Главная

Исследовательские группы

Научно-практический журнал
Хвойные бореальной зоны
(в перечне ВАК)

Введение

Леса высоких широт характеризуются большими накоплениями углерода, что обусловлено низкой скоростью разложения органического вещества в условиях короткого лета и своеобразия гидротермического режима почв. Уступая другим лесным экосистемам по площади, запасам фитомассы и биологической продуктивности, бореальные леса существенно превосходят их по своему воздействию на биосферу и параметрам углеродного цикла [4, 11], так как депонируют углерод не только в биомассе растений, но и в фитодетрите [20].
Отличительными особенностями лиственничных ценозов, произрастающих на многолетнемерзлых почвах, являются низкая продуктивность древостоев, незначительные запасы древесины на единицу площади, ослабленный восстановительный потенциал. Как отмечают многие исследователи [1, 8, 9, 15, 17], для активизации восстановительных процессов необходимо достаточно сильное экзогенное воздействие, устраняющее причины сдерживающего характера. Среди последних следует указать мощный слой мохово-лишайникового покрова и находящегося под ним фитодетрита, затрудняющий укоренение всходов в минеральном грунте. По нашим наблюдениям [7], толщина подстилки в лиственничниках среднетаежной подзоны варьируется от 3 см в сухих экотопах до 8 см и более – в сырых.
Вместе с тем состояние напочвенного покрова определяет не только успешность возобновительного процесса, но и уровень пожарной опасности в лесу, то есть возможность возникновения пожара и его интенсивность. Одним из главных факторов, от которых зависит полнота сгорания горючих материалов, выступающая в биогеоценозах криолитозоны как показатель силы пожара, а следовательно, и степени трансформации условий местообитания [5, 16] является влажность проводников горения [3, 6].
Из напочвенных горючих материалов наиболее важное лесоводственное и экологическое значение в криогенной зоне имеет подстилка. При ее выгорании трансформируются эдафические условия и в первую очередь гидротермический режим и химические свойства почвы, возрастает мощность деятельного слоя, изменяется режим питания растений. В зависимости от степени увлажнения коренного экотопа и гранулометрического состава почвы может происходить иссушение ее поверхностного слоя либо, наоборот, заболачивание, что негативно влияет на появление новой  генерации древесных пород.
И еще одна особенность, характерная для эдафотопов мерзлотной зоны: на влажных почвах в связи с температурным градиентом ризосфера залегает неглубоко, так как интенсивный рост корней идет в верхних горизонтах. Проявляя положительный термотропизм, значительная часть корней  с удалением от ствола поднимается к поверхности [12] и располагается в подстилке. Поэтому устойчивые низовые пожары, при которых горение заглубляется в нижние слои фитодетрита, повреждают корни деревьев, вызывая большой отпад древостоя и снижая плотность ценопопуляции. Таким образом, выгорание мертвой напочвенной фитомассы не только изменяет экологические факторы, но и воздействует на фитоценотические причины, обусловливающие конкурентные отношения в растительном сообществе, блокирующие или задерживающие реализацию потенциальных возможностей роста послепожарной генерации.

Объекты и методы исследования

В соответствии со сказанным, целью работы явилось установление зависимости полноты сгорания подстилки от ее влажности. Это позволит обосновать время контролируемых выжиганий, постпирогенные последствия которых окажут благоприятное действие на качество возобновительной среды в различных местообитаниях. Исследования проведены  в Учамском округе среднетаежных лиственничных и елово-кедровых лесов Эвенкийской провинции. Полигоны расположены в юго-восточной части Тунгусского плато, на левобережье р. Вэтэтэ, в 12-15 км от места впадения в р. Учами. Объектами исследований служили лиственничники из Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. лишайниковой и кустарничково-моховой групп типов леса, репрезентирующих лесной фонд региона работ.
Описание насаждений и учетные работы выполняли в соответствии с общепринятыми методиками [12, 14]. Запасы подстилки определяли согласно рекомендациям Н.П. Курбатского [6]. Учетные площадки размером 0,2 х 0,25 м распределяли на пробной площади с соблюдением принципа случайной выборки, то есть равномерно в пределах опытного участка. Число площадок на пробе равнялось 25, что обеспечивало 10% точность наблюдений.
Массу и влажность подстилки устанавливали термо-весовым способом, а ее толщину замеряли на сторонах учетной площадки, вычисляя среднее значение. Полноту сгорания фитодетрита, выражаемую в процентах, рассчитывали по разнице  толщины слоя до и после эксперимента.
Выжигания напочвенной фитомассы фронтальным огнем осуществляли на участках размером 25 х 25 м. Использование фронтальной кромки объясняется стабильностью и высокой скоростью ее распространения, а также более полным выжиганием горючих материалов по сравнению  с другими тактическими элементами кромки пожара [9]. Кроме того, как отмечают зарубежные исследователи [18, 19, 21], зажигание по линии с наветренной стороны участка  формирует динамику, схожую с динамикой стихийного лесного пожара.
Чтобы охватить весь спектр огневого воздействия на органическую составляющую эдафотопа, эксперименты проводили при широкой амплитуде погодных условий. При этом влажность фитодетрита варьировалась в большом диапазоне и способствовала разной степени выгорания мертвой органики. Число опытных участков составило 53 и 57 в сухих и сырых экотопах, соответственно. Результаты обследования шести типичных участков (по три от каждой группы типов леса) представлены в таблице 1.        

Таблица 1- Характеристика опытных участков

№ участка	Тип лиственничного леса	Состав	Высота, м	Диаметр, см	Возраст, лет	Полнота	Класс бонитета	Запас, м3/га
1	Бруснично-лишайниковый	10Лед.С	16,3	21,8	180	0,43	V	105
2	Лишайниковый	10Л	15,7	21,2	200	0,47	V	110
3	Бруснично-лишайниковый	8Л2С	12,7 11,5	13,2 13,0	120 110	0,61	V	120
4	Голубично-бруснично-моховой	9Л1Б	14,9 13,2	17,6 12,8	180 100	0,46	V	100
5	Голубично-аулакомниевый	10Лед.Е	12,8	14,4	100	0,53	V	95
6	Голубично-багульниково-моховой	8Л2Б	11,4 10,2	10,2 8,7	90 90	0,47	Vа	80

Сухие местообитания представлены чистыми древостоями из главной породы, иногда с участием сосны. Производительность – V класс бонитета, продуктивность невысокая. Подлесок  редкий, либо отсутствует, в напочвенном покрове преобладают кустистые лишайники рода Cladonia и Cetraria, а также кустарнички семейства Ericaceae. На почвах с избыточным увлажнением в составе древостоя в небольшом количестве присутствуют Picea obovata Ledeb. и Betula platyphylla Sukacz. В живом напочвенном покрове роль субэдификаторов принадлежит зеленым мхам рода Aulacomnium  и кустарничкам Ledum palustre L., Vaccinium uliginosum L., V.vitis – idaea L. Производительность древостоев низкая – V – Vа классы бонитета, запасы древесины в спелом возрасте – около 100 м3/га. Естественное возобновление главной породы  на экспериментальных участках слабое, зачастую неудовлетворительное. Подрост лиственницы приурочен, в основном, к окнам древесного полога и к местам, где по каким-либо причинам отсутствуют или слабо развиты мохово-лишайниковый покров и подстилка. Под пологом древостоя подрост сильно угнетен.

Результаты и обсуждение

Анализ результатов огневых опытов показал, что выгорание самого верхнего генетического горизонта почвы в значительной мере определяется степенью его увлажнения. Такая зависимость отличается стабильностью и имеет тенденцию увеличения полноты сгорания мортмассы при высыхании ее слоя (рис. 1).
Устанавливаемая зависимость для обеих групп типов леса аппроксимируется параболой третьего порядка вида

у=в0 + в1х + в2х2 +в3х3                                              (1)

где у – полнота сгорания подстилки, %;
х – влажность подстилки, %.
Параметры уравнений и статистические показатели (R2 – коэффициент детерминации, ? – относительная статистическая ошибка) приведены в таблице 2.
Данные таблицы указывают, что уравнения с высокой степенью точности описывают связь между исследуемыми величинами в конкретных экотопах, что иллюстрируют коэффициенты детерминации.

Рисунок 1 – Зависимость полноты сгорания подстилки от ее влажности (а-сухие экотопы, б-сырые экотопы)

Как видно из рисунков, в разных экотопах выгорание подстилки происходит неодинаково. Так, мощный ее слой в кустарничково-моховой группе типов леса начинает гореть при влажности 220%, а в лиственничниках лишайниковой группы – при 180%. Чтобы толщина оставшейся после эмпирического пожара подстилки составила 1-1,5 см, когда на участках формируется благоприятная

возобновительная среда [7], в сухих условиях произрастания мертвая органика должна содержать влагу в пределах 60-90%, а в сырых данный показатель уменьшается до 40-60%.
Можно говорить, что существует достаточно детерминированная связь между условиями местообитания, определяющими быстроту разложения фитодетрита и, как следствие, накопление его массы, и полнотой выгорания растительных остатков. В лишайниковой группе типов леса темпы накопления органического вещества минимальные; толщина подстилки здесь составляет в среднем чуть более 3 см и общее влагосодержание слоя изменяется быстрее, чем в кустарничково-моховых типах.
В сырых экотопах, где баланс между интенсивностью важнейших физиологических процессов, ответственных за продуцирование биомассы растений, и скоростью разложения фитодетрита более чем в других местообитаниях, сдвинут в сторону депонирования органики, толщина подстилки была равна 8 см. В этих условиях особенно четко прослеживается неравномерность ее увлажнения: просыхание начинается сверху, и через определенное время верхний слой достигает критического влагосодержания. Далее, по мере увеличения глубины слоя подстилки, наблюдается нарастание влажности.
Данный факт, отмеченный в работах многих исследователей [6, 10, 13], объясняет разную величину критического влагосодержания у одного типа горючих материалов - в естественной среде толщина слоя отдельных компонентов напочвенного покрова и подстилки варьируется в широком диапазоне. Если максимальное содержание воды в конкретном виде, позволяющее огню распространяться по слою горючего, достаточно точно определяется с по­мощью лабораторных экспериментов, то в полевых условиях, как правило, данный показатель устанавливают для всего слоя, в том числе для его нижней несгоревшей части.   

Таблица 2 – Характеристики уравнений зависимости полноты сгорания подстилки от ее влажности

Группа типов леса и номер уравнения	Параметры уравнений				Статистические показатели
	в0	в1	в2	в3	R2	?
Лишайниковая 1.1	117,8114	-1,1059	0,0052	-1,4452 l -005	0,962	11,09
Кустарничково-моховая 1.2	104,7677	-0,5084	0,0023	-9,5461 l-006	0,966	9,77