Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы
1.1 Проблема лесных пожаров в Приобском левобережном районе Алтая 7
Глава 2 Район работ, объекты, программа и методика исследований
2.1 Район работ, объекты наблюдений 26
2.2 Лесистость ленточных боров 32
2.3 Программа и методика исследований 38
Глава 3 Характеристика лесных пожаров в районе исследований 34
3.1 Основные виды лесных пожаров 34
3.2 Природа пожаров, особенности их возникновения в Приобском левобережном районе Алтая 51
Глава 4 Влияние пожаров на отпад деревьев и повреждение компонентов насаждений 60
4.1 Влияние пожаров на отпад деревьев 60
4.2 Влияние вредителей и болезней леса на преждевременный отпад деревьев. Меры борьбы 71
4.3 Повреждение компонентов насаждений 93
Глава 5 После пожарное лесовозобновление .
5.1 Преимущества естественного возобновления 101
5.2 Оценка естественного послепожарного возобновления 113
5.3 Положительное и отрицательное влияние травянистого покрова на послепожарный подрост 119
5.4 Влияние огневого воздействия на свойства почвы 123
5.5 Послепожарная трансформация характера влияния представителей фауны на пирогенный подрост 127
5.6 Возможность прогнозирования послепожарного лесовозобновления 130
Рекомендации 134
Заключение 135
Библиографический список 138
Приложения 156
- Лесистость ленточных боров
- Природа пожаров, особенности их возникновения в Приобском левобережном районе Алтая
- Влияние вредителей и болезней леса на преждевременный отпад деревьев. Меры борьбы
- Положительное и отрицательное влияние травянистого покрова на послепожарный подрост
Введение к работе
Ленточные боры Алтая играют роль защитного фильтра и экологического стабилизатора.
На примере лесов Сибири и Алтая очевидно, что проблема лесных пожаров по-прежнему остается актуальной. Это связано с освоением новых лесных территорий, отставанием охраны лесов от их хозяйственного использования. Рост числа пожаров напрямую зависит от посещаемости населением зеленых зон, развития туризма и многих других причин.
В засушливые годы, которые закономерно повторяются, создаются условия для возникновения чрезвычайно сильных пожаров, принимающих характер катастрофических.
Исследователи отмечают не только высокую природную и антропогенную пожарную опасность ленточных боров, но и очень низкую устойчивость древостоев к воздействию огня, приводящую, порой, к их гибели (Грибанов, 1960; Ишутин, 2000; Ключников, 2000 и др.).
Актуальность темы связана с решением проблемы сохранения ленточных боров и повышения эффективности лесовозобновления на гарях, в экстремально засушливом климате с учетом конкретных лесорастительных условий, интенсивности, характера лесных пожаров и других факторов.
Лесистость ленточных боров
Лесистость районов зоны ленточных боров, представленная в таблице 2.2, в среднем не превышает 14 %. По лесохозяйственным районам этот показатель различается (10,8-12,8 %) (Бугаев, Косарев, 1988).
Ленточно-боровой почвозащитный лесохозяйственный район занимает равнинную юго-западную часть края от границы с Казахстаном до р.Оби. В районе 84,9 % лесов относится к гослесфонду, 15,1% произрастают на землях колхозов и совхозов. Лесной фонд является единственным объектом деятельности лесного хозяйства и слагается из лесных и нелесных земель. За последние 50 лет осуществлен перевод нелесных площадей (пески) в лесную площадь - в результате облесения их.
За 1936-1983гг. площадь гарей сократилась в 44 раза и к настоящему времени не превышает 3,1 тыс. га (0,3 %). В результате деятельности человека, а также природных факторов лесной фонд Павловского лесхоза (39583 га), где в основном проводились наши исследования, в настоящее время имеет следующее распределение по категориям земель (таблица 2.2 -2.3).
Основную часть площади лесхоза составляют покрытые лесом земли (91,5 %). Насаждения большей частью естественного происхождения и только 2,6 % площади занимают лесные культуры. Непродуцирующими площадями являются 493 га (1,3 %), которые представлены, в основном, прогалинами возле населенных пунктов. Такие площади подвержены большим антропогенным и зоогенным воздействиям и лесоразведение на них весьма проблематично.
На незначительных площадях гарей и вырубок проводятся лесовосстановительные мероприятия. Покрытые лесом земли занимают 98,4 % от площади лесных земель. Такое соотношение категорий земель говорит об эффективном использовании лесной площади.
В целом, соотношение лесных и нелесных земель для условий Павловского лесхоза, следует считать оптимальным. Нелесные земли имеют площадь 2735 га или 6,9 % от общей, наибольший удельный вес в них приходится на сенокосы. Породный состав насаждений лесхоза беден и состоит преимущественно из насаждений сосны (84,2 %), являющейся для условий района наиболее продуктивной породой в силу своей долговечности и полного соответствия почвенно-грунтовым условиям.
Большое значение сосна имеет как источник получения высококачественной древесины, а также комплекса защитных свойств. Вместе с тем, абсолютное преобладание сосновых насаждений, их расположение в виде крупного массива в условиях сухого и жаркого климата обуславливает высокую степень горимости насаждений, что подтверждается случаями больших пожаров, случавшихся в прошлом. В Павловском лесхозе преобладают сосняки с полнотой 0,7 и средним возрастом 94 года.
Напочвенный покров ленточных боров в результате частых пожаров, хозяйственной деятельности человека и близкого соседства со степью настолько не типичен, что использование его в качестве признака для выделения типов леса встречает практические затруднения (Грибанов, 1960). Только участки приспевающего и спелого леса, сохранившиеся от пожаров и удаленные от кромок бора, имеют напочвенный покров, характерный для лесных формаций в данных лесорастительных условиях. В остальных насаждениях субэдификатор, как правило, отсутствует или встречается редко, а в травяном покрове значительное место занимают степные виды.
То, что типы леса в ленточных борах своеобразны, вызвано особенностями формирования напочвенного покрова. Здесь редко встречаются представители лесной флоры. Чаще наблюдаются в напочвенном покрове узколистные злаки и другое степное разнотравье, и среди них можно найти перистый ковыль. Леса, произрастая в ленточных борах среди степей, длительное время находились под воздействием лесных пожаров, а также в условиях малой сомкнутости древесного полога, хозяйственной деятельности человека, что способствовало изменению напочвенного покрова. Его нарушенность стала причиной того, что при установлении типов леса затруднительно пользоваться напочвенным покровом в качестве индикатора лесорастительных условий. Поэтому большинство лесоводов при определении типов леса за основу принимало геоморфологический принцип, учитывая особенности рельефа (Бугаев, Косарев, 1988).
При составлении обобщенной типологии и для каждого типа леса, описаны различия (в положении, производительности, составе и др.), характерные для данного типа северо-восточной или юго-западной части ленточных боров. Несмотря на существенные различия условий существования ленточных боров для них составлена единая классификация типов леса, которая использовалась четвертой Воронежской и Сомовской экспедициями Юго-Восточного лесоустроительного предприятия при устройстве лесхозов ленточных боров, в том числе и Павловского.
Ниже приводится краткая характеристика типов леса принятой классификации. С названием типа леса проставлен его индекс, который в дальнейшем изложении употребляется для сокращения написания названий типов леса (таблица 2.4). Наибольший процент занимают типы леса свежий бор - А2 (47%) и травяной бор - Аз (43%). Поэтому, при исследовании ленточных боров, пристальное внимание уделялось именно этим типам леса, как наиболее распространенным.
Природа пожаров, особенности их возникновения в Приобском левобережном районе Алтая
Продолжительность пожароопасного сезона определяется путем сопоставления дат начала и окончания фактической горимости, с наступлением и окончанием пожароопасной погоды, и составляет для лесхозов Приобья - 6 месяцев.
Лесхозы, имеющие высокий средний класс природной пожарной опасности насаждений, имеют и самый продолжительный период фактической горимости. Раннему возникновению пожаров в этих лесхозах и позднему прекращению горимости способствуют более ранний сход снега и более позднее установление снегового покрова. Возгорания в ленточных борах происходят преимущественно вследствие антропогенного фактора (таблица 3.5).
Подавляющее большинство лесных пожаров являются низовыми. Так, в 1994 году удельный вес верховых пожаров на Алтае составил по количеству 0,4%, а по площади около 40%. Наибольшее количество пожаров возникает от неосторожного обращения с огнем в лесу. В менее освоенных районах, при прочих равных условиях, пожары возникают реже, чем в более освоенных (Парамонов, Менжулин, Ишутин, 1997; Ключников, 2002, 2003).
Периодичность пожаров в течение пожароопасного сезона — одна из самых характерных закономерностей в возникновении пожаров в лесной зоне (Курбатский, 1962). Почти повсеместная весенняя вспышка лесных пожаров обусловливается, прежде всего, состоянием лесной растительности, затем сезонностью лесных и сельскохозяйственных работ.
Второй значительной причиной возникновения лесных пожаров являются молнии при сухих грозах, их удельный вес остается из года в год примерно на одном уровне (19,0 - 26,0%). На одном уровне остается количество лесных пожаров по причине сельскохозяйственных палов, а их частота связана лишь с условиями погоды и проводимыми сельхозработами, поэтому они возникают в течение всего пожароопасного сезона (Парамонов, Менжулин, Ишутин, 1997).
По данным Е. Г. Парамонова и Я. Н. Ишутина (1999), пожары возникли после сухой грозы в 14 часов 17 июня 1997 г. и продолжались 54 часа. Общая площадь пожаров превышала 25 тыс. га. Этому предшествовали очень сухая и жаркая весна и лето. В весенний период температура воздуха была на 3,0-3,6 С выше средних данных за последнее пятилетие, а осадков выпало на 40 % меньше, чем по средним многолетним данным. Жаркая сухая погода сопровождалась сильными иссушающими ветрами, скорость ветра колебалась от 9 до 15-20 м/сек, а временами порывы ветра достигали штормовой силы.
В соответствии с этим и распределение лесных пожаров по территории носит определенный характер. Большая часть пожаров приурочена к местам нахождения людей - основного источника огня.
Пожары, во многих случаях, распространялись в виде пятен, так как их следы зафиксированы часто только на отдельных деревьях. Возможно, что загорание от молнии происходило только у основания дерева и из-за отсутствия условий, благоприятных для горения, не распространялось по территории. При обследовании пожарищ зафиксировано много деревьев разной степени повреждения молнией. Пожары в основном раннелетние или летние.
Количество загораний в лесостепной зоне связано с повышенной посещаемостью леса. Не последнюю роль играют и специальные выжигания территории, проводимые для достижения определенных хозяйственных целей (сельхозпалы). Однако далеко не каждое загорание приводит к пожару и далеко не каждый пожар приводит к гибели древостоя и далее - к появлению гари.
Влияние породного состава древостоев на опасность пожара оказывает большое значение. Лиственные леса почти не горят. В летний период времени распространению огня препятствует травяной покров, а в весенний - пожары, как правило, слабые низовые, не приводят к образованию гари. В огне сгорает сухая прошлогодняя трава.
Низовой пожар характеризуется распространением огня по напочвенному покрову. При этом горению подвержен: лесной опад, состоящий из мелких ветвей, коры, хвои, листьев; лесная подстилка, сухая трава и травянистая растительность; живой напочвенный покров из трав, мхов; мелкий подрост и кора в нижней части древесных стволов. Зачастую, беглый низовой пожар развивается в весенний период, когда подсыхает лишь самый верхний слой мелких горючих материалов напочвенного покрова и травянистая прошлогодняя растительность. В связи с повышенной влажностью покрова на отдельных участках площадь, пройденная огнем, имеет характерную пятнистую форму.
Устойчивые низовые пожары составляют в регионе исследований небольшой процент и характеризуется полным сгоранием напочвенного покрова и лесной подстилки. Такие пожары развиваются в середине лета, когда подстилка просыхает по всей толщине залегания. На участках, пройденных устойчивым пожаром, полностью сгорает подрост, подлесок, лесная подстилка. Обгорают корни и кора деревьев, в результате чего насаждение получает серьезные повреждения, а часть деревьев прекращает рост и гибнет.
Лесные массивы, с высокой потенциальной горимостью, в противопожарном отношении, должны быть устроены с максимальным использованием преимуществ разрывов и заслонов. Последние должны создаваться по обеим сторонам разрывов. В очень сухих и сухих борах, где заслоны из лиственных пород создавать практически невозможно, полезно прокладывать многорядные минерализованные полосы под пологом вдоль разрыва и принимать другие меры, препятствующие переходу огня в кроны, в частности проводить ликвидацию захламленности, убирать хвойный подрост, обрубать нижние живые и мертвые сучья (Денисов, 1979).
Обнаружение пожаров в момент их возникновения, своевременность принятых мер для их ликвидации не только спасает от огня тысячи гектаров леса, но и позволяет расширить зону активной охраны лесов на всю территорию края путем полного перехода на осмотр территории ленточных боров с пожарно-наблюдательных вышек.
В настоящий период времени загораемость ленточных боров возросла, хотя, как уже было указано (Грибанов, 1954), площадь, охваченная ими, за исключением 1997 года, медленно сокращается.
Выявлено, что в ленточных борах Приобского левобережного района продолжительность пожароопасного сезона 6-7 месяцев. Особенно опасен период с половины апреля и до середины или конца июня, а также с конца сентября до начала октября. Пожары наблюдаются и в раннее весеннее время. Заканчивается пожароопасный сезон в ленточных борах лишь к ноябрю. В течение суток наиболее пожароопасное время с 10 до 18 часов (Грибанов, 1958).
Влияние вредителей и болезней леса на преждевременный отпад деревьев. Меры борьбы
Значительное распространение в Алтайских борах, после прохождения пожара, как негативного фактора, имеют также энтомовредители и фитоболезни. Суховершинность средневозрастных насаждений сосны, вызванная грибковым заболеванием (рак серянка) -обычное явление во многих лесхозах центральной части боров (Бугаев, Косарев, 1988).
Эти же авторы отмечают, что согласно исследованиям Б. П. Чуранова (1986), зараженность смоляным раком сосновых насаждений ленточных боров обусловлена их продуктивностью, структурой, первичной поврежденностью вредными насекомыми и рекреационными нагрузками.
На подросте и культурах распространено снежное шютте. Однако, пораженный этой болезнью, подрост затем оправляется.
Начиная с 60-х годов XX в. в лесах Алтая наблюдалось несколько вспышек массового размножения сосновой пяденицы Bupalus piniarius. Самая крупная из них охватила сосняки края в 70-е гг., когда ее очаги, например в 1974 г., занимали площадь 439,7 тыс. га.
В 1932 - 1935 гг. в ленточных и приобских сосновых борах в бывшем Западно-Сибирском крае очаги сосновой пяденицы охватили около 100000 га (Прозоров, Закревский, 1939). В 1960 году такие очаги заняли в Ребрихинском, Павловском и Барнаульском лесхозах площадь 17,6 тыс. га (Бугаев, Косарев, 1988).
Вообще в сосновых борах Алтая с начала 30-х годов вспышки вредителей наблюдались 8 раз (1932-1933, 1943, 1950-1955, 1961, 1972-1974, 1980-1981, 1987-1989, 1997-1998). Данные совпадают со вспышками пожаров.
Сосновая пяденица в жестких условиях произрастания лесостепных боров, являясь причиной интенсивной дефолиации деревьев и угнетения их роста, выступает как мощный фактор разрушения древостоев, что, несомненно, требует применения эффективных мер контроля за популяциями этого вредителя. Однако, учитывая неоднозначную экологическую роль пяденицы в лесной экосистеме, появляется возможность, своевременно вмешиваясь в процессы развития очагов сосновой пяденицы, минимизировать вред, наносимый этим филлофагом.
Реже и на меньших площадях, чем в случае размножения сосновой пяденицы происходят вспышки шелкопряда монашенки, соснового коконопряда, сосновой совки. В искусственных сосновых молодняках, часто на больших площадях действуют очаги соснового подкорного клопа (Гниненко, 2002).
Из всей совокупности вышерассмотренных вредителей и болезней сосновых лесов, перманентно воздействующих на них не только на протяжении всей жизни деревьев, но и продолжающих воздействовать на последующие поколения сосняков является такое фитозаболевание как корневая губка.
Это заболевание характерно практически для всех районов земного шара. География его распространения глобальна и охватывает все страны Европы, Северной Америки, некоторые районы Австралии, Азии и Африки (Годин, 1974).
Проблема корневой губки актуальна для лесного хозяйства многих стран: Англии, Франции, Дании, Голландии, ФРГ, Польши, Югославии, Болгарии, Италии, Норвегии, Финляндии, Канады, США, Чехословакии, Румынии (Храмцов, 1974). Широко распространено это заболевание и в регионах России и бывшего СССР. По данным А. П. Василяускаса (1974), в Литовской ССР, на сухих и свежих почвах, вышедших из под сельскохозяйственного пользования, эта болезнь распространена повсеместно и представляет большую угрозу. Количество деревьев, усохших от корневой губки достигает к 28-29 годам 50-52 %. Усыхающих 30-40-летних насаждений насчитывается тысячи гектаров. О подобной ситуации в Латвийской ССР пишет А. Я. Лауска (1974). Вынужденный интерес к корневой губке проявляется также в Белоруссии, Казахстане, на Украине.
Многочисленные исследователи лесов Алтайского края обращают внимание на негативное влияние зараженности сосняков региона корневой губкой и на необходимость разработки эффективных мер по борьбе с этим заболеванием (Бугаев, Косарев, 1988; Парамонов, Менжулин, Ишутин, 1997; Маленко, 2002).
Ее отрицательное влияние проявляется как в разрушении и ухудшении качества древесины растущих деревьев, так и в переходе этой болезни на последующее возобновление сосны.
Последнее нельзя не учитывать в связи с заменой рубок главного пользования рубками обновления и переформирования в ленточных борах Алтая, как важной лесохозяйственной задачей. По масштабности негативного влияния и трудоемкости борьбы эта болезнь превосходит остальные, характерные для Алтайских сосняков фитопатогены.
Болезнь приносит огромный материальный ущерб. Она снижает продуктивность древостоев, вызывает их преждевременный распад, последующее массовое размножение энтомовредителеи, удорожает стоимость лесовозобновления, требует сплошных санитарных рубок в лесах первой группы, ухудшает почвозащитные, водоохранные и другие полезные функции леса (Годин, 1974). А. И. Воронцов (1974) указывает, что значительный ущерб сосновым насаждениям, причиняемый стволовыми вредителями, наблюдается чаще всего в очагах заражения корневой губкой. Особенную опасность эта болезнь представляет перманентностью своего действия. Ее очаги, в отличие от воздействия других болезней, могут не затухать на протяжении нескольких поколений леса.
В силу неблагоприятного экологического влияния на лесные массивы техногенного загрязнения атмосферы промышленными предприятиями последним лесоустройством отмечено 1087 га сосновых древостоев, пораженных сосновой корневой губкой. Заражение происходит в возрасте 40-50 лет, причем по внешнему виду зараженные деревья не отличаются от здоровых. В очагах корневой губки ею заражены до 30 % деревьев (Трунов, 2002).
Положительное и отрицательное влияние травянистого покрова на послепожарный подрост
Травяной бор (Аз) - распространен в плоских понижениях на относительно богатой глубокогумусированной оподзоленной супесчаной почве, подстилаемой лессовидными суглинками. Как показывает практика, это преимущественно чистые или смешанные насаждения 1а - I класса бонитета. Травяной бор наиболее распространенный тип леса, занимающий 42,7% покрытых лесом земель. Свежий бор пологих всхолмлений (А2), наиболее распространен на 40,1 % покрытых лесом земель. Образует чистые сосновые насаждения с небольшой примесью березы и осины. После низовых пожаров в этом типе леса наблюдаются вспышки возобновления сосны. Смена сосны на березу и осину происходит крайне редко. Суммарная величина их составляет 82,8 % от всех типов, поэтому, акцент делали на сравнительную характеристику этих двух типов леса, как наиболее распространенных. Большая густота травяного покрова влияет на прирост подроста крайне отрицательно, в целом же, конкурентная роль травяно кустарничкового яруса часто почти полностью затушевывается конкуренцией древостоя. Мы сделали попытку в своих исследованиях отследить связь между степенью задернения почвы травяным и кустарниковым ярусом и текущим линейным приростом главного побега после пожаров различной давности. Исследования проводились в конце летнего периода, когда вегетация уже идет на спад. Усредненные данные исследований приведены в таблице, которая иллюстрирует указанную выше связь на заложенных нами пробных площадях (Приложение 2).
Выявлено, что в травяном бору при высокой степени задернения почвы травами (90 % осока) наблюдается резкое снижение уровня прироста. Напротив, на участке 18/16, где в напочвенном покрове преобладают зеленые мхи с незначительной примесью осоки, подрост сосны быстро Рисунок 5.3 - Травяной бор увеличивается в линейных размерах (рисунок 5.3, 5.4). Собранные усредненные данные наших исследований свидетельствуют о том, что, как правило, чем больше густота соснового подроста и травяного покрова, тем меньше годичный прирост побегов в каждой группе высот. Данную динамику снижения прироста в перегущенных куртинах соснового подроста можно объяснить нехваткой питательных веществ в почве, частичным или полным отенением меньших особей подроста большими по размерной группе и недостатком влаги в почве. В перестойных травяных борах, максимально стабильных по структуре, процесс естественного возобновления обусловлен, главным образом, особенностями взаимоотношения самосева с травяным ярусом. Кроме этого, существенное влияние оказывает количество влаги. Так, появившийся на гарях самосев, в связи с недостатком влаги весной и в начале лета в массе погибает. Все это указывает на необходимость в исследованиях регионального подхода, обеспечивающего однородность основных особенностей лесных массивов при прогнозировании характера процессов послепожарного возобновления в различных лесотипологических условиях. В условиях Павловского лесхоза были заложены пробные площади в древостоях, пройденных пожарами различной силы в типе леса Аз (сосняк травяной). Для подбора участков, отвечающих задачам работы, проводили рекогносцировочное обследование древостоев.
Анализ полученных данных позволил установить следующее: - слабые пожары в борах региона исследований не приводят к ощутимому отпаду деревьев сосны и лишь незначительно повреждают подрост высотой менее 2 м; - количество послепожарного подроста составляет около 10 тыс. шт/га; - пожары средней силы также не вызывают большого отпада в древостоях (по нашим данным он колеблется от 9,8 до 15%). Такие пожары уничтожают практически весь подрост в местах прохождения огня, полностью, исключая возможность лесовосстановления за счет предварительного лесовозобновления; - сильные низовые пожары, в результате которых отпад деревьев сосны обыкновенной составляет более 50% не только не оставляют надежды на лесовосстановление сосняков за счет подроста, но и делают проблематичным возможность успешного обсеменения выгоревших участков; - замечено, что в результате таких пожаров даже оставшиеся в живых деревья значительно снижают свои обсеменительные возможности в силу того, что значительная часть их кроны (часто более 1/3) отмирает в результате нагрева до летальных температур. Установлено, что характер послепожарного возобновления во многом зависит от силы прошедшего пожара. Результаты проведенных наблюдений могут быть полезными при прогнозе успешности послепожарного возобновления сосны в Приобском левобережном районе Алтая и при разработке мероприятий по содействию ему. Большое влияние на послепожарное возобновление напочвенного покрова оказывают почвенные характеристики, трансформирующиеся в результате пожара.
