Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Природа пожаров в лесах на вечной мерзлоте центральной Эвенкии

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

Автореферат диссертации по теме "Природа пожаров в лесах на вечной мерзлоте центральной Эвенкии"

' АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИ Б II Г С КОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт леса и древесины им. В. II. Сукачева

На ирамах рукописи

УДК' 0:М.(Ш1 + 4.42 ЦЫКАЛОВ Анатолии Грнгорьеинч

Природа пожаров в лесах на вечной мерзлоте центральной Эвенкии

00.03.0.'!— Лесоведение и лесоводство; лесные пожары и oopi.ua с ними

А ВТОР ЕФЕ Р АТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск— 1991

V- •', ■

, I '

Работа выполнена в отделе лесной пирологии Института леса и древесины им. В. Н. Сукачева СО АН СССР, города Красноярск.

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н. П. Кур-батскнн

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Е. Н. Савин

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент II. М. Матвеев

Ведущая организация:

Всесоюзный научно-псследова-тельскнй институт противопожарной охраны лесов и механизации лесного хозяйства

Защита диссертации состоится « X/ » ссло/с+д 11)01 года в -/О часов на з а с е д а н и и Специализированного совета

К 002.70.01 по присуждению ученой степени кандидата наук при Институте леса и древесины им. В. Н. Сукачева по адресу: 660036, г. Красноярск, Академгородок, Институт леса и древесины им. В. Н. Сукачева СО АН СССР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института леса и древесины СО АН СССР.

Автореферат разослан « ■/£ _ 1У91 года

Ученый секретарь специализированного совета доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный

сотрудник Р. М. Бабинцева

Ста;/! • ;сс?р"1 аци.5.

51 ОБслг ХАРАШРКСГШ. РАЕОШ

Актуальность темы диссертационной работы определяется возрастанием горимости лесов на вечной мерзлота в северных сайокгх Сиоири в связи с интенсивным хозяйственным освознисм территооии, необходимостью разработки научных основ развития охран» лесов от показов. Ксслсдозгмкп выполнялись л 1955-1990 гг. в ражах темы СО Ап СССР К 01.56.0 097 325 "Исследование природы пожапо? з лесных формациях ргз.игишх географических зон Сибгаи" и теки Г'ослсс-хеза СССР 71.1.3 "Разработать региональные системы мероприятий по охране от пожаров притундровых лесов к лесов на многолетней мерзлоте и оленьих пастбищ".

Целью диссертационной работы является выявление особенностей природы пожаров в лесах ка вечной мерзлоте и разработка научных основ развития охрани- лесов рзгнэна. ¿ля достижения этой цели ои-ли поставлены задачи: выяснение влияния мерзлота на запасы, состав и структуру природных комплексов лесных горючих материалов; выявление воздействия кзрзлоты на влагосодержание проводников горения; определение основных параметров пожаров в условиях мерзлоты и их последствия; разоаоотка практических предложений по улуч-кению охраны лесов региона.

Научная нозизна исследований. Впервые определены: повышенны;, запасы напочвенных горючих материалов в лесах региона; большак скорость и близость к одновременности пожарного созревания участков различных типов леса и поэтому охват пожарами больпих плоша-дей; невозможность возникновения верховых пожаров; благоприятные условия для развития низовых пожаров в почвенные. Экспериментально установлено и количественно определено увлажнение напочвенных гигроскопических горючих материалов влагой надмерзлотного слоя и связь этого явления с глубиной оттаивания почвы по типам леса;

разработаны многофакторные модели фронта низового пожара по группам типов леса, описывающие основные параметры кромки пожара. Показано, что входящие в модель уравнения регрессии для боле крупных объединений типов леса дают лишь грубые результаты.

Практическое значение. Определена даты начала и конца пожа роопасного сезона; разработана шкала природной пожарэопасности насаждений; выявлена высокая пожароопасность геологоразведочных работ; разработана схема противопожарного устройства площадок под буровые; предложены дополнения к "Правилам пожарной безопасности в лесах СССР" , в части геологоразведочных работ; разработа на местная методика определения опасности возникновения пожаров по условиям погоды для регламентации авиапатрулирования лесов и работы лесопожарных служб; обоснована необходимость разукрупнен« Эвенкийского лесхоза и расширения зоны авиалесопатрульных работ.

На защиту выносятся следующие положения: I. Вечная мерзлота оказывает влияние на формирование природных комплексов лесных гс рвчих материалов, на их запасы, состав и структуру. 2. Пожарное созревание насаждений по типам леса наступает в близкие сроки. Под воздействием вечной мерзлоты происходит доувлажнение напочвенных гигроскопических горючих материалов. 3. В листзенничника> на вечной мерзлоте преобладают низовые пожары средней силы; верховые пожары не возникают; почвенные - в большую засуху. Фронт низового пожара удовлетворительно описывается многофакторной математической моделью (с 6 факторами). Средние и даже слабые по силе низовые пожары вызывают весь комплекс известных отрицательных последствий: огневые повреждения и вывал древостоя; со-лифлюкцию на склонах и др. 5. Системой региональных профилактических мероприятий возможно снизить горимость лесов.

Обоснованность и дсстог^рк-'ль г.^гу.-;.тагов исследований осес-'.ечена кат ер издам::, с оо раннем; = течение о полевых сезонов на 15 ¡остоянннх опытных участках, ре^резэктируваих ле;са района; на 4 ¡арных опытных участках, заложенных по граница« гарей с лесом; на 3 по кар и пах рас'кчно.: давности; при эксперименте кз 42 опытов в т.ч. 'ЛЬ про'мкуточных наблюдений) по полигонной икитации низкого пожара; нею сданным! и данными о гориности Звенкийскогз лес-оза за 197У-Х93Ь г:.; применением общепринятых и специально раз-аоотанных научно-ооосковачных методик; сопоставлением полученных ыводоз с материалами других исследователей. При составлении гео-отаничэскои характеристики объектов для гкепгримвнтоз и наблвде-ий ценнее консультации оказали почвоведы, доктора биол. наук .;1»Карсунов и ¿.Н.ГорбачеБ и геоботаник, с.н.с. й.А.Коротков.

Апробация результатов исс.уэдоуаний к публикации. Основные ззультаты исследований обоу-здались ка конференциях молодых ученых -гстстута леса к древесина им. В.Е,Сукачева СО АН СССР (Красноярск» ?6б, 1553); региональной конференции "Вклад молодых биологов б ;пение вопросов Продсзэльсавенной программы и охраны окружавщзй }»ды" (Улан-Удэ, 1927); на координационном совещании Гослесхоза ;С? по проо'лое охраны лесов (йрасноярск, 1937); на региональной и;одежнок конференции "Ботанические исследования в Сибири" (Ново-;бирск, 1985); ка Всесоюзном совещании-семинаре по механике реа-фувщих сред (Красноярск, 1935); на региональной конференции !олодежь и прогресс-ЭО" (Красноярск, 1990). Две разработки внед-ны з практику лесоустроительного проектирования на территории егасийского лесхоза Красноярского 1ХТП0 Минлесхоза РСФСР Северо-падным лесоустроительным предприятием В/О "Ласпроект". Мзтериа-диссертации опубликованы в 12 работах.

Дичный вклад. Автором разработана программа и кэтодика иссле-

ваний, выполнены сбор, обработка, анализ и обобщение материалов.

5

В проведении опытов, наблюдений, первичной обработке данных принимали участие инженеры отдела лесной пирологи;: л.Е.Цыкалова и 3.Г.Первушин. К проведении полевых работ эпизодически привлекались студенты Сибирского технологического института.

Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, 6 глаз, заключения и списка литературы, содертащего 250 наименова-з т.ч. 40 иностранках авторов. Раоотз излечена на ¿62 страницах текста с 27 таблицами и 36 рисункам/. Ô псало-онии кз £9 страницах приведены вспомогательные материалы, промежуточные расчеты, справки о приеме-передаче и внедрении в практику результатов исследовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЙ Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Площадь зоны распространения вечней мерзлоты достигает ¿5% о всей суши земного пара и более 41% плояади СССР (Сумгин, 1337; 05 щее мерзлотоведение..., 1978; Денисов, Юдин, 1988). При этом тер ритория приблизительно в 860 млн.га занята лесами, что составляет около 70$ лесного фонда страны. Леса мерзлотной зоны выполняют важную функция в поддержании сложившегося здесь крайне неустойчивого экологического равновесия (Андреев, 158^; Поздняков, IS86). Территория с вечной мерзлотой является одной из самых гор!1мых, поэтому пожары играет важную экологическую роль в северных окоси-темах Земли (Сапожников, 1982; The Pole of Pire,.., 1983).

Публикации биологического профиля, в которых упомшается ме лота, многочисленны,, каки обнаружено более 80 работ. Первые свел ния о пожарах в лесах ка вечной мерзлоте относятся к началу деся тых годов текущего столетия (Сукачев, 1912; Дробов, 1916). Иссле вания осуществлялись и проводятся в таежных лесах, лесотундре t тундре США (глазным образом на Аляске), Канады и СССР. Основные

работы советских ученых касаются территории Центральной и Юго-З;

б

гадной Якутки, южной части Красноярского края. Читинской и Мага-1анской областей. Зсе имеющиеся публикации можно условно объеди- -1ить в 3 группы: I) чисто региональные описания пожаров в лесах, 1роизрастающих в мзрзлотной зоне. О наличии мерзлоты, а тем более I ее влиянии на природу пожаров, в них даже не упоминается; 2) при-¡едеиы результаты изучения собственно природы пожаров, но без рас-¡мотрения влияния мерзлоты на условия их возникновения, распространил и развития. С наличием мерзлоты увязаны лишь некоторые гюс-!едствия пожаров; 3) раскрыты другие, не пирологичесхие вопросы ле-:оведения, в ходе изучения которых описано влияние пожаров на отельные компоненты биогеоценозов, в связи с присутствием мерзлоты.

Таким образом, несмотря на остроту проблемы, вопрос о влиянии 1ечной мерзлоты на природу пожаров специально не ставился и, как ¡ледствие, почти не исследован. Исключением являются работы, вы-голнекные под руководством й.П.Щербакова в юго-западной Якутии. 1меюцизся указания о специфичности пожаров на мерзлоте позволяют надвинуть гипотезу о влиянии мерзлоты на возникновение, распространение и развитие пожаров, их основные параметры и последствия.

Глава П. ПРОГРАММА, РАЙОН, ОБЪЕКТЫ НАБЩЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

П.1. Программа исследований

Исходя из современного состояния вопроса и принятой гипотезы; I программу исследований были включены следуювие вопросы: I. Влияет ли вечная мерзлота на запас, состав и структуру природных ко*-шексов лесных горючих материалов? 2. Воздействует ли и каким бразом мерзлота на влагосодержание проводников горения? 3. Ока-1ывает ли влияние мерзлота на пожарное созревание различных частков леса? 4. Каковы особенности основных параметров ,по-

7

жаров в условиях мерзлоты и факторы, их определявшие? 5. Выявить влияние пожаров на основные компоненты лесных биогеоценозов. 6. Разоаботать практические предложения по улучшение охраны лесо. региона.

0..Z. Район исследований

Исследования проведены в центральной части Эвенкийского автономного округа. По геологическому строении район типичен для Средне-Сибирского плоскогорья (Герасимов и др., 1964). Центральная Эвенкия лежит s умеренном климатическом поясе, климат здесь резко континентальный (Алисов, 1956). Территория относится к обширней северной геокриологической зоне сплошного распространение многолетне мер злых пород, с их среднегодовыми температурами от -I до -3 °С и мощностью от ICO до 300 м (Общее мерзлотоведение. IS7Q). Наиболее представлены глеегемы гумусово-перегнойные таежные мерзлотные и дерново-буроземные , таежные торфянисто-пере ГКО! ные высокогумусные неоглезнные почвы, а также грануземы и подбу; охристое (Соколов, 1973, IS74; и др.).

Данные о растительности Центральной Эвенкии представлены в работах многих авторов, но наиболее полно она описана в рабо-iax В.П.Кута.?ьева (1953, 1970, 1971), А.Б.духова, Й.А.Короткова, З.П.Кутафьгва и др. (1969). Согласно заполненного ими лесорасти тельного районирования, район исследовании соответствует Таймур -Нидымсхому округ/ среднетаехнкх лиственничных лесов и темнохве ных рздколесий Эвенкийской лесорастительной провинции листъенш ных л герцотаздных темнехзойных лесов. В округе господствуют лиственничные насаждения.

П.З. Ооъекты для наблюдений и экспериментов

Основные исследования проведены на 15 постоянных опытных участках. Здесь представлены, типы леса, репрезентирующие. Hacas

а

дения лесорастительного округа, дополнительные иоследоваакя выполнены на Ч парах опытных участков по границам гарей с лесом. На 13 покарпзах различно;: давности осуществлены фэагментарные наблюдения. Статные участки ькдглскы и протаксиоованы в соответствии с треоованнил! ОС*—56—с3-83, описание их произведено по сОде-принятой методике (Сукачев, Зонн, 1961).

П.^. кзтодика исследований

Методика сбора материалов, проведения опытов и наблюдений предлагается для детального рассмотрения в соответствующих главах, здесь указаны ли зь способы ре пения поставленных в программе вопросов.

Вопрос о влиянии зсчнсй мерзлоты ка запас, состав, структуру :риродкых комплексов лесных горючих материалов ревзн путем сопоставления данных для условий с иерзлотой и вне зоны ее распространения. Запаси и свойства лесных горгчих материалов в районе работ :сследованы также и з сзязи с сезонной глубиной оттаивания мерэ-юты. На постоянных опытних участках, пройденных модельными по-сарами, учитывали остаток госсчих материалов, что позволило уста-ювить их актизнни запас, а е дальнейкем - гшслепожарную динаи:ку.

Воздействие мерзлоты на злагоссдержание проводников горения ¡пределено способом их поочередной изоляции от дождевой и конден-ированной атмосферной влаги. Вопрос о влиянии мерзлоты на пожзр-:ое созревание различных лесных участков решен параллельным наб-юденкем за глубиной оттаивания почвы и уровнем пожарной зрелос-■к горючих материалов, а также сопоставлением участков с разной лубиной оттаивания при одинаковом режиме погоды. Особенности роиессов горения выявлены способом сопоставления значений пара-етроз кромки пожара в условиях мерзлоты с данными для других егионов. Для выявления факторов, влияющих на параметры кромки,

9

корреляционным анализом установлены ее наиболее вероятные связи. Особое внимание уделено расчету связи скорости движения кромки с ее шириной.

Влияние пожаров на основные компоненты биогеоценозов выявлено на постоянных опытных участках, на которых провели полигонное моделирование пожара с фиксацией всех основных его параметров. Для определения послепожарной жизнеспособности насаждений вычисляли процент деревьев с полным или частичным пожелтением хвои в кронах, с повреждением стволового камбия и камбия корней, с обнажением корневых лап. Воздействие пожаров на текущий и. радиальн прирост деревьев проанализировали сопоставлением ширины годичны* колец за периоды до и после огневого воздействия.

Методика местной сигнализации пожарной опасности по условш погоды разработана на основе сравнительной оценки существующих способов. Мероприятия по снижению пожароопасности нефтегазоразв« дочных работ разработаны на основе обследования мест базирована объектов геологоразведки.

Глава Ш. ПРИРОДНЫЕ КОМПЖЧИ МСШХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

1.1. Запасы, состав и структура лесных горючих материалов

При лесных пожарах горючим материалом потенциально является вся органическая масса лесного биогеоценоза. Однородные по основным пирологическим свойствам, ез части образуют единые природные комплексы лесннх горючих материалов (Курбзтский, 1971 Запас, состав и структура напочвенных горючих материалов опред| ляют возможность горения, периодичность, вид и силу пожара, а также его последствия.

Запасы напочвенных горючих материалов на опытных участках нами опредегеш обычным методом (Курбатский, 1970), но с диффе-

10

рекциацией размеров учетных площадок. Обш-.й запас горвчегс изменяется от 1,39 до 6,93 кг/м*", при среднем значении, составляющем 2

4,16 кг/м , в абсолютно сухом состоянии. Основным в нем язляется подстилка (в среднее 43,31%). В колодняках на Сывеих гарях превалирует валежник.

Мхи и лиспйники занимает второе место; их запас, выражаемый в процентах, в среднем составляет, соответственно, 2>,84 к 35,54% от массы лесных горючих материалов названных таксономических рангов.

Запас ог.ада в среднем ¿,87£ или 0,12 кг/м'". 3 литературе икается данные о снижении пскароопасностк лесных участков опадом из хвеи лиственницы, за счет образования очень плотного, долго невысыхающего, почти негоримого слоя (Софроков, 1967; и др.). На наших опытных участках опавшая хвоя лиственницы, зависая на кустарничках, лишайниках и мхах, не образует самостоятельного, а тем более плотного слоя в вертикальной структуре напочвенных горичих материалов. Поэтому опал, из хвои не снижает похароопасность исследованных типов леса.

Запасы трав к кустарничков не превышают 0,66 кг/м (среднее значение 0,13 кг/к'"). 5 я том классе лесного горючего доминирует пожароопасные багульник, голубика, брусника и шикша.

В табл. I приведены наши данные в сопоставлении с данными других авторов о запасах напочвенных горючих материалов, близких в типологическом отношении лиственничников немерзлотных районов, а также произрастающих в зоне распространения вечной мерзлоты. Из сопоставления следует, что в зоне распространения вечной мерзлоты повышенные запасы напочвенных горючих материалов, и имевтея предпосылки к возникновению интенсивных пожаров, В лесах региона процессы эпада и разложения массы органики балансируется на более

высоком уровне. Опадо-г.одстилочный коэффициент достигает 38,8

II

Таблица I

Запасы напочвенных горючих материалов в лиственничниках различных регионов СиОири

Район исследования Тип Древосгой Напочвенные горючие материалы (без заложника), кг/м2 в абсолютно сухом состоянии Источник информации

состав и бо-

леса возраст нитет кустарнички и травы МХИ И ЛИ-) шайники, огтад подстилка итого

Тувинская АССР, Западный Танну--Ола Бруснично-элаковый юл120 1У 0,09 0,29 0,26 0,64 М.А.Софронов (1967)

Якутская АССР, юго-запад Бруснично-моховой 10Л104 — 0,21 1,43 1,89 3,53 И.Н.Щербаков, Б.А.Карпель, О.Ф.Забелин и др. (1979)

Якутская АССР, юг Голубично-багульниковый юл160 У 0,08 0,78 0,86 И.И.Ланарин, Д.П.Митрофанов, Л.Н.Исаева (1980)

Эвенкийский а.о. р. Подкаменная Тунгуска Голубично- эеленомошный Брусничный 8Л1801Е1В юл240+ С 1У 1У - : 2,10 1,80 П.М.Матвеев, П.И.Мачернис. Д.П.Попова (1980)

Эвенкийский а.о., р. Подкаменная Тунгуска Разнотравно- голубично- зеленомошный 9Лг1а1В+-Е ед К ш 0,82 0,95 1,77 Д.П.Митрофанов (19§ЗГ

Эвенкийский а.о., р. Нижняя Тунгуска Общее среднео по насавдениям района исследований 0,13 1,20 2,02 3,35 По данным настоящего исследования

<м

единиц, при средне« значении 16,8.

Установлено, что заагсы проводников горения по группам типов леса нарастают по юре снижения мощности сезоннооттаивающего слоя почвы, причем за счет подстилки (от 0,66 до 3,52 кг/м^). Между ними существует значительная обратно пропорциональная связь ( = = - 0,431 ± 0,039; = - 0,722 ± 0,099).

Запасы основных подлесочних видов кустарников (ольховника, Ое-резы тощей и можжевельника сибирского) изменяются в пределах от 0,11 до 2,44 т/га. Подлесок в целом, за исключением можжевельника, препятствует распространению низовых пожаров, их возможно^ развитию в верховые. Запасы подроста в спелых насаждениях составляют не более 0,46 т/га.

Запасы горючих материалов в пологе древостоя изменяются от 0,23 до 22,19 т/га. Доля участия хвои и тонких веточек явно преобладает в молодняках и средневозрастных насаждениях и составляет в среднем 21 и 61%, соответственно от общего запаса полога древостоя.

И.2. Послепожарная динамика запасов лесных горючих материалов.

На основании полученных нами данных составлены регрессионные уравнения, описывающие тенденции в изменении запасов и состава природных комплексов лесных горючих материалов, в зависимости от продолжительности послепожарного периода для лиственничников лишайниковой и зеленомошной групп типов леса.

В лиственничниках лишайниковых запас лишайников и мхов восстанавливается после пожара через 100 лет, а полный комплекс горючих материалов, с его типичной структурой, появляется примерно к 120-140 годам. В зеленомонниках мхи и лишайники восстанавливаются к 80 годам, но запас подстилки продолжает нарастать до 180 лет. Повторные пожары в лиственничниках возможны через 30-40 лет, когда запас проводников горения достигнет критической величины, дос-

13

таточной для распространения горения.

Глава 1У. СПЕЦИФИКА ПОЖАРНОГО СОЗРЕВАНИЯ ЛЕСОВ НА ВЕЧНОл

МЕРЗЛОТЕ

ТУ .1. Влияние вечной мерзлоты на влагосодержание проводников

горения.

Специальные исследования влияния вечной мерзлоты ка увлажнение и высыхание ПГ, а следовательно и на ход пожарного созревания лесных участков, не проводились. Между тем, отдельные лесолиролсги отмечаат возможность снижения природной пожарной опасности насаждении, произрастающих на мерзлотных почвах (Сныткин, 1974; Розгег, 1983; Матвеев, Матвеев, 1934). Поотому нами поставлена задача выявить пути увлажнения ПГ в лесах на вачной мерзлоте.

3 качестве объекта для исследований нами выбран постоянный опытный участок, представляющий типичный для региона голубично--лишайниковый тип лиственничного леса. Мы предположили, что ПГ здесь увлажняются выпадающими осадкам; в виде до ад, я (Атн.Ос.Дж.), а также поднимающейся по капиллярам почвенной надмерзлотной влаго! (й.п.Пч.Зл.), конденсированной атмосферной влагой (Кд.Атм.Вл.) и в некоторой степени транспирируемой растениями живого напочвенного покрова почвенной влагой (Тр.Пч.Вл.).

Для определения вклада вечной мерзлоты в процесс увлажнения ПГ мы провели эксперимент путем последовательной изоляции рассют риваемых видов поступления влаги. На опытном, участке заложили тру площадки (секции А, В, С), размером 4 м х 4 м. На контрольной сев ции (А) изоляции не применяли. Секцию 3 закрыли полиэтиленовым экраном от дождя, который закрепили на высоте 1,5 м. На секции С дополнительно, на живой напочвенный покров уложили экран для предотвращения конденсации водяных паров из воздуха. Интенсивность

транспирации лишайников установили по методике быстрого взвешива-

14

вакия (Иванов, 1936). Полученные результаты согласуется с данными И.К.Бейдеман (1983).

Влагосодержание ПГ определяли термовесовым способом. Навески формировали послойно, для каждого вида ПГ. Образцы отбирали ежедневно , с обеспечением 5|-ной точности. Установлено, что под влиянием зечяой мерзлоты происходит доувлааение ПГ, за счет сорбции паров вода из воздуха я впитывания капиллярной почвенной надмерз-лстной влаги. Дополнительное поступление э?кх видов злата составляет з среднем, соответственно, 4,5 и 22,Э% от общего текущего злагосодержания ЙГ.

1У.2. Особенности пожарного созрезания участков по типам леса

Наблюдения за ходом пожарного созревания лиственничников провели з течение 6-ти сезонов. Пожарную зрелость определяли путем пробных зажиганий а бездождкие дни, з интервале от 12 до 16 часов. Метзснаблюдения заполняли по программе метеопункта. В результате установили очередность пожарного созревания лиственничных типов леса. Доля дней с пожарной зрелостью, з течение пожароопасного сезона, позволяет ранжировать лесние участии га степени природной пожарной опасности (табл. 2). Полученные данные согласуются, в целом, с материалами по лиственничникам на зечной мерзлоте вго-западной Якутии (Яковлев, 1974, 1975, 1976; Щербаков и др., 1579). В ходе исследований мы эперзые установили по-зышение злагосодержания ПГ з периоды задымления атмосфера.

Данные, представленные в табл. 2, мы сопоставили с гидро-тзрккчсским режимом почв. Установлена сзязь продолжительности периода (дней) до наступления пожарной зрелости участка (Уу) и порогового значения показателя Нестерова, а также показателя ПЗ-1 (У^) со среднемноголетней мощностью сттаявиего слоя почвы (х, м) к 25.УШ.: ту1 - -о,в*; 1 о,12; гу2 = -о,73 ± о,15; уравнения связи: У1 = 13,4 - 11,2 х; У2 = 3290 - 2330 х.

15

Таблица 2

Шкала природной пожарной опасности лесов

Тип

лиственничного леса

Число дней до наступления пожарной зрелости после выпадения осадков

Комплексный показатель го-римости, при котором наступает состояние пожарной зоелости

доля дней с показной зрелостью, в* течение пожароопасного сеэо-на, %

Классы природной пожарной опасности

Кустарничково-лишайниковый

Можжевеловый

шикшево-

лишайниковый

Голубично-

лишайниковый

Кустарничково-лишайниковый

Голубично-

лишайниково-

зеленомошный

Брусничниково-

зеленомошный

Багульниково-

зеленокошньш

Кустарничково-

зеленомойный

Ольховниковый

кустарничково-

зеленомошный

Брусничниково-

оагульниково-

моховой

Еониково-сфаг-нсвый

1-2 400 ± 100

1 - 3 500 £ 100

2 - 3 750 ± 100 2 - 5 900 - 150

3-6 1200 ± 200

59 47

32 28

4- 7 1350 * 150

8-15 более 3000

20

1 П

ш 1У

1У

У1

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы: I. На увлажнение ПГ атмосферными осадками приходит ся, в среднем 72,6% от общего текущего влагосодеркания ПГ; на дол конденсации водяного пара из воздуха и капиллярный подъем почвенной влаги - 27,42. 2. Для округа характерно быстрое пожарное созревание всей лесной площади, за 10-15 дней после дождя, которое способствует распространению пожаров на больших площадях. 3. Ско-

16

рость пожарного созревания лесных участков обратно пропорциональна мощности сезонно протаивающего слоя почвы. 4-, При задымлении атмосферы от крупных или массовых пожаров происходит поэыезниз алагосодержаник ПГ, снижение и даже "снятий" пожарной зрелости лесных участков. 5. Шкала природной пожароопасности лесных участков может быть использована при прогнозировании вероятности загорания различных типов леса в связи с уровнем засухи и при проектировании противопожарного устройства лесов региона.

Глава У. ХАРАКТЕР ПОЖАРОВ 3 ЛЕСАХ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ И ВЫЗЫВАЕМЫЕ ИМИ ПОСЛЕДСТВИЯ

УД. Основные параметры фронтальной кромки нивозого по жав а

Наиболее важными параметрами фронта низового пожара являются скорость распространения горения, высота пламени на кромке, ее ширина и глубина прогорания напочвенного покрова. Ыз априорных знаний о природе лесных пожаров, а также опыта построения полузмпири-веских математических моделей следует, что в насаждениях одного типа леса, при сравнительно однородной таксационной характеристи-св, на эти параметры влияют следующие факторы: х^ - скорость ветра ¡а высота напочвенного покрова, м/с; ^ ~ вяагосодеркание провод-

цясов горения (ПГ), ,«; х^ - глубина залегания вечной мерзлоты, м.;

2 3

- запас ПГ, кг/м ; х^ - плотность слоя ПГ, кг/м ; х^ - крутизна

:клона, град.

При построении многофакторных моделей мы использовали метэди-

;у паяного многофакторного эксперимента (Адлер, 1Чаркова, Гсановс-

ий, 1376). Для сбора материала проведена серия опытов по полигон-

ому моделирование фронта низового пожара. Эксперимент выполнен в

иственничниках лишайниковой и зелекомошной групп типов леса по

етодике Н.Я.Курбатского и Г.А.Ивановой (197Э). Опыты проведены

о разработанной матрице эксперимента. При разработке ноделгй ис-

17

пользованы данные 42 огневых опытов, в том числе 365 промежуточных наблюдений. Экспериментальный материал обработан на ¿ЗК СМ-4 с помокьс пакета программ анализа данных "АНД". 3 таблице 3 приведены многофакторкые регрессионные уравнения, описывающие скорость распространения фронтальной кромки низового пожара.

Таолица 3.

Регрессионные уравнения скорости распространения фронтальной кромки низовых пожаров

Группы типов леса Уравнения регрессии Коэффициент' множестве н-ной корр. Стандартная ошибка описания Расчетный критерий Е $ишзра

Лишайниковая у = 0,604 + 0,262x2 -- 0,024х2 + 0,477х3 0,481 0,299 2,07

Зеленомошная у = 0,279 + 0,307хт -- 0,007x2 + °»262х3 0,507 0,228 1,61

Лишайниковая и зеленомошная у - 0,370 ♦ 0,248x2 -- 0,012x2 + 0,416хз 0,425 0,270 2,80

Ликайниковая у = «0,267 + 0,616x2 -- 0,002х2 + 0,580х3 + + 0,678x4 - С,071x5 + + 0,025x6 0,765 0,239 3,99

Липайниковая и зеленомошная у = -0,565 +0,360x2 -- 0,007x2 + 0,286x3 + + 0,121x4 + 0,011x5 + + 0,026x6 0,686 0,226 5,18

Полученные значения параметров сопоставили с литературными данными (Вонский, 1957; Шешуков, 1970; Евдокименко, 1975; Иванова, 1935; Сухинин, Хребтов, 1990). Проанализировали также материал с участков с различным гвдротермическии режимом почв. Уравнения раскрывают и относительный вклад факторов в величины вычисляемых па-

18

раметров.

При задымлении фронта пожара существенное значение имеет возможность определения скорости продзижвния огня (у, м/мин) через ширину его хромки (х, м). Между ними существует связь зысокой степени теснота (г = 0,65 ± 0,03; Г] ух = 0,65 ± 0,04), выражаемая уравнением: у = 0,788 + 0,349. 1пх.

У.2. Влияние по:;;аров на состояние лиственничников

По литературным данным известно, что сильные низовые пожары з зоне мерзлоты вызывает полное разрукение древостоев (Сукачев, 1912; Недригайлов. 1927; и др). Поэтому, посредством стационарных наблюдений на выжженных секциях и маршрутного обследования свежих пожарищ, мы собрали данные об изменениях в лиственничных фитоцено-зах под влиянием низового огня слабой и средней интенсивности. Установили основные виды и степень огневого повреждения древостоя, подроста, подлеска, живого напочвенного покрова а насаждениях региона. Последний сохраняется в среднем на 10$ площади, а его активная часть составляет более 78.3 от потенциального запаса.

Расстроенные пожарами древостой являются местом размножения насекомых-ксилофагов. Для получения необходимой информации мы выполнили наблюдения и анализ собранных данных о видовом составе насекомых и плотности их популяций до и после огневого опыта.

Судестзувт различные мнения о влиянии пожаров на прирост деревьев, произрастасаих на мерзлотных почвах (Белов, 1973; Угегеск, 1973; Шешуков, 1974; Фуряев, 1374; Бузыкии, 1975; Евдокименко, 1975; и др.). Для определения краткосрочного изменения текущего радиального прироста древостоя нами обработано 84 образца (керна), взятых на 14 секциях >-х опытных участков, пройденных контролируемым низовым огнем.

На основании проведенных исследований и наблюдений о харак-

19

таре :!оз.."2ров ко&ао заключить следующее: I. ¿ля региона характерны напоч;;оыше низсьы? к подстилочные почвенные пожары слабой и средней 1;;:тс:;скенсстп. Пределы варьирования: скорости распространения фронтальной крол-:и от 0,14 до 1,42 ы/ы;ш; высоты пламени - от 0,31 до 1.59 >:; вирикы кромки - от 0,13 до 1,84 к; глубины прогорания -от 0.022 до 0,197 к. 2. Процесс горения протекает ькдленнее обыч-ногс, носит йодее устойвивый характер. Б насаждениях с меньшей глубиной сезонного протаиванкя мерзлоты "постоянная сгорания лесных горючих материалов на кромке пламени" увеличивается за счет падения скорости распространения кромки низового покара. 5. По оз>-слаикавдейся коре на стволах лиственниц происходит подъем пламени в кроны. Горящая кора разлетается, образуя дополнительные очаги горения. 4. Совокупность выведенных уравнений можно рассматривать как кодсль пожара в лиственничниках па вечной мерзлоте. Сравнения можнг- кепельзевать не более, чем по группам типоь ласа. 5. В сох-ргюсшихся насаждениях доля деревьев с огневыми травмами составляет б средней 1Ъ%. Поврелдение камбия корней происходит у 23> деревьев. 6. Потенциальную угрозу лиственничникам региона, ослабленные низовыми погарами, представляют малый хвойный усач и лиственничная алат::а. 7. Увеличение радиального прироста у сохранившихся деревьев ъ течение 1-2-х лот после пожара зависит, в основном от среднего диаметра насаждения и высоты пламени ка фронтальной кромке.

Глава У1. ПРИЛОЖЕНИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ ОХРАНЫ ЛЕСОВ РЕГИОНА ОТ

ПОЖАРОВ

У1Д. Сравнительная оценка методов определения пожарной опасности по условиям погоды

Учитывая, что существуют особенности пожарного созревания лесов на вечной мерзлоте, мы подобрали оптимальный показатель гори-

мости для условий региона, путем оценки тесноты связи между знзче-

20

ниями наиболее известных показателей и состоянием пожарной зрелости участков по коэффициенту взаимной сопряженности (Лакин, 1573; Шмидт, 1984). В результате сасчетоз, за три пожароопасных сезона (1986-1988 гг.), получили следующие средние значения коэффициентов сопряженности: К = 0,483 - для показателя горимости Нестерова; 0,479 - для "показателя влажности"™ методике С.М.Вонского о соавторами (1975); 0,512 - для "лзсопэжарного показателя засухи'1 М.А.Софроиова (1585). Все рассчитанные "К" значима, а показатели засухи равноценны по точности отражения процесса созревания лесных участков. Однако показатель М.А.Софронова учитывает возможность появления отрицательных температур з течение пожароопасного сезона, что имеет место в регионе.

У1.2. Местная методика определения опасности возникновения пожаров по режиму погоды для охванлемых лесоз Эвенкии

Для улучшения регламентации работ лесной охраны, взамен общесоюзной гнала В.Г.Нестерова (1545), по предложения Н.П.Курсатсхэго. стали применять местные шкалы пожарной опасности, составляемое -о его ;;стсдлке (1554, 1963). Азиапатрулирозание лесов Зззиким :;о-прежне.уу осуществляется на основании единой икали. Но вксз отмечалось, что природа пожаров в лесах на вечной мзсзлота имеет япко выраженную специфику. Эго обуславливает необходимость регионального подхода з доле улучшения я развития охраны ласоз, определяет безотлагательность составления местных Екал.

В качестве исходного ''лтериала мы использовали данные о пожарах за 1573-1588 гг. г.о Туринскому, сай.китскому, Еанаварскому и '1з!зальскому оперативным азиаотдзлскиям и сведения о погоде односменных метеорологических станции. По методике Н.П.Курбатсксго (1963) определены границы пяти классов пожарной опаснссти и вероятность возникновения пожаров з дни, отнссяцизся к данным классам.

21

Местная методика позволяет повысить точность сигнализации пожаркой опасности в лесах Эвенкии.

У1.3. Мероприятия го снижении пожароопасности работ в лесах Эвенкии

Основными видами хозяйственной деятельности на территории Эвенкии являются работы геологического гфофиля, наряду с авиацией, охотпромыслом и оленеводством. 3 двух последних видах заняты коренные жители, которые хорошо владеют приемами осторожного обращения с огнем в лесу и в профессиональном плане заинтересованы в сохранении лесных площадей. Сопоставление значений частоты пожаров внутри коридоров движения воздушных судов и за их пределами, не выявило влияния авиации на уровень горимости лесов региона.

Исследование пожароопасности нефтегазораэведочных работ, как наиболее распространенных и поэтому несущих реальную угрозу лесу, выполнено на примере буровых. По фондовым материалам ПГО "Енисей-нефтегазгеология" была составлена картосхема мест базирования действующих и уже демонтированных буровых. Для каждой из 150 буровых определены сроки работ. В едином хронологическом порядке проведено сопоставление мест базирования объектов геологоразведки с расположением лесных пожарищ. Установлено, что в среднем 26$ от общего количества пожаров возникает в районах проведения буровых работ нефтегазоразведчиками. Аэровизуальное и наземное обследование 10 буровых, одной подбазы и прилегающих к ним участков леса подтвердило наибольшую пожароопасность геологоразведочных работ для лесов региона.

В результате проведенных исследований и наблюдений для улучшения развития охраны лесов в регионе рекомендуется следующее. При проектировании противопожарного устройства территории лесоустрои-телями пользоваться приведенной шкалой природной пожароопасности участков. Для регламентации работы лесопожарных служб, и в част-

22

ностн азиапатрулирозания, - руководствоваться разработанной нами шкалой пожарной опасности по условиям погоды. Чтобы сократить число пожаров, возникающих вблизи буровых, вокруг площадок создавать лесогожаснае заслони, рационально вазмеиать объекты на пло-зздках, проводить систематический инструктаж персонала по пожарной безопасности, соответствующими указаниями дополнить "Правила кожарисй безопасности з лесах СССР".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3 Нейтральной озенкии, в условиях вечной мерзлоты, мя.сса природных комплексов напочвенных горячих материалов значительно .больше, чем з одноименных типах леса вне мерзлотной зоны и обратно пропорциональна глубине сезонного протаизания почвы. 3 составе комплексов преобладают подстилка, мхи и лишайники; тразяко-кустас-нкчкозий ярус представлен меньшей массой, но в ней большая доля пожароопасных видов кустарничков.

Экспериментально установлено доузла:кнэнке гигроскопических горячих материалов путем капиллярного подъема влаги надмерзлотно-го слоя почвы, а также диффузии паров зода из воздуха; оно находится в обратной зависимости от глубина протаивания почво-грунта и может псезьгаать 205! от общего злагссодержания горючего.

Пожарное созревание насаждений различных типов леса по времени близко сходно и происходит в наиболее пожароопасных типах леса через 1-3 дня после выпадения дождя, а в наименее пожароопасных - через 15 дней, тогда пожары становятся возможными на всей территории региона и охватывают леса на больной площади. В лиственничниках, занимающих болэз 80$ территории региона, преобладают низовне пожары средней силы; а засуху они развиваются в почвенные. Верховые пожара не возникают.

Фронт низовых пожаров удовлетворительно описывается статисти-23

чески ми многаЕаг.торнии: математическими моделями по каждой группе типов лео;,. Пэдсдк для болей крупных объединений типов дают неудо-влетюритсльние результаты, Зависимость скорости продвижения фронтальной кромки покара от ширины кромки списывается линейным логарифмическим уравнением. "Постоянная сгорания лесных горючих материалов на кромка пламени" в 1,5 - 2,5 раза болыпе, чек вне мерзлотной зоны; в насаждениях с меньшей глубиной оттаивания она болыпе.

Пожары средней силы и слабые вызывают гибель и Бывал деревьев, у сохранившихся - развивается напенная гниль. Отмечается наиболысая плотность популяции малого хвойного усача к лиственничной златки. На склонах возникает смыв почвы и солифлвкция. У деревьев с незначительными огневыми повреждениями радиальный прирост стволов возрастает.

значительная часть пожаров возникает вблизи буровых работ геологов, поэтому рекомендуется дополнить соответствующий раздел "Правил пожарной безопасности в лесах СССР" требованиями о проведении профилактических мероприятий, и в частности, о создании вокруг буровых противопожарных заслонов. С целью улучшения регламентации авиапатрулирования лесов и работы лесопожарных служб предлагается местная методика определения опасности возникновения пожаров по условиям погоди.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на выяснение влияния мерзлоты на состояние гигроскопических напочвенных горючих материалов в различных типах леса региона, а также на изучение постпоследствий пожаров и ход восстановления леса на гарях.

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы:

1. Запасы напочвенных горючих материалов в лиственничниках на вечной мерзлоте,- В кн.: Продуктивность таежных биогеоценозов (Тез. докладов), Красноярск, 1986, с. 186.

2. Особенности пожарного созревания лиственничников на вечной

24

мерзлоте,- В кн.: Вклад молодых биологов Сибири в решение вопросов Продовольственной программы и охраны окружающей среды (Тез. докладов), Улан-Удз, 1987, с. 67-68.

3. Пожароопасность лиственничников центральной части Зжнкии в связи с запасами напочвенных горючих материалов,- В кн.: Лесные пожары и борьба с ними.- М., ВНИИЛМ, 1957, с. 226-238.

4. Вероятностное моделирование скорости распространения фронтальной кромки низового пожара.- В кн.: Механика реагирующих сред (Тез. докладов), Красноярск, 1988, с. 143-144.

5. Огневые повреждения и заселение деревьев ксилофагами в лиственничнике кустарничкозо-лишайниковом.- В кн.: Исследование компонентов лесных экосистем (Тез. докладов), Красноярск, 1988, с .25-26 (Совм. с О.З.Руденко).

6. О пожарах в лесах Центральной Эвенкии.- Лесное хозяйство, 1988, »6, с. 38-40 (Совм. с Н.П.Курбатским).

7. Состояние и перспективы развития охраны северных лесов Сибири (на примере Эвенкии).- В кн.: Лесной комплекс Сибири.- Красноярск, 1990, с. 65-68 (Созм. с П.А.Цветковым).

8. Местные впалы пожарной опасности для лесоз Эвенкии.- В кн.: Молодежь и научно-технический прогресс (Тез. докладоз), Красноярск, 1990, с. 52-54 (Совм. с А.И.Дябкным и Е.Е.Цыкаловой).

9. Опасность возникновения пожаров в лесах при геологоразведочных работах.- Лесное хозяйство. 1990, $ 6, с. 45-47 (Созм. с Н.П.Курбатским).

Ю. Проблема пожаров а лесах на вечной мерзлоте л пути ее ре-гения,- 3 кн.: Совершенствование научного обеспечения лесохозяйст-:зенного производства (Тез. докладов). М., ВНИИЛМ, 1990, с, 148.

II. Определение горимости лесоз Эвенкии по материалам космической фотосъемки,- В кн.: Аорокосмический мониторинг таежных лесов (Тез.докладов), Красноярск, 1990, с. 54-56 (Созм. с П.А.Цветковым).

25

12. Пирогенные лиственничники Центральной Эвенкии (среднее течение Нижней Тунгускк}.- География к природные ресурсы, 19Э1, £ 1, с. 74-79.

Приняты к публикации:

1. Особенности распространения поваров в лиственничниках на вечной мерзлоте Центрглькок Эвенкии.- В кн.: Изучение и рациональное использование природных ресурсов (Тез.докладов), Уфа.

2. Параметры фронтальной кромки пожара в лиственничниках на вечной мерзлоте.- Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журнал.

3. Влияние низового пожара на состояние лиственничников на вечной мерзлоте.- М., ВНИИЛМ.

Типография Красноярского Научного Центра СО АН СССР Заказ & 92 . Тирак 100 экз.