ROLE OF FIRES IN RENEWAL OF SUBORDINATE SCOTCH PINE

Матвеев А.М.¹, Матвеева Т.А.²

¹Кандидат сельскохозяйственных наук, Институт повышения квалификации работников лесного хозяйства, ²Кандидат сельскохозяйственных наук, Сибирский государственный технологический университет

РОЛЬ ПОЖАРОВ В ПОДПОЛОГОВОМ ВОЗОБНОВЛЕНИИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Аннотация

Представлены результаты исследований естественного возобновления сосны обыкновенной на гари в подтаежном поясе северо-западной части Восточного Саяна. Установлено, что сильное огневое воздействие положительно влияет на лесообразовательный процесс в разнотравной группе типов леса сосновой формации. Сильный огонь формирует комфортные условия для поселения новой генерации лесообразующей породы. Учет послепожарного возобновления иллюстрирует высокий возобновительный потенциал гаревого экотопа. Сильный пожар, минерализующий почвенную органику и устраняющий конкурентную среду коренного экотопа, придает сукцессионному процессу положительную динамику –  зарастание площади идет по кипрейно-паловому типу. Самосев 4-5-летнего возраста характеризуется большой густотой, равномерным распределением на площади и имеет хорошие биометрические показатели. Полученные данные свидетельствуют о благоприятном развитии начальной фазы лесообразования в исследуемой гаревой среде. Материалы полевых исследований  помогут определиться с мерами содействия естественному заращиванию  участков с погибшим насаждением для восстановления на них допожарной биоты.

Ключевые слова: сосновое насаждение, пожары, пирогенная трансформация ценоза, возобновление сосны.

Matveev A.M.¹, Matveeva T.A.²

¹PhD in Agriculture, Institute of Advanced Training of Forestry Workers, ²PhD in Agriculture, Siberian State Technological University

ROLE OF FIRES IN RENEWAL OF SUBORDINATE SCOTCH PINE

Abstract

The results of Scotch pine natural regeneration study at fire-sites in sub taiga of the northwestern part of the Eastern Sayan are presented in the paper. It was found that the strongest fire exposure have a positive effect on forest formation of mixed herbs forests. Strong fire creates favorable conditions for the settlement of a new generation of forest species. Post-fire regeneration illustrates high potential of burnt ecotope regeneration. Strong fires mineralize soil organics and eliminate competitive environment of the indigenous ecotope giving positive dynamics to the succession process – the area is overgrown by willow-herb burns. Seedling growth of 4-5 years of age is characterized by high density, uniform distribution in the area and has good biometric indicators. The findings suggest favorable development of the initial research phase in forest formation in the examined burnt environment. The materials of field studies will help to determine measures necessary to promote natural regeneration of areas with dead planting in order to restore their biota.

Keywords: pine plantations, fires, pyretogenic transformation of coen, renewal of pine.

Площади лесов на территории России постоянно сокращаются, и этот процесс, безусловно, нарастает. Не избежал подобной участи и Восточный Саян, в северо-западной части которого проведены наши исследования. Наибольшее значение в хозяйственно-экономической жизни этого региона имеет заготовка древесины, но поскольку рубки, вследствие сложных орографических условий, затруднены,  отмечается некоторое превышение лесного потенциала над сложившимся уровнем использования. Интенсивная эксплуатация лесных ресурсов осуществляется, в основном, на доступных территориях, где заготовка леса экономически оправдана. В результате в структуре лесного фонда преобладают древостои спелой и перестойной возрастных категорий.

Возрастающая антропогенная нагрузка на природные комплексы, увеличивающая число источников огня, подчеркивает актуальность изучения особенностей лесовозобновительного процесса в условиях горного рельефа.

Вопросам естественного восстановления лесов посвящено немало работ отечественных [10, 12 и др.] и зарубежных исследователей [2, 5 и др.].  В работах подчеркивается сложность и многоплановость явлений, имеющих место при восстановлении леса в связи с вмешательством внешних факторов. Наши исследования [6, 7] также демонстрируют вероятность различных сценариев сукцессионного процесса на территориях, где произошло разрушение растительного ценоза.

Ранее выполненный обзор литературных источников [8] убедительно показывает, что восстанавливаемых насаждений, которые сберегаются от экзогенных негативных воздействий и формируют исходный фитоценоз, более полно соответствующий зональному климату, к сожалению, немного. На фоне общего выбытия лесов они представляют лишь малую часть. При таком варианте развития процесса лесовосстановления период формирования коренного экотопа может растянуться на неопределенно долгий срок. Переход же к интенсивной модели использования возобновляемых лесных ресурсов предполагает их быстрое воспроизводство после гибели в результате различных внешних влияний, среди которых ведущие позиции  занимают пожары.

Цель настоящих исследований – изучение роли пожаров в активизации лесовозобновительного процесса в растительных ценозах подтаежного пояса. Объектами наблюдений служили сосняки разнотравные, пройденные сильным низовым пожаром.

Работы проводили в Манско-Канском лесорастительном округе Восточно-Саянской провинции. Гарь 5-летней давности, ее площадь 83 га. Пожар по форме – устойчивый, уничтоживший большую часть почвенной органики. Загорание произошло в конце августа.

Описание фитоценозов, учет возобновления осуществляли согласно общепринятым методикам [1, 11]. При оценке возобновления принимался во внимание лишь жизнеспособный самосев, без явных признаков отмирания и сильных форм угнетения. Самосев, утративший характерную окраску хвои, заметно выраженную мутовчатость, островершинность кроны, имеющий слабое охвоение  или сильное искривление стволов, не учитывался, как не обладающий существенным биологическим и хозяйственным значением.

Работы выполняли на 25 учетных площадках размером 2*2 м, размещаемых на пробных площадях равномерно.

Допожарная характеристика фитоценозов, составленная на основании натурного обследования и таксационного описания, следующая. Древостой двухъярусный. Верхний ярус образован сосной 150-летнего возраста, полнотой 0,4. Средняя высота деревьев 25,5 м, средний диаметр – 35,8 см. Древостой почти не пострадал от пожара.

Сосна нижнего яруса имеет следующие показатели: возраст 50 лет, высота – 14,1 м, диаметр – 17,4 см. Полнота древостоя – 0,5. Древостой погиб, отпад составил 92 %. Гибель деревьев связана в основном с фильтрацией высокотемпературных газовых потоков сквозь крону, у отдельных экземпляров наблюдались огневые повреждения камбия в нижней части ствола.

Возобновление главной породы слабое, и в перспективе не способно было заменить материнский древостой. Подлесок редкий (сомкнутость 0,3), доминирующая роль принадлежала шиповнику иглистому (Rosa acicularis Lindl.), спирее средней  (Spiraea media Franz Schmidt), рябине сибирской (Sorbus sibirica Hedl.).

В хорошо развитом напочвенном покрове – лесное и луговое разнотравье, в котором выделяются осока большехвостая (Carex macroura Meinsh), вейник тростниковидный  (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth), ирис (касатик) русский  (Iris ruthenica Ker-Gawl.), фиалка одноцветковая  (Viola uniflora L.) и др. Кустарнички – брусника и черника (Vaccinium vitis-idaea L., V.myrtillus L.) представлены незначительно, мхи – плевроциум Шребера и гилокомий блестящий  (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G.) присутствуют единично.

Огонь уничтожил нижние ярусы растительного сообщества, выгорела лесная подстилка. На 5 год после пожара на гари произвели учет естественного возобновления. Самосев сосны описывали по 4 возрастным группам – 5, 4, 3 и 2-летние растения.

Всходы (растения первого года жизни) при этом не учитывали, поскольку они характеризуются низкой устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям и в массе элиминируют как в течение вегетационного периода, так и  после первой зимовки. Их сохранность определяется уровнем комфортности экологических и ценотических  условий среды произрастания. На гарях одной из главных причин отмирания молодых особей является ожог стволиков у корневой шейки – обнажившаяся минеральная часть почвы нагревается солнцем до температуры свыше 50 ⁰С, что губительно для нежных растительных тканей. Кроме того, при минерализации почвы ее поверхностный слой иссушается, и всходы, вследствие неразвитости корневой системы, гибнут от нехватки питательных веществ и влаги. Поэтому, при определении плотности (густоты) нового поколения древесной породы, включение всходов в общую численность самосева лишь создает иллюзию хорошей перспективы послепожарного лесовосстановления  [8].

Данные осеннего учета представлены в таблице.

Таблица 1 – Состояние послепожарного возобновления сосны

Возраст, лет	Высота, см	Диаметр, мм	Густота, тыс.шт./га	Прирост, см
				за послед-ний год	за преды-дущий год
5 4 3 2	77,6±4,13 50,3±2,71 25,7±1,38 8,4±0,70	6,9±0,80 5,2±0,60 2,3±0,35 0,9±0,01	29,4 12,5 7,8 9,1	28,6±2,93 24,2±2,69 16,1±1,92 5,0±0,07	20,5±2,71 14,9±1,83 5,8±0,72 -

 

Полученные материалы иллюстрируют высокий возобновительный потенциал гаревого экотопа. Общая численность новой генерации сосны достигла 58,8 тыс. экз./га.

Самосев 4-5-летнего возраста имеет хорошие биометрические показатели. Согласно действующим Правилам лесовосстановления [9], почти все растения этих возрастных групп относятся к средней категории крупности. Прирост за последние 2 года свидетельствует о комфортности условий среды для роста и развития молодого поколения сосны. При этом наметившийся тренд увеличения прироста в высоту является надежным критерием жизнеспособности растений.

Наибольшая представленность на гари 5-летнего самосева (даже несмотря на естественный отпад в течение этого периода) объясняется следующими обстоятельствами. Обсеменение площади в первый послепожарный год происходило от всего древостоя, в том числе средневозрастного, погибшего в результате огневого воздействия. Поскольку пожар случился в конце лета, семена сосны достигли состояния физиологической зрелости и при попадании в благоприятную среду семена (в том числе и с поврежденных огнем деревьев) проросли и дали всходы. Соответственно число растений, появившихся в первый вегетационный период, было максимальным. В последующие сезоны существенно уменьшился урожай семян, их налет происходил только с сохранившихся сосен первого яруса.

Учитывая равномерное распределение самосева по площади (встречаемость 100 %), можно утверждать, что при благоприятном сценарии развития лесообразовательного процесса сосна сохранит свои позиции.

После сильных пожаров, минерализующих почвенную органику, зарастание площади идет по кипрейно-паловому типу [3, 8]. Уже на следующий год после огневого воздействия на гари поселился кипрей, густота которого впоследствии составила около 50 шт./кв.м. Средняя высота травостоя – 1,4 м, отдельные экземпляры достигают высоты 2 м. Вместе с тем необходимо отметить, что в зарослях кипрея формируется благоприятная среда для появления и начального роста древесных пород. Об этом свидетельствуют не только  материалы учета естественного возобновления сосны, но также ранее проведенные исследования [8] и опубликованные работы других авторов [4, 13].

Хорошо развился подлесок из допожарных видов, но отрицательного влияния на лесовозобновительный процесс кустарниковые породы не оказывают.

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что сильное горение, в значительной мере разрушающее естественную структуру первичной ассоциации, способствует устранению эффектов конкуренции, насаждение переходит в состояние открытости. В нашем случае огонь существенно ослабил взаимоотношения новой генерации лесообразующей породы  с материнским древостоем, который блокирует рост и развитие молодых растений. Почва, лишенная травяного покрова и обогащенная зольными элементами в результате выгорания органики, представляет собой прекрасное ложе для прорастания семян, укоренения всходов и последующего их роста.

Исследования, проведенные на гарях, помогут определиться с мерами содействия естественному заращиванию  участков с погибшим насаждением для восстановления на них допожарной биоты. Используемые для этой цели научно-обоснованные контролируемые выжигания напочвенного покрова будут способствовать образованию растительных сообществ, биология которых соответствует экологическим особенностям конкретной территории.

Список литературы / References

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. – М.: Лесн. пром-сть, 1971. – 512 с.
2. Бервик С. Использование огня для восстановления природного состояния лесов – наука или фантастика? (опыт США) // Управление лесными пожарами на экорегиональном уровне. – М.: Алекс, 2004. – С. 105-124.
3. Верховец С.В., Кисиляхов Е.К. Предпосылки и результаты контролируемых выжиганий на вырубках // Структурно-функциональная организация и динамика лесов. – Красноярск: ИЛ СО РАН, 2004. – С. 23-24.
4. Декатов Н.Е. Мероприятия по возобновлению леса при механизированных лесозаготовках. – М.: Гослесбумиздат, 1961. – 229 с.
5. МакРей Д.Д. Применение экспериментального контролируемого выжигания и создание баз знаний в целях обеспечения принятия решений в области пожароуправления // Управление лесными пожарами на экорегиональном уровне. – М.: Алекс, 2004. – С. 125-134.
6. Матвеев А.М., Матвеева Т.А. Роль пирогенного фактора в лесообразовательном процессе // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4 (часть 4). – С. 914-918.
7. Матвеева Т.А. Роль пожаров в сохранении биоразнообразия в лесных экосистемах // Проблема и стратегия сохранения биоразнообразия растительного мира Северной Азии. – Новосибирск: Офсет, 2009. – С. 168-170.
8. Матвеева Т.А., Матвеев А.М. Лесовозобновительные выжигания в светлохвойных лесах. – Красноярск: ДарМа, 2010. – 225 с.
9. Правила лесовосстановления. Приказ МПР России от 16.07.2007 № 183.
10. Степаненко И.И. Интенсификация целевого выращивания сосновых насаждений в южно-таёжном лесном районе таежной зоны европейской части России: Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. – М., 2010. – 39 с.
11. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. – М.: АН СССР, 1961. – 144 с.
12. Фуряев В.В. Роль пожаров в формировании лесов южной тайги Средне-Сибирского плоскогорья // Пожары в лесных экосистемах Сибири. – Красноярск: ИЛ СО РАН, 2008. – С. 18-23.
13. Чугунова Р.В. Влияние огня на подрост и его формирование после пожаров // Лесные пожары в Якутии и их влияние на природу леса. – Новосибирск: Наука, 1979. – С. 158-181.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Anuchin N.P. Lesnaya taksatsiya [Forest Taxation] – M.: Forest Industry, 1971. - 512 p. [In Russian]
2. Berwick S. Ispolzovaniye ogniya dlia vosstanovleniya prirodnogo sostoyaniya lesov – nauka ili fantastika? opyt SSHA) [Use of Fire to Restore Natural State of Forests - Science or Fiction? (US experience)] // Upravleniye lesnimi pozharami na ekoregionalnom urovne [Control of Forest Fires on Ecological and Regional Level] - M.: Aleks, 2004. - P. 105-124. [In Russian]
3. Verkhovets S.V., Kisiliakhov E.K. Predposilki i rezultaty kontroliruemykh vyzhiganiy na vyrubkakh [Background and Results of Controlled Burning at Clearings] // Strukturno-funktsionalnaya organizatsiya i dinamika lesov [Structural and Functional Organisation and Dynamics in a Forest] - Krasnoyarsk: SB RAS, 2004. - P. 23-24. [In Russian]
4. Dekatov N.E. Meropriyatiya po vozobnovleniyu lesa pri mekhanizirovannykh lesozagotovkakh [Activities Aimed at Reforestation at Mechanized Harvesting] - M.: Goslesbumizdat, 1961. - 229 p. [In Russian]
5. McRae D.D. Primeneniye eksperimentalnogo kontroliruemogo vyzhiganiya i sozdaniye baz znaniy v tseliyakh obespecheniya priniatiya resheniy v oblasti pozharotusheniya [Use of Pilot Controlled Burning and Creation of Knowledge Bases for Decision-making in Fire Management] // Upravleniye lesnimi pozharami na ekoregionalnom urovne [Control of Forest Fires in Ecological and Regional Level] - M.: Aleks, 2004. - P. 125-134. [In Russian]
6. Matveev A.M., Matveeva T.A. Rol’ pirogennogo faktora v lesoobrazovatelnom protsesse [Role of Pyretogenic Factors in Forest Formation] // Fundamentalnie issledovaniya [Basic Research] - 2013. - No. 4 (part 4). - P. 914-918. [In Russian]
7. Matveeva T.A. Rol’ pozharov v sokhranenii bioraznooraziya v lenykh ekosistemakh [Role of Fires in Biodiversity Preservation of Forest Ecosystems // Problem and Strategy of Flora Biodiversity in Northern Asia] - Novosibirsk: Offset, 2009. - P. 168-170. [In Russian]
8. Matveeva T.A., Matveev A.M. Lesovozobnovitelnye vyzhiganiya v svetlokhvoynykh lesakh [Forest Burning for Regeneration in Coniferous Forests] - Krasnoyarsk: DarMa, 2010. - 225 p. [In Russian]
9. Pravila lesovosstanovleniya [Reforestation Rules]. Order of the Ministry of Natural Resources of Russia from 16.07.2007 No. 183. [In Russian]
10. Stepanenko I.I. Intensifikatsiya tselevogo vyrashchivaniya sosnovykh nasazhdeniy v yuzhno-tayozhnom lesnom rayone tayezhnoy zony evropeyskoy chasti Rossii [Intensification of Target Growing of Pine Plantations in Southern Taiga of the European Part of Russia] Thesis Abstract. Doctor of Agricultural Sciences. - M., 2010. - 39 p. [In Russian]
11. Sukachev V.N., Zonn S.V. Metodicheskiye ukazaniya k izucheniyu tipov lesa [Guidelines for Forest Types Study] - M.: USSR Academy of Sciences, 1961. - 144 p. [In Russian]
12. Furyaev V.V. Rol’ pozharov v formirovanii lesov yuzhnoy taygi Sredne-Sibirskogo ploskogoriya [Role of Forest Fires in Forest Formation of Southern Taiga in Central Siberian Plateau] // Pozhary v lesnykh ekosistemakh Sibiri [Forest Fires in Ecosystems of Siberia] - Krasnoyarsk: SB RAS, 2008. - P. 18-23. [In Russian]
13. Chugunova R.V. Vliyaniye ognia na podrost i ego formirovaniye poslie pozharov [Impact of Fire on Undergrowth and Formation after Fires] // Lesnye pozhari v Yakutii i ikh vliyaniye na prirodu lesa [Forest fires in Yakutia and their Impact on Forests] - Novosibirsk: Nauka, 1979. - P. 158-181. [In Russian]