Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ботанико-географические особенности и горимость лесов крайнего северо-востока сибири, цели и задачи исследований . 10
1.1. Ботанико-географические и лесоводственные особенности лесов 10
1.2. Горимость лесов, цели и задачи исследований 16
Глава 2. Районы, объекты и методика исследований 22
Глава 3. Лесные горючие материалы и природная пожарная опасность насаждений 32
3.1. Запасы лесных горючих материалов (лгм) 33
3.1.1. Запасы лгм в лиственничниках 33
3.1.2. Запасы лгм в кедровом стланике 73
3.2. Микроклиматические особенности и влажность лгм в лиственничниках и зарослях Кедрового стланика 79
3.3. Теплотворная способность лгм 101
3.4. Характеристика и пирологические особенности лесных формаций 108
3.5. Пожарная опасность насаждений и других категорий площадей ill
Глава 4. Основные закономерности возникновения, развития и распространения лесных пожаров 117
4.1. Сход снегового покрова и сезонная динамика оттаивания почвы 117
4.2. Лесопожарное районирование и местные шкалы пожарной опасности погоды для леса 124
4.3. 3агораемость лесных участков 138
4.4.скорости распространения пожаров 140
4.5. Пожары в лиственничниках 144
4.6. Пожары в зарослях кедрового стланика 147
Глава 5. Горимость лесов и последствия пожаров 157
5.1. Крупные лесные пожары и прогноз их возникновения 169
5.2. Новый тип противопожарных минерализованных полос 176
5.3. Пирологический мониторинг 184
5.4. Послепожарный отпад деревьев 191
5.5. Лесовосстановление на гарях 193
Глава 6. Технология тушения пожаров 200
6.1. Особенности локализации пожаров в зарослях кедрового стланика 200
6.2. Особенности локализации пожаров в лиственничниках 201
6.3. Тушение крупных пожаров 211
6.4. Технология тушения лесных пожаров 217
Заключение 227
Список литературы
- Горимость лесов, цели и задачи исследований
- Микроклиматические особенности и влажность лгм в лиственничниках и зарослях Кедрового стланика
- Лесопожарное районирование и местные шкалы пожарной опасности погоды для леса
- Пирологический мониторинг
Горимость лесов, цели и задачи исследований
Структура, видовой и формационный состав растительности Крайнего Северо-Востока Сибири, определяющие природу лесных пожаров, специфичны и резко отличаются от Центрального и Западного секторов Евразии. Растительный покров обусловлен суровыми природными условиями и представлен вариантами тундровой, лесотундровой и таежной растительности. Три ботанико-географические зоны - тундра, лесотундра и тайга имеют место в пределах района исследований. Однако зональная широтность нарушается влиянием моря, границы смещаются к югу и становятся скорее меридиальными, чем широтными.
Широкое распространение резко приподнятых высокогорных форм рельефа обусловливает отчетливое проявление высотной (вертикальной) поясности растительного и почвенных покровов. Границы высотных поясов резко смещаются при движении с севера на юг и от побережий-вглубь материка.
Значительная протяженность территории в широтном направлении и горный рельеф обусловили ясно выраженную широтную и высотную поясность в распределении зональных типов (Тихомиров, 1955). В общих чертах широтная зональность растительности соответствует таковой в Евразии. Но суровые климатические условия и повсеместное распространение вечно мерзлотных грунтов способствовали значительному смешению к югу зональных границ. Зона тундры простирается вдоль Северного Ледовитого океана, занимает весь Чукотский полуостров и вдоль Тихоокеанского побережья спускается до Охотского моря, по берегу которого узкой полосой проникает далеко на юг. В этой зоне господствуют многолетние травы, стелющиеся формы кустарников, мхи и лишайники. Распространены здесь коч-карные осоково-пушицевые и мелкокустарниковые фитоценозы ленточной формы, островки пойменных лесов, заросли ивнячков по берегам рек и горных ручьев, и болотные комплексы. Растительность зоны тундры представляет кормовую базу оленеводства и отчасти охотничьего хозяйства (Реут, 1970).
Лесотундра занимает большую часть бассейна реки Анадырь, по Западному побережью залива Шелихова (Тихомиров, 1955). Здесь преобладают многоярусные группировки растительности, в которых первый ярус образует крупные кустарники (кедровый и ольховый стланик), а в составе травостоя и мохово-лишайниковой дернины - тундровые виды. Значение растительных ресурсов зоны лесотундры определяется, как и тундры, их ролью кормовой базы северного оленеводства. Низкоствольные стелющиеся, кустарниковые леса и кустарниковые заросли лесотундры выступают единственным источником строевой, поделочной и топливной древесины для местного населения. Весьма значительна почвозащитная роль лесов и зарослей кустарников на горных склонах, руслоохранная и нерестилищеохранная - в поймах рек, ветрозащитная - на всех местоположениях.
Леса, расположенные на полярном пределе распространения, очень неустойчивы, возобновляются неравномерно, растут крайне медленно (Тихомиров, 1962). Зона тайги представлена особым вариантом ее Северной подзоны, для которой характерно господство светлохвойных редкостойных лиственничных лесов. Основной лесообразующей породой является лиственница (Поздняков, 1975).
По хорошо дренированным надпойменным террасам, иногда по шлейфам гор чаще в области предгорий, небольшими участками на маломощных почвах развиваются лиственничники лишайниковые. Их особенность - сплошной покров лишайников (70-80%). Сомкнутость крон лиственницы - 0,3-0,4 (до 0,6), средняя высота ее древостоя колеблется от 10 до 15 метров. В подлеске редкие кусты березки Миддендорфа, кедровый стланик, ярус кустарничков слагают багульник, спирея, шикша и брусника, покрытие ими 10-15%. Из трав - только редкие стебли осоки Ван-Хьюка, мелколепестника, овсяницы. Запас древесины колеблется от 50 до 150 м /га. На долю густых насаждений с полнотой 0,8-0,9 приходится 2%.
Роль других древесных пород незначительна: тополь душистый, чозения встречаются в поймах рек. Ель образует небольшой реликтовый массив на побережье Охотского моря в долине реки Яма.
Низкая биологическая продуктивность и отсутствие таких видов как сосна, пихта существенно отличают леса Крайнего Северо-Востока от лесов Средней Сибири и соседней Якутии (Уткин, 1963). Горный рельеф обуславливает глубокое проникновение одних зональных типов в другие. Наибольшее число вертикальных поясов формируется на горных хребтах лесной зоны. Последовательность распределения высотных поясов повторяет зональное распределение растительности. Нижний высотный пояс образуют лиственничные редколесья, за ними следуют заросли кедрового стланика с примесью ольховника, выше которых развиваются горные мелкокустарничковые тундры, постепенно переходящие в пояс каменистых пустынь. Верхний вертикальный предел высотных поясов сильно варьирует, закономерно снижаясь в направлении с юго-запада на северо-восток (Тихомиров, Но-рин 1972).
Редкостойные лиственничники долин рек отличаются от растительности водоразделов по своим физико-географическим и экологическим условиям. На водоразделах климатические условия для существования растительности более суровые, чем в долине. Зимой происходит сильное сдувание снега и, как следствие, его количество здесь незначительно. В результате совокупного влияния температурных условий почвы и непосредственного воздействия многолетней мерзлоты на водоразделе находится тундровая растительность с лишайниками или своеобразными зарослями кедрового стланика. Растительность в каждом отдельном случае в свою очередь влияет на формирование экологических условий водораздельных местообитаний.
Совершенно противоположное наблюдается в долинах. Аллювиальный режим в сочетании с легкими наносными почвами и дренированными галечниковыми подпочвами способствует понижению уровня многолетней мерзлоты (Наумов, 1973). Летнее оттаивание многолетней мерзлоты в долинах измеряется величиной порядка одного метра и больше. Глубокий снеговой покров долин создает более благоприятные условия для лиственничников, а травянистый покров последних по своему характеру приближается к таковому средних широт. В свою очередь древесная растительность и крупные кустарники служат ещё фактором, задерживающим снеговой покров. Таким образом, различия между долинными и водораздельными местообитаниями настолько велико, что создает в долинах резко отличные от водораздела ландшафты с элементами лесной растительности (Тихомиров, 1955).
Кроме указанных факторов формирования растительного покрова долин -следует указать на влияние морского прибрежного климата с его туманами и влажными морскими ветрами. Растительность, особенно древесная, является чутким и отзывчивым индикатором изменения этих условий (Тихомиров, Норин, 1972).
Микроклиматические особенности и влажность лгм в лиственничниках и зарослях Кедрового стланика
Лесные пожары причиняют ущерб народному хозяйству, значение которого выходит далеко за пределы лесохозяйственной отрасли. В условиях Севера лесные пожары уничтожают леса, способствуют продвижению тундры в лесную зону, уничтожают оленьи пастбища, ухудшают климат, оголяют места обитания ценного пушного зверя, способствуют обмелению нерестовых рек.
Значительный ущерб приносят пожары оленеводству: лишайники, мхи, травы, кустарнички - основная база для оленеводства - уничтожается огнем (Белый, 1974). По данным материалов землеустройства на территории Омсукчанского, Северо-Эвенского, Средне-Канского, Хасынского, Анадырского и Билибинского районов за последние 10 лет выгорело почти 700 тыс. га. оленьих пастбищ, в том числе 584 тыс. га составляют площади пройденные пожарами в последние пять лет, которые лишены растительности. Кроме того, на территории этих же районов выявлено до 3 млн. га. старых гарей, которые и до настоящего времени не используются под выпас (Геоботанический очерк, 1960).
Пожары распространены наиболее широко в полосе контактов приполярных лесов и редколесий с тундрами. В области безлесной тундры пожары носят очаговый характер и распространены преимущественно в районах континентального климата. В лесотундре и южной тундре на значительных площадях развиты «пиро-генные тундры» на месте сгоревших редкостойных лесов, в которых процесс почвообразования после пожара привел к образованию глеевых, торфянистых почв (Берман, Игнатенко, Пугачев, 1979) и появлению кочкообразующих осоковых в сочетании со сфагновыми и мезогидрофильными зелеными мхами. Возникшие пиро-генные группировки препятствуют восстановлению древесных пород (Андреев, 1972).
Восстановление лишайников после пожара или совсем не происходит или происходит очень медленно. Они сменяются менее ценным кипреем, вейником, молоканом и другими растениями, которые не могут быть использованы оленями в зимнее время. На второй год после пожара появляется брусника, затем багульник, а через 5-Ю лет - различные виды трубчатых кладоний и пепельник. И лишь через 10-15 лет начинают развиваться кустистые кладонии и цетрарии. Старые гари мало пригодны под выпас оленей. Почти полное отсутствие лишайников и закустарен-ность затрудняют использование этих площадей в качестве пастбищ. После прохождения огня ягельные пастбища восстанавливаются через 40-50 лет.
В последние десятилетия в связи с интенсивным освоением территории Крайнего Северо-Востока Сибири негативное влияние пожаров на растительные ресурсы усиливается. Почти полная не изученность лесных пожаров в северных условиях, отсутствие инструкций и методических пособий ставит работников лесного хозяйства в тяжелое положение в случае возникновения массовых пожаров. .
Имеется ряд работ о пожарах Севера Европейской части (Ткаченко, 1911; Вангенгейм, 1939; Листов, Бородин, 1964), Сибири (Лихошерстный, 1914; Львов, Орлов, 1972; Сараев, 1900; Строгий, 1902, 1911), Дальнего Востока (Стародумов, 1972; Стародумов, Телицин, Шешуков, 1979; Сериков, Лобова, 1966), Якутии (Яковлев, 1978, 1979; Яковлев, Павлов, 1983; Щербаков, Забелин, 1979), Магаданской области (Филипов, 1975; Хохряков, Мазуренко, 1975) и Сахалина (Щетин-ский, 1963).
Значение лесов в хозяйственной деятельности населения Магаданской области огромное. Лес дает строевой, поделочный, крепежный и дровяной материал. По своим дендрологическим качествам древесина основной породы - лиственницы даурской считается одной из самых ценных: она долговечна, устойчива против гниения, калорийна. В большинстве лиственничные редколесья низкобонитетны -IV-V классов и не совсем удовлетворительны для строительства. Однако, невозможно представить хозяйственную деятельность населения без эксплуатации местных лесов. К тому же в долинах рек лиственница дает неплохой строевой лес, который используется для строительных целей.
Они являются естественной базой для развития различных отраслей хозяйства. Однако в результате усиленной эксплуатации наиболее производительных дре-востоев, слабого их воспроизводства, уничтожения лесными пожарами и отсутствия надлежащих мер по повышению продуктивности лесов качественный состав лесного фонда постепенно ухудшается; из года в год увеличивается количество не продуцирующих площадей и снижается потенциальная возможность их использования.
В условиях сурового климата, многолетней мерзлоты почвы, близости Арктики леса Северо-Востока Сибири, находясь на северном пределе своего распространения, являются исключительно важным экологическим и природно-экономическим фактором (Нельзин, 1988).
Интенсивное освоение Крайнего Северо-Востока человеком быстро изменяет сложившийся процесс эволюции ландшафтной сферы, облик природных систем и экологическую ситуацию Севера Антропогенное воздействие, и, пре жде всего, пожары, привели к возникновению отрицательных процессов необратимого характера. При этом произошла полная перестройка первоосновы естественных ландшафтов с нарушением их динамического гомеостаза, возникли новые структурные связи с отрицательными генерирующими воздействиями на сопряженные системы. Между тем пожары здесь уничтожают леса, способствуют продвижению тундры в лесную зону, ухудшают климат и сокращают площадь оленьих пастбищ.
Хозяйственное освоение территории приводит к увеличению числа пожаров. Ежегодно в Магаданской области возникает 200-300 пожаров. За последние 5 лет средняя горимость лесов составила 0,46%, число пожаров на 1 млн. га. - 8,7, средняя площадь одного пожара - 86,9 га. За один день в отдельных лесхозах возникает более 10 пожаров. Только в 1971 году пожарами пройдена площадь 90 тыс. га. По высокой горимости лесов и тундры в 1973 году Магаданская область заняла первое место среди краев и областей РСФСР. Горимость лесов в различных районах колеблется от 0,0024B Охотском районе до 1,29% в Колымском. Величина ежегодно выгораемой площади в определенной мере характеризует и степень пожарной опасности, которая обусловливается лесорастительными и климатическими условиями, степенью освоенности территории и уровнем организации тушения пожаров.
Лесопожарное районирование и местные шкалы пожарной опасности погоды для леса
Наиболее пожароопасны заросли кедрового стланика и лиственничники с подлеском из кедрового стланика, а также лиственничники лишайниковые. На этих участках возникновение пожаров обуславливается пожароопасным состоянием в основном лишайников. Опад из хвои и сухих веточек стланика и лиственницы усиливает огонь. Возникший пожар, как правило, переходит на кроны кедрового стланика. Пожары на участках этого класса возникают в течение.всего пожаропасного сезона.
Несколько меньшей пожарной опасностью характеризуются участки второго класса. Снижение пожарной опасности по сравнению с первым классом связано с большой влажностью напочвенного покрова (мхов). Наличие шикши способствует также уменьшению пожарной опасности. На участках второго класса в молодняках и зарослях кедрового стланика с моховым покровом наблюдаются верховые пожары. На остальных участках этого класса возникают низовые пожары. Напочвенный покров, состоящий из разнотравья, обусловливает весной и осенью беглые пожары. Редкостойные лиственничники в этом классе также как и в остальных классах мало отличаются пожарной опасностью от соответствующих вырубок, поэтому они от несены к одному классу. Это является характерной пирологической особенностью лесов этого региона. При пожарах в зарослях березы Миддендорфа, которые отнесены ко второму классу, кроме покрова сгорают листья и мелкие веточки березы.
Участки третьего класса характеризуются средней пожарной опасностью. По сравнению с двумя предыдущими классами опасность возникновения пожаров здесь уменьшается за счет появления в напочвенном покрове растений с меньшей загораемостью: брусники, зеленых мхов, багульника. Низовые пожары возникают при слабой, а верховые - при средней засухе. В зарослях кедрового стланика с фрагментами обнаженной почвы кромка огня прерывается. Кроны стланика обычно обгорают. Верховые пожары возникают в лиственничных молодняках уже при средней густоте и мощном напочвенном покрове, состоящем из кустарничков. На остальных участках весной и осенью возникают низовые пожары разной интенсивности.
В четвертому классу отнесены участки с низкой пожарной опасностью. В напочвенном покрове преобладают кустарнички и мхи, которые мало изменяют свою влажность в пожароопасный сезон. Опасность возникновения в них пожаров наступает при сильной засухе. Огонь распространяется местами, часто заглубляясь в моховые подушки. Верховые пожары в лиственничниках возможны при сильной засухе. Кроны деревьев при этом сгорают до толстых сучьев.
Участки пятого класса отнесены к очень низкой пожарной опасности. Здесь возможны низовые пожары в конце длительной засухи. На сфагновых болотах иногда возникают торфяные пожары. Обычно, подходя к участкам пятого класса, пожары теряют свою силу и часто прекращаются.
Если рассматривать пожарную опасность в аспекте геоморфологических комплексов, то по возрастанию пожарной опасности их можно расположить в следующей последовательности: пойменные леса, долинные и горные.
Таким образом, весьма пожароопасны заросли кедрового стланика и лиственничники с подлеском из кедрового стланика, так как в течение всего пожароопасного сезона пожары в них носят верховой характер. В припойменных лиственничниках ввиду мощной подстилки в период сильной засухи пожары заглубляются и принимают устойчивый характер: огонь распространяется по всему слою торфа (50-70 см) до минерального или мерзлого грунта.
Пожароопасна и тундровая растительность, используемая для выпасов оленей. Эти участки занимают плато и пологие склоны сопок, покрытые в основном лишайниками, разрежены растительностью из лиственницы и кедрового стланика; поймы рек с моховыми кочками.
Разработанная шкала показывает сравнительную опасность возникновения и развития пожаров в лесных участках. Она может помочь в определении очередности противопожарных мероприятий на лесной территории и наметить целесообразные меры борьбы с возникшим пожаром. Она позволяет рационально осуществлять противопожарное устройство территории и борьбу с лесными пожарами.
С целью практического использования и организации наиболее рациональной охраны лесов от пожаров, проведения комплекса противопожарных мероприятий и решения технических вопросов борьбы с пожарами мы предлагаем в лесном фонде различать по геоморфологическим комплексам три класса потенциальной пожарной опасности.
К первому классу относятся заросли кедрового стланика с редколесьем из лиственницы. В покрове преобладают лишайники. Пожары здесь возникают уже при слабой засухе и чаще всего бывают сильными с почти полным выгоранием напочвенного покрова, а кедровый стланик сгорает до крупных ветвей. Поврежденные заросли стланика полностью разрушаются. Верхние части склона после сильных пожаров оголяются от растительности и появляются каменистые россыпи. Восстановление таких площадей происходит крайне медленно, а иногда они и не восстанавливаются.
Ко второму классу относится растительность пойм рек и речных террас, где произрастает в основном сравнительно производительные лиственничники. Горючими материалами здесь являются кустарнички, мхи. Участки этого класса подвергаются воздействию лесных пожаров при средней засухе (осадки отсутствуют 10-15 дней). После сильных пожаров на этих площадях древостой повреждаются сильно и отмирают в течение 5-Ю лет. Восстановление лесной растительности происходит медленно. Послепожарные процессы в древостоях, связанные с изменением запаса древесины, протекают в течение десятков и сотен лет. Одна из причин усыхания лиственницы здесь - обгорание корневых лап деревьев, расположенных в почве не глубоко в связи с многолетней мерзлотой.
Пирологический мониторинг
Система включает комплексы лесных горючих материалов, динамику их влажности, в том числе в зависимости от метеорологических параметров, вероятность загорания, интенсивность и скорость распространения возможного лесного пожара. Конечной целью является создание локальных геоинформационных систем (ГИС) оценки пожарной опасности в лесах и прогноза поведения лесных пожаров. Первым этапом в этом направлении является создание энергетических моделей комплексов ЛГМ (масса и теплота сгорания) для локального уровня, что способствует, помимо повышения эффективности профилактических работу рациональному использованию сил и средств пожаротушения, оперативности обнаружения пожара, рассчитывать оптимальные и фактические уровни охраны лесов от пожаров. Разработка энергетических моделей проводится на базе фактических данных, полученных на 74 постоянных опытных участках, заложенных в различных районах Магаданской области. Методика разработки энергетических моделей заключается в определении приходной и расходной частей теплового баланса лесного пожара. Приходная часть рассчитывается на основе массы ЛГМ в напочвенном покрове, древостое и запасов тепловой энергии в них по типам или группам типов леса. Расходная часть составляется по количеству сгорающих ЛГМ также на лесотипологической основе по геоморфологическим комплексам с учетом погодных условий. Полученные результаты используются при создании лесопожарных карт для системы ГИС регионального уровня.
Энергетические модели рассчитываются для однородных таксационных выделов. Создание лесопожарной карты проводится путем предварительного анализа типов леса по таксационным описаниям. Используя систему критериев лесоводственных и пирологических оценок, включающих показатели, оказывающие существенное влияние на вероятность возникновения очага пожара, его вид, интенсивность и т.д., конкретные типы леса формируются в группы однородных по пирологическим свойствам выделов (групп типов леса). Затем на лесопожарной карте (плане лесонасаждений) проводится оконтуривание соседних однородных выделов. Конечный вариант карты создается на топографической основе (Душа-Гудым, 1999). Пожарные карты используются при создании ГИС оценки пожарной опасности в лесах и прогноза развития пожара на компьютерной основе. Каждой группе однородных выделов соответствуют расчетные блоки, включающие их пирологические характеристики.
В расчетные блоки входит характеристика основных метеорологических условий: температура, влажность воздуха, ветер; количество возникших пожаров, их координаты, вид пожара, его интенсивность, скорость распространения и т.д.
Методика пирологического мониторинга базируется на биогеоценотических, экологических, лесоводственно-таксационных и пирологических исследованиях (Сукачев, Молчанов, Смирнов 1967; Родин, Ремезов, Базилевич 1968; Мелехов 1939; Нестеров 1949; Курбатский 1962; Арцыбашев 1974, Душа-Гудым, 1985, 1998; Мухамедшин, Чилимов, Жуков, Безуглов, Сныткин, Виноградов, 1998 и др.).
На район проведения мониторинга составляют комплексную лесопожарную карту на основе лесорастительного районирования, материалов лесоустройства, лесопирологической характеристики лесного фонда. Собирают сведения по категориям площадей, основным лесообразующим породам, лесоводственно-таксационной характеристике покрытых лесной растительностью земель и др. Обобщают данные о климате, гидрографии, рельефе, почвах. В лесопирологическую характеристику лесного фонда включают пожарную опасность лесных участков и погоды для леса, горимость лесов и т.д.
Собранный материал анализируют и обосновывают выбор ключевых участков, устанавливают их границы. В пределах ключевых участков закладывают мониторинговые пробные площади, которые должны представлять преобладающие древесные породы, группы типов леса и лесных горючих материалов. Общее количество мониторинговых пробных площадей определяют исходя из групп типов леса, классов пожарной опасности, горимости.
На основе материалов лесопирологического мониторинга осуществляют все работы по охране лесов от пожаров, в том числе противопожарное устройство, прогнозирование, технологию тушения пожаров и ликвидацию последствий пожаров.
Принципы пирологического мониторинга. Зонально-типологический принцип базируется на делении территории прежде всего на однородные природные зоны, в пределах которых выделяются группы типов и типы ласа. В пределах однородных природных зон, групп и типов леса сочетание факторов, определяющих пожароопасное состояние компонентов лесов имеет относительно однородную направленность.
В связи с этим появляется возможность при статистически обоснованном числе мониторинговых пирологических пробных площадей отслеживать изменения и разрабатывать для них достоверные прогнозы пожароопасного состояния в пределах каждого типа леса.
Пирологический мониторинг лесов является одним из видов мониторинга окружающей среды, при этом используются методы, методики и средства, применяемые в лесном хозяйстве для наблюдения за состоянием лесных земель и лесных ресурсов, а также специально разработанные методики и технологии слежения за пожароопасной обстановкой в лесу.
Основой мониторинга является единая многоуровневая пространственно-распределительная информационная система, позволяющая интегрировать информацию, полученную по разным направлениям ведения лесного хозяйства. При этом используется информация из следующих источников: материалы текущего и непрерывного лесоустройства; данные учета лесного фонда; материалы лесопатологического мониторинга; данные государственной статистической отчетности по лесному хозяйству и лесопользованию; данные дистанционного зонирования; данные, получаемые на стационарных участках и наблюдений. Средства ведения пирологического мониторинга лесов распределяются в соответствии с организационной структурой, целевым назначением ведения мониторинга и природно-экономическими особенностями конкретного объекта.
