Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Начальные этапы послепожарных демутаций в искусственных сосняках степного Заволжья

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Начальные этапы послепожарных демутаций в искусственных сосняках степного Заволжья"

Асиновская Анастасия Владимировна

На правах рукописи

НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ ПОСЛЕПОЖАРНЫХ ДЕМУТАЦИЙ В ИСКУССТВЕННЫХ СОСНЯКАХ СТЕПНОГО ЗАВОЛЖЬЯ (НА ПРИМЕРЕ КРАСНОСАМАРСКОГО ЛЕСНОГО МАССИВА)

03.02.08 - Экология. Биология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

О ОКТ 2014

Москва - 2014 005553962

005553962

Работа выполнена на кафедре экологии, ботаники и охраны природы ФГБОУ ВПО «Самарский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Прохорова Наталья Владимировна

Официальные оппоненты:

Саксонов Сергей Владимирович

доктор биологических наук, профессор, заместитель директора по науке ФГБУН Института экологии Волжского бассейна РАН

Карписонова Римма Анатольевна

доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБУН Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН

Ведущая организация:

ФГБУН Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Защита диссертации состоится 8 декабря 2014 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.154.20 при ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 129164, Москва, ул. Кибальчича, д. 6, корп. 5, Институт биологии и химии, ауд. 304.

Факс / тел.: (495) 683-16-34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 119991, Москва, ул. М. Пироговская, 1, а также на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» wvvw.rnpgu.edu.

Автореферат разослан

октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Шаталова Светлана Петровна

Актуальность темы. Красносамарский лесной массив — это единственная относительно крупная лесная территория на всем крайнем степном юго-востоке европейской части России, несомненная природная уникальность которого подтверждена многочисленными исследованиями (Матвеев, 2003, 2004; Корчиков, Прохорова и др., 2010). Располагаясь в долине р. Самары, он является естественным продолжением Бузулукского бора - крупнейшего в степной зоне Северной Евразии лесного острова с сосновыми и сосново-широколиственными насаждениями (Кин, 2009). Сосновые боры по праву считаются наиболее ценными лесами в Самарской области, но при этом они занимают всего десятую часть ее лесных территорий (Природа..., 1990). Существенную площадь Красносамарского лесного массива занимают искусственные сосняки. Особая роль сосны в степном Заволжье связана с ее способностью к закреплению песка. Массив удерживает своей корневой системой тысячи тонн песка, препятствуя его проникновению на черноземы примыкающих сельскохозяйственных угодий. Бесспорно значение Красносамарского лесного массива и в улучшении некоторых климатических условий района исследований, в первую очередь, - это снижение воздействия ветра, снегозадержание и повышение влажности воздуха.

Почти ежегодно на этой территории Красносамарского лесного массива горят сосновые леса. В мае 2006 года катастрофическим по масштабу низовым пожаром в Красносамарском лесном массиве была затронута территория около 3 тыс. га. Сосна — очень выносливая древесная порода, успешно приспособившаяся к периодическому воздействию лесных пожаров. Однако ее естественное возобновление зависит от условий произрастания и может по-разному проходить в различных природных зонах. Наиболее сложными для восстановления лесными экосистемами являются сосновые боры, находящиеся на границе распространения сосны — в степной зоне. Здесь восстановление сосняков наиболее затруднено (Комаров, 1951; Бельгард, 1971; Рубцов и др., 1976; Кириков. 1983; Ишутин, Куприянов, 1999). На территории Самарской области, располагающейся на стыке зон лесостепи и степи, проходит граница ареала естественного произрастания сосны обыкновенной, что делает эту породу более уязвимой к изменению природных условий, а также по отношению к воздействию пирогенного фактора.

Лесные пожары оказывают сильное негативное влияние на основные компоненты лесного фитоценоза (травостой, самосев и подрост древесных пород, древостой, лесную подстилку и почву). Закономерности постпирогенных процессов в естественных сосняках степной зоны наиболее подробно были изучены для части Бузулукского бора, расположенной на территории Оренбургской области (Климентьев, 2010). Однако последствия лесных пожаров и послепожарное восстановление соснового леса в Самарском регионе изучены недостаточно (Ильина, 2011), что особенно касается долинных лесов в зоне настоящих степей. Наши исследования осуществлялись в искусственных сосняках, которые существенно отличаются по биоэкологическим характеристикам от естественных. Пожары приводят, в первую очередь, к значительному изменению экологических условий на гарях, и процесс лесовосстановления во многом зависит от напряженности

складывающихся постпирогенных факторов (Валендик, 1996). Поэтому изучени даже начальных стадий постпирогенной демутации лесных экосистем в сложны природных условиях с засушливым резко-континентальным климатом являете актуальной задачей, разрешение которой открывает возможности для последующег практического использования экспериментальных результатов в лесоведении лесоводстве.

Цель исследования - выявление особенностей ранних стади" постпирогенной возобновительной сукцессии после низового пожара искусственных сосновых насаждениях на территории Красносамарского лесног массива в Самарской области.

Задачи:

1. Дать оценку постпирогенным изменениям почвенного покрова лесной подстилки в изучаемых сосняках.

2. Выявить динамику видового состава и биоэкологичесю характеристик травянистого покрова сосняков Красносамарского лесного массива в послепожарный период.

3. Проанализировать влияние низового пожара на комплек биоэкологических показателей древесного и кустарникового ярусов изучаемых сосняков.

4. Установить влияние низового пожара на лихенофлору изучаемых сосновых насаждений

5. Выявить специфические особенности послепожарных демутаций искусственных сосняках степной зоны Самарского Заволжья.

Научная новизна. Впервые для Самарской области осуществлены комплексные исследования начальных стадий постпирогенных процессов в искусственных сосняках, выявлены особенности их послепожарного восстановления в зависимости от лесорастительных условий. Получены новые данные о воздействии низовых пожаров на травянистый покров, почву, лесную подстилку, древостой, семенное возобновление, лихенофлору сосновых лесов и степной зонах европейской части России. Полученные данные вносят определенный вклад в лесную пирологию (проблемы пожароопасности и постпирогенного восстановления искусственных сосняков в степной зоне), лесоведение (проблемы послепожарной динамики состояния лесных сообществ и семенного возобновления сосны), прикладную геоботанику (геоботанические характеристики постпирогенных лесных ландшафтов), экологию леса и общую экологию (особенности воздействия пирогенного фактора на лесные экосистемы в степной зоне).

Практическая значимость. Результаты исследований используются в учебном процессе в ВУЗах города Самары, они также могут быть использованы в практической работе министерства лесного хозяйства, охраны окружающей среды и природопользования Самарской области и сопредельных регионов.

Защищаемые положения:

1. Разрушение лесной подстилки пожаром стимулирует прорастание семян сосны, но в противовес этому климатические условия степной зоны и активное разрастание травостоя препятствуют их дальнейшему развитию. В

4

условиях искусственных сосняков степной зоны Самарского Заволжья (Красносамарский лесной массив) длительность восстановления лесной подстилки, тесно связанная со степенью прогорания, скоростью и характером восстановления травяного покрова, микроклиматическими условиями конкретных гарей, составляет 5-7 лет.

2. Восстановление травянистой растительности на гарях связано с характером прилегающих фитоценозов (занос семян) и степенью прогорания лесной подстилки (сохранение подземных вегетативных органов). Послепожарное изменение водного и теплового режима почв определяет рост видового разнообразия травянистого покрова горевших сосняков за счет злаков и сорных видов, более богатый набор доминант, увеличение встречаемости, площади проективного покрытия и его мозаичности.

3. В условиях степной зоны Самарского Заволжья в Красносамарском лесном массиве жизненное состояние древостоев сосны обыкновенной, поврежденных пожаром, достоверно связано с их возрастом, исходным бонитетом, высотой подпалин, активизацией деятельности насекомых-вредителей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на XXXIX научной конференции студентов Самарского государственного университета в секции «Экологии, ботаники и охраны природы» (2008 г.); XXXV Самарской областной студенческой научной конференции по направлению «Биология», в секции «Охрана окружающей среды» (2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров, 27-25 ноября, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные подходы к естественнонаучным исследованиям и образованию» (г. Казань, 12-13 марта, 2009 г.); XVI Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (г. Сыктывкар, 6-10 апреля, 2009 г.), на XIV Международной экологической студенческой конференции МЭСК-2009 (НГУ, г. Новосибирск, 2009), на IX международной научной конференции «Наука. Творчество» (8 апреля 2013 г.).

Публикация результатов исследования. Основные результаты диссертации отражены в 15 публикациях, три из которых размещены в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлен весь комплекс полевых и лабораторных исследований, обработка и анализ фактического материала. Написание текста диссертации осуществлялось автором по плану, согласованному с научным руководителем.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 261 странице и состоит из введения, семи глав, заключений, выводов, рекомендаций, списка литературы, приложений. В работе приведено 47 рисунков, 24 таблиц. Список использованной литературы содержит 235 источников, в том числе 21 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ И ПОСТПИРОГЕННОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СОСНОВЫХ

НАСАЖДЕНИЙ

В главе 1 представлен обзор литературы, в котором рассмотрены следующие вопросы: лес как тип наземных экосистем, его биологические и экологические особенности; Pinns sylvestris L. как лесообразующая порода, особенности искусственных сосновых насаждений; сосновые леса Самарской области; лесная пирология как наука; причины лесных пожаров и факторы, усиливающие пожароопасность в лесах; воздействие пожара на лесные фитоценозы; пожароопасность сосновых лесов и особенности постпирогенных процессов них; лесные пожары на территории Самарской области, пожароопасность Красносамарского лесничества; демутации как вид восстановительной сукцессии.

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе дана подробная физико-географическая характеристика района исследований, раскрыты принципы выбора и закладки пробных площадей, приведены методы исследований и изучаемые показатели.

Выбор и закладка пробных площадей. В мае 2006 года катастрофическим по масштабу низовым пожаром в Красносамарском лесном массиве была затронута территория около 3000 га. Для исследований в пределах Красносамарского лесного массива в 2006 году были выбраны 2 пробные площади, на которых в течение 6 лет (до 2011 г.) велись ежегодные наблюдения в летний период (с 15 июня по 15 июля). Первая площадь, называемая контрольной, не была затронута лесным пожаром. Вторая площадь, называемая гарью, пострадала от беглого низового пожара в мае 2006 г, на основании чего и проводился их сравнительный анализ по различным показателям, изучаемым в динамике. Закладка этих пробных площадей проводилась с учетом следующих особенностей. Экспериментальные участки не должны были располагаться ближе, чем на 50 м. от края леса или границы с поляной, дорогой. Площади выбирались однородными по микрорельефу, древостою, кустарниковому подлеску, возрасту древостоя и его сомкнутости. Пробные площадки ограничивались при помощи шпагата и кольев. Размер каждой пробной площади составлял 50x50 м.

Через 5 лет после пожара на территории Красносамарского лесного массива были заложены 10 дополнительных пробных площадей, 5 из которых пострадали от беглого низового пожара в 2006 году, а пять пробных площадей не были затронуты пожаром и использовались в качестве контроля в сравнительном анализе восстановления лесных фитоценозов после пожара. Размер каждой горевшей и контрольной дополнительной пробной площади составляла не менее 2500 м2.

По изученным показателям проводился сравнительный анализ стационарных пробных площадей (№ 1 - контроль; №2 - гарь) в течение 6 лет, с 2006 по 2011 гг. и дополнительных пробных площадей, горевших и

контрольных, в вариантах №1, №2, №3, №4 и №5 в 2011 г., на шестой год после пожара.

Объекты исследований. Объектами наших исследований служили такие компоненты лесного фитоценоза, как лесная подстилка и почва, травостой, самосев и подрост древесных пород, древостой, а также кустарниковый ярус на пробных площадях двух категорий: подвергшихся в 2006 году воздействию беглого низового пожара и незатронутых пожаром.

Методы исследований. Анализ строения почвенных горизонтов определяли методом почвенного разреза, руководствуясь общепринятыми в почвоведении методиками (Практикум по почвоведению..., 2002). Определение реакции почвенного раствора проводилось путем анализа водной вытяжки почвенного образца. Количественное содержание органического углерода в почве определялось по методу Тюрина в модификации Никитина. Активность почвенного фермента каталазы определялась газометрическим методом, основанным на измерении объема выделившегося кислорода при разложении перекиси водорода. Качественный анализ водной вытяжки иа содержание в ней ионов Cl", SO42", Са2+ проводился путем реакций, позволяющих выявить их примерное содержание в почвенном растворе. (Практикум по почвоведению..., 2002).

Морфологические характеристики лесной подстилки исследовали, путем сравнительного анализа струкгуры слоев и выделения в них отдельных фракции.

Обследование травостоя осуществлялось случайно-регулярным методом — с закладыванием по диагонали и вдоль краев пробной площади учетных площадок 1x1 м. На указанных пробных площадях определяли видовой состав травостоя, названия видов приведены по С.К. Черепанову (1995) с уточнениями по H.H. Цвелеву (2000). Расчет встречаемости вида проводили по общепринятой методике (Матвеев, 2006). Для характеристики количественного участия видов в фитоценозе пользовались балльной шкалой обилия видов Браун-Бланкье (Матвеев, 2006). Для оценки состава экологических групп травянистых растений на пробных площадях был проведен анализ по «системе экоморф», предложенной в 1950 году A.J1. Бельгардом и доработанной Н.М. Матвеевым для условий степной зоны Поволжья (Матвеев, 2006). Также был проведен анализ травянистой растителыюсти по системе жизненных форм К. Раункиера (Матвеев, 2006). От способа распространения семян и плодов зависит скорость расселения вида, и доля его участия в сложении флоры и растительности для той или иной территории. По этому признаку виды растений подразделяли согласно Н.М. Матвееву (2006) с использованием указаний других авторов (Ильинский, 1945; Левина, 1957; Тарасов, 1981). Биоморфологический анализ травянистого покрова проводили с использованием системы жизненных форм И.П Серебрякова (1974).

В пределах пробных площадей размером 50x50 м. изучалось каждое дерево с учетом различных характеристик: диаметр, возраст, высота подпалин. Анализ жизненного состояния древостоя по шкале В.А. Алексеева (1989). Анализ семенного возобновления сосны проводился путем заложения 50 учетных площадок размером 1x1 м. случайно-регулярным способом.

Учитывались следующие показатели: количество, возрастной состав и жизненность подроста (Методы изучения лесных сообществ, 2002; Матвеев 2006).

Для изучения кустарникового яруса были заложены пробные площади размером 50x50 м. Учитывались следующие показатели: видовой состав, общая площадь проективного покрытия, доля проективного покрытия каждого вида (определялась глазомерным способом), господствующая высота (измерялась при помощи рулетки), способ возобновления и величина годового прироста.

Для выявления видового состава лишайников в искусственных сосняках Красносамарского лесного массива на каждой пробной площади производились полевые сборы всех обнаруженных экземпляров. Обработка материала производилась стандартными микроскопическими методами (Определитель..., 1974) с использованием микроскопов МБУ-4, МБС-10 и определительных ключей (Томин, 1956; Бархалов, 1963; Горбач, 1965; Ходосовцев, 2005). Для установления вида основных форофитов привлекали определители (Валягина-Малютина, 1998; Маевский, 2006). Таксономия их приводится по С.К. Черепанову (1995).

ГЛАВА 3. ПОСТПИРОГЕННАЯ ДИНАМИКА ПОЧВ И ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ

Заложенные почвенные разрезы характеризовали неполноразвитый чернозем обыкновенный (Козлов, 2006), глубоковскипающий, слабогумусированный, среднемощный, песчаный на песке. Сравнение почвенных профилей на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях существенных различий не выявило, что говорит о схожести почвообразовательных процессов на них, а также от том, что пирогенный фактор оказал влияние лишь на горизонт Ао - лесную подстилку, частично выгоревшую после пожара.

В целом, для почв, как стационарных, так и дополнительных пробных площадей характерна тенденция повышения значений рН, вплоть до защелачивания, сохраняющаяся в течение 6-ти послепожарных лет. Основным фактором, влияющим на понижение кислотности почвы гарей, являются компоненты золы сгоревшей части лесной подстилки (рис. 1, 2).

В результате исследования почв со стационарных и дополнительных пробных площадей выявлено пониженное содержание органического углерода в почве горевших территорий. Изменение содержания органического углерода в верхних слоях почвы со временем было связано со степенью воздействия пожара, характером травянистой растительности и микроклиматическими условиями (рис. 3, 4).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что и на стационарных, и на дополнительных горевших пробных площадях активность почвенного фермента каталазы через определенный период времени (2 года для исследуемых сосняков) практически полностью восстановилась, что указывает на нормализацию микробиологических процессов в верхних слоях почвы (рис.

Почвы, отобранные на всех контрольных и горевших пробных площадях, характеризуются слабой минерализацией.

На шестой год после пожара, как на стационарных, так и на дополнительных пробных площадях структура лесной подстилки обладала схожими параметрами и соотношением мощности слоев на гари и в контроле. В течение всего послепожарнош периода для лесной подстилки гарей характерен более мощный онадный слой и менее мощные по сравнению с контролем ферментационный и гумификационные слои. Степень восстановления биологического равновесия в лесной подстилке, прежде всего, — микробиологической активности, зависела от степени прогорания, густоты травянистого покрова и микроклиматических условий.

ГЛАВА 4. СОСТОЯНИЕ ТРАВЯНИСТОГО ПОКРОВА НА ГОРЕВШИХ И КОНТРОЛЬНЫХ ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЯХ

Анализ полученных данных показал, что видовое разнообразие травостоя па гари тесно связано с интенсивностью пожара и степенью прогорания лесной подстилки. Большую роль в зарастании постпирогенных пространств играет соседство с луговым или лугово-степным фитоценозом, которые является источником заселения новых видов. Почти полное уничтожение подстилки через шесть лет после пожара приводит к усиленному задернению гари злаками, угнетающими остальные виды трав, и, как следствие, снижению видового разнообразия. Однако, на протяжении 6 лет после пожара число видов па гари превышает число видов в контроле (рис. 7, 8).

Наибольшей встречаемостью (10-46%) на постпирогенном пространстве характеризуются следующие виды: Calamagrostis epigeios, Convolvulus arvensis, Picris hieracioides, Melcindrium album, Stellaria media, Dracocephalum thymijlorum, Solidago virgaurea, Berteroa incana, Gypsophila paniculala, Chamerion anguslifolium, Cannabis saliva, Bromopsis inermis, Poligonatum odoratum, Convallaria majalis, Lactuca serriola, Conyza canadensis, Festuca polesica, Carex supina, Melica transsilvanica. Elytrigia repens, Chelidonium majus, Amaranthus albus. Лимитирующим фактором для восстановления видов, обитавших до пожара, а также для заселения новых видов, является степень прогорания подстилки. Травянистый покров гари в отличие от контроля характеризуется на начальных этапах зарастания большим видовым разнообразием, мозаичностью и полидоминантностыо. Доминантами на данной территории являются: растения с заглубленным расположением почек возобновления, что позволяет им пережить неблагоприятные условия; растения, относящиеся к группе злаков, обладающие сильно разветвленным подземными корневищами и высокой способностью к вегетативному размножению; растения рудеральпого типа, отличающиеся неприхотливостью и быстрым развитием особей. Для травянистого покрова контрольных пробных площадей характерно малое число доминант, что связано со слабым развитием травостоя в целом.

6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8

5.6 5,4

5,2 5

"V

5.2 2006

2007

■■ Гарь

.! ,23

2008 2009

Годы

2010 Кот-роль

5,16 2011

Рис. 1. Динамика среднего значения рН почвы на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 гг.

п/пЖ*

Ввришп ы

Рис. 2. Среднее значение рН почвы дополнительных горевших и контрольных сосновых насаждений в 2011 г.

200(5 200? 2008 2009 2010 2011 Годы

пп!

1,91

1.6

-1.-1

, Ш I

пп4

Варианта ¡«Гарь Контроль

пп4

—Контроль

Рис. 3. Динамика среднего содержания органического углерода в почве Рис. 4. Среднее значение органического углерода в почве

на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006- дополнительных горевших и контрольных сосновых насаждений в 2011 г.

2011 гг.

0,145 0,14 0,135

3 0,13

1 0,125

2 0,12 £

§ 0,115

9

I о.п '

0,105 0,1

о|з

{.128 oL «Íl29 ф

I ......р............$

ojy

2006

2008 2009

Годы

2010 Контроль

Рис. 5. Динамика активности почвенной каталазы на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 гг.

2008 2009

Годы

й контроль

Рис. 7. Динамика видового разнообразия травянистых растений на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 г.

Рис. 6. Активность каталазы почвы в 2011 г. в различных вариантах, горевших и контрольных сосновых насаждений.

35,00

28

ц/п№3 п,'п№5

Варга нгы Й Гарь : :: Кошроль

Рис. 8. Общее количество видов травянистых растений в 2011 г. в различных вариантах, горевших и контрольных сосновых насаждений.

Общая площадь проективного покрытия (ОПП) травостоем горевших и контрольных территорий, как и встречаемость видов трав, также тесно связана со степенью нарушенности лесной подстилки и резко возрастает на постпирогенном пространстве, в несколько раз превышая таковую в контроле. Во всех контрольных вариантах травянистый покров разрежен и характеризуется низкими значениями ОПП (рис. 9, 10).

Доминирующей группой на гарях являются гемикриптофиты и криптофиты, а следующей по доле участия группой - террофиты. Незначительно представленны фанерофиты и хамефиты. Из полученных данных можно сделать вывод, что на гарях, максимально граничащих с луговыми и лугово-степными фигоценозами, травянистый покров восстанавливается с преобладанием гемикриптофитов и криптофитов. В остальных вариантах гарей доминируют гемикриптофиты и терофиты. В контроле, не смотря на гораздо меньшее видовое разнообразие, наблюдали схожее распределениние групп по доле участия в травянистом покрове.

Анализ групп травянистых растений по способу распространения семян выявил следующую закономерность: на гари семенное распространение растений происходит преимущественно при занесении семян ветром из соседних лугово-степных фитоценозов, а так же за счет опадания семян выживших растений. Доля мирмекохоров мала по сравнению с контролем, что косвенно свидетельствует о сокращении численности мирмекофауны после пожара в течение всего периода исследований

Проведенный ценоморфный анализ позволил выявить следующие закономерности. Так, во всех случаях происходит заселение гарей рудеральной растительностью, но при этом гари, граничащие с луговыми и лугово-степными сообществами, зарастают преимущественно пратантами и пратантами-рудерантами. На гари, граничащей со степным фитоценозом, больше представлена доля степантов. Лесные виды хорошо себя чувствуют в затененных насаждениях со слабо прогоревшей лесной подстилкой, находящихся внутри лесного массива. В целом для контроля характерно во всех случаях более высокое содержание пратантов, как правило, более низкая доля степаитов-рудерантов. Нестабильно и слабо выражено по сравнению с гарью, присутствие рудерантов. Степанты присутствуют также не на всех вариантах контроля, доля их сильно варьирует. Сильванты достаточно распростарнены в контрольных насаждениях, и доля их больше, чем на гари. Сипьванты-рудеранты встречались лишь в двух вариантах контроля с меньшей долей, чем на гари.

Для групп растений по отношению к водному режиму можно отметить то, что ксерофитные черты, характерные для контрольного соснововго насаждения, сохраняются и на гари, где весь период наблюдали ксерофитизацию травянистого покрова. Поскольку сосновые леса относятся к светлым, то доля светолюбивых видов доминирует как на гари, так и в контроле. Отмечено, что во всех вариантах контроля доля мегатрофов значительно ниже, чем на гарях. Доля мезотрофов во всех вариантах контроля, напротив, превышает таковую на гари. Различия в доле олиготрофов между гарью и контролем незначительны. Подобное распределение групп растений по отношению к режиму питания на

гари и в контроле косвенно указывает на повышение количества минеральных веществ в почве гарей. Анализ групп растений по отношению к тепловому режиму показал, что основной группой, как на гари, так и в котроле, являются мезотермы. Однако подмечено увеличение доли олиготермов и уменьшение доли мегатермов на гарях, что может косвенно свидетельствовать об изменении теплового режима на постпирогенных пространствах. Изучение травянистого покрова всех вариантов стационарных и дополнительных пробных площадей с точки зрения биоморфологических характеристик выявило закономерности, свойственные для светлых и нарушенных лесов: как в контроле, так и на постпирогенных пространствах доминируют стержнекорневые и длиннокорневищные поликарпические многолетники, а также представлены короткокорневищные поликарпики, обладающие широкой экологической пластичностью. Однако для гарей всегда характерна более высокая доля монокарпических одно- и двухлетников, активно заселяющих места с прогоревшей лесной подстилкой.

Рис.9. Общая площадь проективного покрытия травостоя на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 г.

п-п 1 п'п2 пьпЗ пп4 п.'п?

Варианты

! йгарь ^контроль

Рис.10. Общая площадь проективного покрытия травостоя в 2011 г. в различных вариантах, горевших и контрольных сосновых насаждений.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ НИЗОВОГО ПОЖАРА НА ДРЕВОСТОЙ СОСНЯКОВ И СЕМЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ СОСНЫ

Жизненное состояние древостоев сосны, поврежденных пожаром, тесно связано с их возрастом, исходным бонитетом, высотой подпалин, активизацией деятельности насекомых-вредителей.

• Для сосен возрастом 30 лет и бонитетом класса III при средней высоте подпалин 55 см. воздействие беглого низового пожара приводит на 6-й год к «сильно поврежденному» состоянию древостоя (доля здоровых деревьев -8%).

• Сосновый древостой возрастом 40 лет, бонитета класса II при средней высоте подпалин 20 см. на 6-й послепожарный год характеризуется как «здоровый» (доля здоровых деревьев - 89%).

• Древостой возрастом 50 лет, бонитета класса II при средней высоте подпалин 35 см. также относится к категории «здоровый» (доля здоровых деревьев - 75%).

• Древостой возрастом 60 лет, бонитета класса III при средней высоте подпалин 155 см. относится к «разрушенным» (доля здоровых деревьев — 15%).

• Древостой возрастом 70 лет, бонитета класса I при средней высоте подпалин 180 см. на 6-й год послепожара является «сильно поврежденным» (доля здоровых деревьев - 0%).

• Древостой возрастом 80 лет, бонитета класса II при средней высоте подпалин в 105 см характеризуется как «поврежденный» (доля здоровых деревьев - 45%).

Таким образом, благополучно переживают воздействие беглого низового пожара древостой 40-50 лет (бонитет класса II) при средней высоте подпалин 20 и 35 см. соответственно. Для 30-летних древостоев (бонитет класса III) высота подпалин 55 см. является губительной. Древостой возрастом 60 лет (бонитет класса III) и 70 лет (бонитет класса II) также практически полностью погибают на 6-й послепожарный год при высоте подпалин 155 и 180 см. соответственно. При повреждении огнем 80-летнего древостоя сосны (бонитет класса II) со средней высотой подпалин 105 см. сохраняется около половины деревьев.

В последующие годы после пожара появившийся самосев сосны полностью погибает или находится в крайне угнетенном состоянии (табл. 1, 2). Выживают отдельные экземпляры, попавшие в более благопритные условия (тень единичных деревьев, моховые куртины, небольшие понижения и т.д. Ввиду того, что количество единичных сеянцев на гарях не велико, такие сосняки не могут возобновляться семенным путем в приемлемые сроки. Условия степной зоны, характеризующиеся засушливым и резкоконтинентальным климатом, затрудняют восстановительные процессы. В связи с этим для исследуемых территорий восстановление сосновых древостоев до исходного состояния путем семенного самовозобновления практически невозможно.

Таблица 1

Характеристика семенного возобновления сосны на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 гг.

год п/п Задерне ние Количество самосева, шт./га Общее число подрос та, шт.

пророс тки 1-летние 2-летние 3-легние 4- летние 5-

2006 Гарь низкое 52000 0 0 ' /' 0 0 0 52000

Контроль низкое 595 40 0 0 0 0 635

2007 Гарь среднее 12500 288 0 0 0 0 12848

Контроль низкое 602 62 20 0 0 0 684

2008 Гарь средняя 1324 328 200 о 0 0 1852

Контроль низкое 616 64 44 16 0 0 740

2009 Гарь высокое 874 254 145 180 0 0 1453

Контроль низкое 710 58 0 0 0 0 768

2010 Гарь среднее 0 шЩ 42 ■X 106 : 78 Ü 226

Контроль низкое 0 20 0 0 0 0 20

2011 Гарь среднее ~:25 0 0 25 .. 44 54 448

Контроль низкое 524 0 0 0 0 0 524

Таблица 2

Характеристика семенног о возобновления сосны в дополнительных вариантах горевших и контрольных сосновых насаждений

Вариант п/п Задерне ние Количество самосева, шт./га Общее число подрос та, тт.

проростки 1-летние 2-летние 3-легние 4-летние 5-летние

и/п №1 Гарь среднее 45 0 0 0 0 0 45

Контроль слабое 345 0 0 0 0 0 345

п/п №2 Гарь высокое 55 0 0 0 0 0 55

Контроль среднее 260 0 0 0 0 0 260

п/п №3 Гарь слабое 27000 0 0 0 0 0 27000

Контроль слабое 1800 0 0 0 0 0 1800

п/п №4 Гарь слабое 1000 0 0 0 0 64 1064

Контроль слабое 850 40 0 0 0 0 890

п/п№5 Гарь высокое 0 0 0 0 0 0 .0

Контроль среднее 287 0 0 0 0 0 287

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ПОЖАРА НА КУСТАРНИКОВЫЙ ЯРУС СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Кустарниковый ярус как на контрольных, так и на горевших пробных площадях представлен видами, имеющими ярко выраженную способность к вегетативному размножению путем порослеобразования Sambucus racemosa, Rhamnus cathartica, Cytisus ruthenicus. Lonicera xylosíeum. Через 2-3 года после пожара на гарях происходит не только полное восстановление кустарникового яруса но и повышение доли его общего проективного покрытия (рис. 11, 12).

О 4.......

2006 200" 2008 2009 2010 2011 —контроль

Рис. 11. Общая площадь проективного покрытия кустарникового яруса на горевшей и контрольной стационарных пробных площадях в 2006-2011 гг.

пп1 пп' nní пи4 пп5

Варианты

ж гарь контроль

Рис. 12. Общая площадь проективного покрытия кустарникового яруса в различных вариантах горевших и контрольных сосновых насаждений

ГЛАВА 7. ВЛИЯНИЕ ПОЖАРА НА ЛИХЕНОФЛОРУ ИЗУЧАЕМЫХ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

После пятилетнего восстановления видовой состав лишайников в большинстве сообществ не восстановился полностью, потеря видового состава лишайников после пожара достигает 0—50%, составляя в среднем 28,9% (рис. 13). В течение пятилетней пирогенной сукцессии в сосновых насаждениях в степной зоне при повышенной влажности воздуха и невысокой освещённости полностью восстанавливается спектр жизненных форм лишайников, а их видовой состав — всего на 80%. Морфологические и химические характеристики обожжённого субстрата ещё изменены настолько, что соотношение эколого-субстратных групп лишайников на гарях и в контроле различно. Выявлена тенденции послепожарного снижения доли участия эврисубстратных видов при возрастании доли эпифито-эпиксильных лишайников, а также возрастания доли однообразнонакипных лишайников на фоне сокращения рассечённолопастных ризоидальных видов при полном исчезновении чешуйчатых и шило- или сцифовидных особей.

Рис. 13. Общее количество видов лишайников на стационарных пробных площадях и в дополнительных вариантах, горевших и контрольных сосновых насаждений

выводы

1. Наиболее достоверное воздействие пожара на почву изучаемых сосняков выявлено в слое 0-10 см. На начальной стадии послепожарных демутаций оно характеризовалось повышением рН, снижением содержания гумуса, нарушением микробиологических процессов. Через 4-6 лег после пожара в зависимости от его силы и лесорастительных условий происходила почти полная нормализация почвенных микробиологических процессов. Тенденция изменения показателя рН и содержания органического углерода почвы была менее выражена.

2. Максимальное влияние беглый низовой пожар оказал на лесную подстилку изучаемых сосняков. Восстановление ее структуры и фракционного состава и строения в условиях степной зоны заггимает 5-7 лет и связано со степенью прогорания, скоростью и характером восстановления травяного покрова, микроклиматическими условиями конкретных гарей.

3. В ходе послепожарных демутаций в искусственных сосняках Красносамарского лесного массива происходит рост видового разнообразия травостоя, увеличение площади его проективного покрытия, встречаемости видов, изменение соотношения групп травянистых растений по их жизненным формам, эколого-ценотическим и биоморфологическим группам. Наиболее значимое влияние на эти .процессы оказывают лесорастительные условия, характер прилегающих фитоценозов и степень прогорания лесной подстилки.

4. Разрушение лесной подстилки пожаром в целом стимулирует семенное возобновление сосны, но климатические условия степной зоны и активное разрастание травостоя на гари затрудняют эти процессы.

5. Жизненное состояние древостоев сосны, поврежденных пожаром, тесно связано с их возрастом, исходным бонитетом, высотой подпалин, активизацией деятельности насекомых-вредителей. Искусственное возобновление следует рекомендовать для древостоев возрастом 30 лет (бонитет класса III) при высоте подпалин 55 см.; 60 лет (бонитет класса III) и 70 лет (бонигет класса II) при высоте подпалин 155 и 180 см. соответственно; 80-лет (бонитет класса II) при высоте подпалин 105 см.

6. Через 2-3 года после пожара на гарях происходит не только полное восстановление кустарникового яруса вегетативным путем, но и значительное повышение доли его общего проективного покрытия.

7. В течение 6 лет после пожара в сосновых насаждениях Красносамарского лесного массива видовой состав лишайников восстанавливался на 50-80% в зависимости от условий влажности и освещенности, при этом наблюдалось изменение соотношения их эколого-субстратных групп.

Рекомендации по послепожарному восстановлению искусственных сосновых насаждении Красносамарского лесного массива

На основании полученных результатов и анализа литературных источников (Редько, Трещевский, 1986; Руководство по лесовосстановлению..., 1993) для департамента лесного хозяйства министерства лесного хозяйства, охраны окружающей среды и природопользования Самарской области разработаны следующие рекомендации. При повреждении беглым низовым пожаром искусственных сосновых насаждений в условиях Красносамарского лесного массива для сосен бонитета I, II и возрастом до 60 лет с высотой пожарных подсушин более 60 см., а также для древостоев возрастом 60-80 лет бонитета [I с высотой пожарных подсушин более 100 см. рекомендовать методы искусственного лесовосстановления. При восстановлении обширных площадей возможно создание чистых насаждений по схеме посадки 2-3 летних сеянцев 3x0,75 м. Массивы насаждений следует разделить на блоки 25 га полосами шириной не менее 10 м. из лиственных пород. По схеме успешно апробированного в Бузулукском бору степного метода сеянцы сосны следует высаживать на расстоянии 0,75 м. при ширине междурядий 3 м. Культуры необходимо создавать лентами шириной 40-50 м., разделяя их полосами из лиственных пород шириной не менее 6-7 м. Важным условием является высадка лиственных пород через 2-4 года после сосны. В целях увеличения устойчивости сосны к подкорному клопу размещать ленты посадок рекомендуется по направлению север-юг. Обязательны систематические и тщательные уходы в виде прополок и рыхлений до смыкания культур (первый год - 5 уходов, второй - 4, третий - 3, четвертый - 2 и пятый год - один уход).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Изучение постпирогенных изменений в горном сосняке на территории Жигулевского государст енного заповедника // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева, серия «Экология». - Тольятти, 2011. - выпуск №12 - С. 6-11. [0,48 п.л., авт. вклад 50%]

2. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Изучение постпирогенных процессов в естественных и искусственных сосновых лесах Самарской области // Вестник Самарского государственного университета. - Самара, 2012. -№ 3/1(94). - С. 173-179. [0,47 п.л., авт. вклад 50%]

3. Антипова (Асиновская) A.B. Изучение постпирогенных изменений в искусственном сосняке на территории Красносамарского лесного массива // Аспирантский вестник Поволжья. - Самара, 2012 г. - № 1-2. - С.229-235. [0,62 п.л.]

4. Прохорова Н.В., Антипова (Асиновская) A.B. Изучение последствий пожара в сосновом лесу на территории Красносамарского лесничества // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Киров, 2008. - С. 95-97. [0,23 пл., авт. вклад 50%]

5. Антипова (Асиновская) A.B. Послепожарное восстановление сосновых насаждений на территории Красносамарского лесничества // Общественные, естественные и технические науки: Тезисы докладов XXXV Самарской областной студенческой научной конференции. — Самара, 2009. — С. 181. [0,03 п.л.]

6. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова A.B. Особенности послепожарного восстановления сосняка на территории Красносамарского лесничества II Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. - Сыктывкар, 2009. - С. 2728. [0,20 п.л., авт. вклад 50%]

7. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Пирогенные последствия в сосновых лесах степного Заволжья (на примере Самарской области) // Молодые исследователи - ботанической науке: материалы II Международной научно-практической конференции. - Гомель, 2009. - С. 135137 [0,23 п.л., авт. вклад 50%]

8. Антипова (Асиновская) A.B. Изучение некоторых последствий пожара в искусственном сосняке на территории Красносамарского лесного массиваII Материалы XIV международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» / Новосибирский гос. ун-т. - Новосибирск, 2009. - С. 31-32.[0,11 п.л.]

9. Антипова (Асиновская) A.B. Изучение пирогенных последствий в искусственных сосняках на территории степного Заволжья (на примере Красносамарского лесничества) // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: Сб. материалов VII Всероссийской научно-практической

конференции в 2 частях. Часть 2. - Киров, 1-2 декабря 2009. - С. 179-182. [0,30 п.л]

10. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Оценка видового разнообразия и биоэкологический анализ травостоя на постпирогенных пространствах в горном сосняке на территории Жигулевского государственного заповедника// Биоэкологический мониторинг природно-техногенных систем: Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в 2 частях. Часть 1. - Киров, 29-30 ноября 2011. 2011.С.8-11.[0,22 пл., авт. вклад 50 %]

11. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Оценка запасов лесной подстилки в горевших сосновых насаждениях Красносамарского лесного массива// Актуальные проблемы современного социально-экономического развития: тезисы докладов VI Междунар. Научно-практической конф.вып.6 Самара: Международный институт рынка, 2011. С.315-316.[0,05 пл., авт. вклад 50 %]

12. Antipova (Asinovskaya) А. V. Post-fire transformation into a mountain pine forest in the territory of state reserve Zhiglevsky// Материалы V Международной конференции молодых ученых «Биоразнообразие. Экология. Адаптация. Эволюция.», посвященной 160-летию со дня рождения профессора Ф.М. Каменского (Одесса, 13 - 17 июня 2011 г.). -Одесса: Печатный дом, 2011. - С.8-9 [0,07 пл.]

13. Антипова (Асиновская) A.B. Анализ состояния древостоя в горевшем сосняке на территории Жигулевского государственного заповедника// Актуальные проблемы современной науки: труды 12-й Международной конференции «Актуальные проблемы современной науки». Естественные науки. Часть.4. Экология. - Самара: СамГТУ, 2012. - С.11-14.[0,06 п.л.]

14. Антипова (Асиновская) A.B., Прохорова Н.В. Влияние пожара на семенное возобновление сосны в искусственных сосняках Красносамарского лесного массива// Наука. Творчество IX международная научная конференция. 2013 г. -Самарская государственная областная академия (Наяновой). В 2-х томах. Т.2. — М.: издательство Самарской государственной областной академии (Наяновой). 2013 г. — С. 261-264 [0,3 пл., авт. вклад 50 %]

15. Асиновская A.B., Корчиков Е.С. Влияние низового пожара на лихенофлору сосновых насаждений Красносамарского лесного массива// Наука. Творчество X международная научная конференция. 2014 г. - Самарская государственная областная академия (Наяновой). В 2-х томах. Т.1. — М.: издательство Самарской государственной областной академии (Наяновой). 2014 г. — С.111-118. [0,45 пл., авт. вклад 50 %]

Подписано в печать 03.10.2014 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,39 Науч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №422.

Отпечатано в типографии AHO «Издательство СНЦ» 443001, Самара, Студенческий пер., 3 а тел.: (846) 242-37-07