памя-

тй Л.В. Бардунова (1932 - 2008 гг.). - Иркутск: изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2010. - С.651-654.

14. Фуряев, И.В. Параметры подроста как факторы пожароустойчи-вости березняков разнотравных / И.В. Фуряев, П.А. Цветков, В.В. Фуряев // Ботанические исследования в Сибири. - 2010: - Вып. 18. - С. 193-196.

4: 15.' Фуряев,'И.В. Формирование комплексов напочвенного покрова в условиях экологического режима сосняков мшисто-ягодных ВерхнеОбского массива / И.В. Фуряев, С.Д. Самсоненко, А.Н. Куприянов // Ботанические исследования в Сибири. - 2011: - Вып. 19. - С. 81-86.

- ; 16. Фуряев, И.В. Фитоиндикация экологического режима экотопа сосняков разнотравных Верхне-Обского массива / И.В. Фуряев, С.Д. Самсоненко,В.В: Фуряев //Материалы Всероссийской научной конференции-Иркутск. - С: 432-437.

Отзывы на автореферат просим направлять в трех экземплярах с заверенными печатью подписями по адресу: 620100 г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.УГЛТУ, ученому секретарю диссертационного совета А.Г. Магасумовой. Факс: (343) 262-96-38. E-mail: dissovet.usfeu@mail.ru.

Подписано в печать £>$' 2013 Объем 1,0 п.л. Заказ № 00

Тираж 100. 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Уральский государственный лесотехнический университет. Отдел оперативной полиграфии.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Фуряев, Игорь Валентинович, Екатеринбург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук

Фуряев Игорь Валентинович

Формирование напочвенных горючих материалов в лесных экосистемах Верхне-Обского массива (юго-восток Западной Сибири)

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

06.03.02 - лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

со

о см

см со

Научный руководитель Научный консультант

доктор биологических наук Цветков Пётр Алексеевич доктор биологических наук, профессор Куприянов Андрей Николаевич

Екатеринбург - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.................. 4

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОВ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИРОДНУЮ ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ И ПОЖАРОУСТОЙЧИВОСТЬ ЛЕСОВ.......................................8

1.1. Роль и значение ЛГМ в динамике природной пожарной опасности

и пожароустойчивости лесных экосистем........................................8

1.2. Формирование комплексов ЛГМ под влиянием экологических и

лесоводственных факторов..........................................................18

Выводы..................................................................................23

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................................24

Выводы.................................................................................. 37

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКИ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ........................................................ 38

3.1. Программа......................................................................... 38

3.2. Объекты............................................................................ 38

3.3. Методики........................................................................... 39

3.4. Объем выполненных работ..................................................... 45

Выводы................................................................................. 46

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ НАПОЧВЕННЫХ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗНЫХ ЛЕСОДСТВЕННО-ТАКСАЦИОННЫХ ПРИЗНАКАХ

ТИПОВ ЛЕСА.......................................................................................... 47

4.1. Лесоводственно-таксационная характеристика типов леса............. 48

4.2 Тип леса как важный фактор формирования комплексов

напочвенных горючих материалов................................................ 53

4.3. Формирование комплексов ЛГМ в зависимости от

лесоводственных признаков в разных типах леса................................ 58

4.3.1. Сосняки мшисто-ягодные................................................... 60

4.3.2. Сосняки разнотравные....................................................... 65

4.3.3. Березняки разнотравные.................................................... 69

4.4. Фитомасса всходов и подроста в комплексах напочвенных горючих

материалов............................................................................... 72

Выводы.................................................................................... 83

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ

НАПОЧВЕННЫХ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗНЫХ

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ ЭКОТОПОВ.............................. 87

5.1. Экологические факторы и их режимы.................................... 87

5.1.1. Сосняки мшисто-ягодные.................................................. 90

5.1.2. Сосняки разнотравные...................................................... 100

5.1.3. Березняки разнотравные.................................................... 112

5.2. Комплексы напочвенных горючих материалов в исследуемых

типах леса и их пирологическая оценка............................................. 113

Выводы.................................................................................. 123

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.................................... 123

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................... 127

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Ежегодно в бореальных лесах Евразии возникают десятки тысяч лесных пожаров, охватывающих миллионы гектаров леса. Особенно возрастает горимость лесов в годы с экстремальными погодными условиями [59; 25]. В соответствии с современными представлениями о роли пожаров в формировании лесов ведущие лесные страны переходят от концепции тотального подавления всех без исключения пожаров к признанию целесообразности и необходимости управления пироген-ным фактором, т.е. в конечном счете, регулировании его воздействия на состояние и динамику лесных экосистем [16; 3; 153]. Важнейшим фактором в системах управления пожарами являются комплексы лесных горючих материалов (ЛГМ), количественные и качественные показатели которых определяют интенсивность их горения, эффективность локализации и последствия воздействия на компоненты экосистем [68; 22; 145; 117; 39; 84].

В настоящее время для многих экосистем различных экорегионов получены данные о количестве лесных горючих материалов и определена их роль в возникновении, распространении и развитии пожаров. Однако до сих пор не ставилась задача исследования причин и условий, определяющих формирование различных комплексов лесных горючих материалов. Актуальность исследования определяется необходимостью поиска способов их регулирования для решения задачи оптимального управления воздействием пи-рогенного фактора на лесные экосистемы.

Степень разработанности темы исследований. Диссертация является законченным научным исследованием.

Цель и задачи исследований заключались в выявлении лесоводствен-ных и экологических факторов, влияющих на формирование комплексов лесных горючих материалов в трех доминирующих типах леса ВерхнеОбского лесного массива.

В соответствии с поставленной целью задачи исследований включали:

1. Исследование роли лесово- дственных признаков типов леса в формировании комплексов лесных горючих материалов;

2. Выявление экологических режимов экотопов, определяющих условия формирования комплексов лесных горючих материалов в исследуемых типах леса;

3. Определение фитомассы всходов и подроста и оценка ее вклада в комплексы лесных горючих материалов;

4. Анализ структуры и массы лесных горючих материалов и оценка их пирологического значения.

Научная новизна. Установлено, что структура и масса видов горючих материалов в их комплексах определяются группой лесоводственных факторов, важнейшими из которых являются тип леса, возраст, состав и полнота древостоя. Впервые для опосредованного определения экологических условий формирования комплексов лесных горючих материалов применен метод фитоиндикации, основанный на анализе частоты встречаемости растений-индикаторов. С использованием метода для трех доминирующих типов леса Верхне-Обского массива выявлены основные экологические факторы и условия формирования комплексов лесных горючих материалов. К основным экологическим факторам, определяющим условия формирования комплексов лесных горючих материалов, выявленным по методу фитоиндикации в исследованных типах леса, относятся трофность почвы, наносность, проточ-ность и уровень почвенно-грунтовых вод.

Теоретическая и практическая значимость работы. Метод фитоиндикации позволяет опосредованно определять экологические режимы экотопов и условия формирования комплексов лесных горючих материалов. Выявленные экологические факторы и лесоводственные признаки создают основу для их регулирования различными лесохозяйственными мероприятиями с целью изменения общей массы и соотношения видов в комплексах лесных горючих материалов. Данные о фитомассе лесных горючих материалов могут

быть использованы для расчета энергетических характеристик вероятных пожаров и параметров противопожарных барьеров.

Методология и методы исследования. При получении фактического материала были использованы традиционные научно-обоснованные способы

I

сбора полевого материала с закладкой пробных площадей и определения фи-томассы лесных горючих материалов напочвенного покрова. Для определения экологических условий формирования их комплексов впервые применен метод фитоиндикации. Закладка пробных площадей, сбор экспериментальных данных, анализ и обработка полученных материалов выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Положения выносимые на защиту:

- на формирование комплексов лесных горючих материалов оказывает влияние группа лесоводственных факторов, важнейшими из которых являются тип леса, состав пород, возраст и полнота древостоя

- в условиях Верхне-Обского массива в сосняках мшисто-ягодных, сосняках и березняках разнотравных наибольшее влияние на формирование комплексов лесных горючих материалов оказывают экологические режимы экотопов, включающие градации трофности почвы, проточности и уровня почвенно-грунтовых вод;

- метод фитоиндикации с использованием частоты встречаемости растений-индикаторов позволяет опосредованно, но достаточно объективно выявлять экологические условия формирования напочвенного покрова как основы комплексов лесных горючих материалов;

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов обеспечиваются применением как общепринятых, так и научно обоснованных новых методик. Основные положения и результаты исследований докладывались на: IX Убсунурском международном симпозиуме «Экосистемы Центральной Азии: исследования, проблемы охраны и природопользования (Кызыл, 2008); XV Всероссийской молодежной научной

конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2008); Всероссийской конференции с международным участием «Пожары в лесных экосистемах Сибири» (Красноярск, 2008); 8-ой Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии» (Томск, 2008); V Всероссийской конференции «Эколого-географические аспекты лесообразовательного процесса» (Красноярск, 2009); Международной научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы лесовосстановле-ния на генетико-селекционной основе (Гомель, 2009); XX Всероссийской школе молодых ученых «Проблемы устойчивого развития регионов» (Улан-Удэ, 2009); XI Международной научно-практической экологической конференции «Видовые популяции и сообщества в естественных и антропогенно-трансформированных ландшафтах: состояние и методы его диагностики» (Белгород, 2010); Всероссийской научной конференции «Проблемы изучения и сохранения растительного мира Евразии» (Иркутск, 2010).

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в т.ч. 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка. Объем рукописи составляет 141 страницу, включает 39 таблиц, 24 рисунка. Библиографический список содержит 166 источников, в т.ч. 9 иностранных.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОВ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИРОДНУЮ ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ И ПОЖАРОУСТОЙЧИВОСТЬ ЛЕСОВ

1.1. Роль и значение напочвенных лесных горючих материалов в динамике природной пожарной опасности и пожароустойчивости лесных экосистем

Проблема лесных пожаров включает в себя множество вопросов по их предупреждению, обнаружению, локализации и тушению. Её решение сопряжено с выявлением и оценкой природной пожарной опасности и пожароустойчивости насаждений лесного фонда, прогнозированием последствий огневого воздействия и определением лесоводственного, экологического и экономического ущерба от пожаров.

В соответствии с целью нашего исследования представляет интерес и более тщательный анализ современных представлений о роли комплексов напочвенных лесных горючих материалов (ЛГМ) в состоянии и динамике природной пожарной опасности и пожароустойчивости насаждений. Особое внимание в анализе стоит уделить сведениям и научным наблюдениям, которые в той или иной мере затрагивают экологические факторы и лесово-дственные признаки, под влиянием которых формируются те или иные комплексы ЛГМ, которые, в свою очередь, обусловливают уровень природной пожарной опасности и пожароустойчивости насаждений.

В историческом аспекте развитие представления о природной пожарной опасности целесообразно проследить с тридцатых годов XX столетия. Так, например, американский исследователь Стикел [163] на основе многолетних наблюдений пришёл к обобщающему заключению о том, что в елово-пихтовых лесах штата Нью-Йорк относительно редко образуются условия, благоприятные для возникновения пожаров. Причина этого явления заключается в том, что вечнозелёный полог тёмнохвойных деревьев (ель, пихта)

плохо пропускает через себя солнечный свет, вследствие чего влагосодержа-ние напочвенных ЛГМ сохраняется на высоком уровне. Итак, по существу это первый исследователь, который косвенно указал, что состояние напочвенных ЛГМ может определяться видовым составом и полнотой насаждений.

1 I

Зависимость природной пожарной опасности еловых лесов Пруссии от их морфологических особенностей отметил и проф. Векк [166]. При этом он установил, что ельники по сравнению с сосняками горят в 33,3 раза меньше, однако причина этого, по его мнению, заключается в том, что сосновые леса в условиях Пруссии господствуют в сухой части равнины, а еловые - в горах с влажным и более прохладным климатом.

И.С. Мелехов [72] все типы леса и категории площадей лесного фонда разделил на пять классов природной пожарной опасности, используя в качестве основных факторов условия местопроизрастания (экотопа), древесную формацию и возраст древостоя. Большинство типов леса с темнохвойными породами отнесены в этой классификации к низкому классу природной пожарной опасности. Следует отметить, что классификация И.С. Мелехова с незначительными изменениями и дополнениями существует уже более 60 лет и является официальным руководством для разделения лесного фонда России по классам природной пожарной опасности слагающих его насаждений.

Решающее значение экотопа в формировании насаждений разной природной пожарной опасности придавал В.Г. Нестеров [79]. Однако при этом он не придавал особого значения господствующей древесной породе, поэтому все хвойные насаждения на сухих и мокрых почвах, без разделения на темнохвойные и светлохвойные формации, отнесены им к классам средней и высокой природной пожарной опасности. Вследствие игнорирования роли древесной породы шкала В.Г. Нестерова получилась достаточно грубой, на что позднее указал С.П. Анцышкин [6]. Тем не менее, он признавал возможность её практического использования в условиях равнинных лесов Европейской части СССР.

Как достаточно низкую природную пожарную опасность тёмнохвой-ных насаждений по сравнению со светлохвойными оценивал И.Н. Балбышев [7; 8; 9; 10]. Вследствие этого в его шкале по степени ПГТО тёмнохвойные насаждения мшистой группы занимают одно из последних мест. Однако в связи с тем, что тёмнохвойные породы (пихта, ель, кедр) вследствие относительно тонкой коры характеризуются низкой огнестойкостью, а насаждения сформированные с их преобладанием - низкой пожароустойчивостью, в южной и средней тайге Западной Сибири произошло сокращение их площадей и распространение сосны как более огнестойкой породы.

Решающую роль условий экотопа в формировании ППО отметил Н.К. Таланцев [113], указав на наиболее высокую пожарную опасность сосновых насаждений на сухих песчаных и супесчаных почвах.

В более поздний период времени большинство исследователей меньше внимания обращали на причины и условия формирования различной природной пожарной опасности, априори соглашаясь с классификационной схемой И.С. Мелехова [72] и общими указаниями на этот счёт других специалистов. Тем не менее, до настоящего времени уделяется много внимания исследованиям «пожарной опасности лесных участков» (типов леса, типов насаждений, лесных экосистем) по условиям текущей погоды. Начиная с основополагающих в этом плане работ В.Г. Нестерова [77; 79], исследователи природы пожаров и практики лесного хозяйства основное внимание сосредотачивали на выявлении и оценке условий погоды, при которых могли возникать пожары в разных типах леса и на других категориях площадей лесного фонда [35; 65; 66; 67; 105; 104].

В начале шестидесятых годов появились предложения о том, что термин «пожарная опасность лесного участка» должен отражать вероятность возникновения пожаров той или иной силы и вида на данном участке в определённое время, т.е. включать в себя также и вероятность появления источ-

ников огня [66]. Иными словами, появилась надежда характеризовать «пожарную опасность» типа леса (лесного участка, части лесного фонда) количественным показателем, показывающим вероятность возникновения пожаров за определённый промежуток времени. К сожалению, упомянутой надежде не суждено было осуществиться до сих пор и пожарная опасность типов леса и категорий лесных площадей (вырубок, гарей, заболоченных участков) определяется лишь указанием величины показателя засухи, при котором появляется их пожарная зрелость, т.е. состояние влагосодержания напочвенных ЛГМ, при котором возможно возникновение и распространение горения, как очага возможного пожара.

В более поздних работах Н.П. Курбатский [69] предложил в качестве объекта определения «пожарной опасности» не «тип леса» или «лесной участок» вследствие незначительных размеров площадей занимаемых ими, а так называемую