Ландшафтные особенности влияния лесных низовых пожаров на возобновление сосны
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………4
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА…………………………………………..11
1.1 Проблематика лесных пожаров в мире………………………………………11
1.2 Исследование проблематики лесных пожаров в России…………………….18
1.3. Влияние лесных пожаров на восстановление лесных экосистем…………..25
1.4 Пирогенная динамика лесов……………………………………………………39
1.5 Отпад деревьев после низовых пожаров……………………………………..45
1.6 Географический ландшафтный подход при учете и восстановлении леса
после пожаров………………………………………………………………………51
ГЛАВА 2. ПРИРОДНО -ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА…..55
2.1 Природно-климатические условия региона исследований…………………55
2.2 Ландшафтно-географические особенности районов исследования………..61
2.3 Природа и ландшафтные особенности возникновения лесных пожаров в
регионе исследования………………………………………………………………69
ГЛАВА 3 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ…74
3.1 Цель и программа исследований………………………………………………74
3.2 Методология и методика исследований………………………………………75
3.3 Объекты исследований…………………………………………………………90
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ ЛУЖСКОГО, КИРОВСКОГО
И ГАТЧИНСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ…….95
4.1 Анализ лесных низовых пожаров на территории Лужского, Кировского и
Гатчинского лесничеств за период 20 лет…………………………………………96
4.2 Влияние метеофакторов на возникновение пожаров в на территории
Лужского, Кировского и Гатчинского лесничеств за период 1994-2014 гг……102
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПОСЛЕПОЖАРНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ В
СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ………………………………………………..113
5.1 Влияние низовых пожаров на жизненное состояние и отпад в сосновых
древостоев………………………………………………………………………….113
5.2 Выборочные санитарные рубки после лесных низовых пожаров как фактор
предупреждения появления энтомовредителей…………………………………127
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ
СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ ПОСЛЕ НИЗОВЫХ ПОЖАРОВ В
РАЗЛИЧНЫХ ЛАНДШАФТАХ ЛЕНИНГРАДСКОЙ
ОБЛАСТИ………………………………………………………………………………………………….133
6.1 Возобновление сосны после низовых пожаров на песчаных и супесчаных
почвах………………………………………………………………………………..133
6.2 Возобновление сосны на почвах на двучленных отложениях после низовых
пожаров……………………………………………………………………………..149
6.3 Постпирогенная сукцессия смешанных фитоценозов с преобладанием сосны
на почвах на двучленных отложениях……………………………………………………………153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………161
РЕКОМЕНДАЦИИ……………………………………………………………….163
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….164
ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………………196
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
В главе приведен анализ работ, посвященных пирогенному влиянию на возоб- новление лесных фитоценозов в различных регионах России и зарубежом. Форми- рование лесов, размещение их по территории, состояние, продуктивность и другие процессы протекают под прямым и косвенным пирогенным воздействием. Данное обстоятельство отмечали многие отечественные и зарубежные исследователи (Г.Ф. Морозов, И.С. Мелехов, М. Е. Ткаченко, Г. А. Амосов, А. А. Молчанов, В.В. Фу- ряев, Э.Н. Валендика, М.В. Шешуков, П.М. Матвеева, В.Г.Гусев, Е.С.Арцыбашев А.В. Побединского, А.И.Бузыкина, М.Д., Евдокименко, Л.В. Зеленко, Б.П. Колес- ников, А.А. Корчагин, П.Н. Львов, С.Н. Санников, А.В. Волокитина, М.А. Софро- нов, Л.В. Буряк, Г.А.Иванова П.А.Цветков, В.В. Горшкова, Н.И. Ставровой, А.Н. Громцев, Agee J.K., Ahlgren I.F., Bond, W.J., Bleken E., Engelmark O., Heinselman M.I., Kuusela K., McKenzie D., Stocks B.J., Pyne S.J., Viro P.J., Stocks B.J., Wagner, C. E., Wotton, M.B.). Анализ публикаций выявил недостаточность изученности пи- рогенного фактора в связи с ландшафтной структурой таежных территорий региона исследования. Исключение составляют оригинальные исследования ландшафтных закономерностей естественных пожарных режимов, проведённые А.Н. Громцевым (Громцев, 1993, 2000; Gromtsev, 1996 и др.) и В.В.Фуряевым и Д.М. Киреевым (1979).
ГЛАВА 2. ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА
Даны характеристики природно-климатических условий Ленинградской об- ласти. Площадь лесного фонда Ленинградской области составляет 5675,3 тыс. га. Лесистость области составляет в среднем 76 %, изменяясь по районам от 61 до 88 %. Особенностью территории является ее давняя освоенность человеком и вследствие этого практическое отсутствие коренных лесов. Подавляющее большинство сущест- вующих лесов являются вторичными. Главной лесообразующей породой является сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), которая занимает около 38% всей лесной площади области. Рельеф региона равнинный, со следами деятельности ледника. Ведущими процессами почвообразования на территории Ленинградской области яв- ляются: подзолообразование, дерновый, глеевый, болотный и аллювиальный. Разви- тие этих процессов и их сочетание обусловливают возникновение широкого спектра почв. Для данной территории характерны существенные различия в климате, релье- фе, почвообразующих породах и растительности на небольших пространствах, что
создает значительную неоднородность почвенного покрова. Особенности природ-
ных условий Ленинградской области, такие как рельеф, варьирование климата, раз- нообразие растительного покрова, обусловили дифференцированную с высокой сте- пенью контрастности ландшафтную структуру региона по лесничествам Лужского, Гатчинского и Кировского районов. Пожароопасный период на территории Ленин- градской области устанавливается с приходом теплой весенней погоды (апрель) и заканчивается с установлением устойчивой дождливой осенней погоды (октябрь), т.е. с наступлением и окончанием пожароопасной погоды, которая составляет 6 ме- сяцев. Для условий региона исследования наибольшей пожароопасностью отлича- ются леса ландшафтов с преобладанием сосновых местообитаний из групп озерных и озерно-ледниковых равнин, ледниковых и водно-ледниковых вытянутых возвы- шенностей и холмов.
ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Программа исследования включала в себя следующие этапы:
1. Анализ горимости лесов на территории Кировского, Лужского и Гатчинского лесничеств за период с 1994 по 2014 годы.
2. Оценка влияния метеофакторов на количество пожаров на территории иссле- дуемых лесничеств.
3. Анализ послепожарных последствий в древостоях с преобладанием сосны в исследуемых ландшафтах.
4. Оценка естественного возобновления сосны и сопутствующих пород после низовых пожаров на исследуемых территориях ландшафтов.
5. Изучение постпирогенных сукцессионных процессов в исследуемых ланд- шафтах.
6. Разработка практических рекомендаций по регулированию постпирогенного породного состава в древостоях с преобладанием сосны.
Методы исследования. Для анализа влияния метеофакторов на горимость лесов использовались данные расположенных в Ленинградской области метеостанций «Белогорка», «Николаевская», «Новая Ладога» системы Росгидромета -1994-2014 гг.
В основу исследований положен метод пробных площадей (ПП). Подбирались лесные участки площадью от 0.01 га до 0.3 га, исключительно пройденные низовы- ми пожарами разной интенсивности. Все ПП закладывались и обрабатывались по методикам, принятым в лесоустройстве. На пробных площадях проводился сплош- ной перечет деревьев по 2 см ступеням толщины с разбивкой по пяти классам сани- тарного состояния в соответствии с Руководством по проведению санитарно- оздоровительных мероприятий (No253, 2007) и Порядком проведения лесопатологи- ческих обследований и формы акта лесопатологического обследования (No 480, 2016).
Для определения интенсивности возобновления подроста хвойных пород и оценки санитарного состояния древостоя требовалось подобрать участки, схожие по следующим критериям:
-возраст элемента леса должен варьировать от 80 до 110 лет II-III класса бонитета, т.к. данная градация обязательна для изучения воздействия низовых пожаров на разреживание древостоя;
-почвы по механическому составу должны соответствовать: песчаным и супесчаным или иметь верхний супесчаный горизонт на подстилающей породе;
– главным фактором является присутствие главной породы (сосны) в породном со-
ставе элемента леса;
-градация давности пожара от выбранного года не должна превышать 3 лет (данное условие обязательно при исследовании скорости возобновления подроста на вы- бранных площадях);
– важными является присутствие зеленомошных типов леса на изучаемых участках. Обуславливается это разным видовым составом живого напочвенного покрова, в ре- зультате чего результаты будут свидетельствовать о степени разреживания древо- стоев и скорости естественного лесовозобновления, что приведет к определенным выводам.
Для определения границы участков устанавливали правильную форму участка (квадратную или прямоугольную), эта процедура связана в основном с неправиль- ной формой горельников после низовых пожаров. Таксация древостоев проводилась инструментальным методом. Обмер деревьев с помощью мерной вилки на высоте 1.3 метра от шейки корня. Средняя высота элемента древостоя определялась отбо- ром 3-5 деревьев с последующим замером высотомером Блюме-Лейсса. Возраст оп- ределялся возрастным буравом. При определении оценки жизненного состояния со- сны применяли методику, приведенную в руководстве по проведению санитарно- оздоровительных мероприятий, и делится на категории: 1 – здоровые (без признаков ослабления), 2 – ослабленные, 3 – сильно ослабленные, 4 – усыхающие, 5 –сухостой.
Степень повреждения древостоя рассчитывалась по представленности в нем деревьев разных категорий состояния. Для этого использовался индекс состояния древостоев (средневзвешенная категория санитарного состояния – СКС), который рассчитывается как средневзвешенное из категорий состояния деревьев по формуле:
Кср. = (Р1 × К1 + Р2 × К2 + Р3 × К3 + Р4 × К4 + Р5 × К5) / 100 (1),
где Кср – средневзвешенная величина состояния породы; Рi – доля каждой ка- тегории состояния в процентах, Кi – индекс категории состояния дерева (1 – здоро- вое, 2 – ослабленное, 3 – сильно ослабленное, 4 – усыхающее, 5 – свежий и старый сухостой, ветровал, бурелом) (Руководство по планированию …, 2007).
Помимо определения общепринятой средневзвешенной категории состояния при обследовании насаждений применялся показатель жизненного состояния (ПЖС) древостоя, который рассчитывался по формуле:
где, n1 – число стволов здоровых деревьев на пробном участке; n2, n3, n4 – то же для поврежденных (ослабленных), сильно поврежденных и отмирающих деревьев; ∑N – общее количество деревьев на пробном участке; 100, 70, 40, и 5 – коэффициен- ты, выражающие жизненное состояние здоровых, поврежденных,. При показателе Ln 100-80% жизненное состояние древостоя оценивается как «здоровое», при 79- 50% – древостой считается повреждённым (ослабленным); при 49-20% – сильно по- вреждённым (сильно ослабленным), при 19% и ниже – полностью разрушенным. Определение типа почв и гранулометрического состава на выбранных лесных уча- стках производились прикопками, их количество составляло не мене 8 штук, глуби-
ной от 50 до 70 см (классификация почв по Н.А. Качинскому).
Силу пожара определяли по высоте нагара на стволах . Замер высоты нагара на стволах деревьев производился при помощи мерной рулетки; полученные данные
обрабатывались в камеральных условиях для получения средней высоты нагара на исследуемом участке.
Для учета подроста закладывали с севера на юг круговые учетные площадки с по- следующей обработкой наблюдений выборочно-статистическим методом.
Учетные площадки закладывали на одинаковом расстоянии друг от друга по сво- бодному ходу (не менее 3 ходов на каждом объекте). Каждая учетная площадка за- кладывалась при помощи шеста длиной 178,5 см. В соответствии с патентом РФ No 2084129 (1997), площадь каждой площадки при такой длине шеста равна 10 м2.
На каждой заложенной учетной площадке проводился учет подроста, в его ко- личественном соотношении, замеры высоты подроста, определялся возраст и жиз- ненное состояние подроста. По жизненному состоянию подрост распределяется на 3 категории 1 – жизнеспособный, 2 – нежизнеспособный и 3 – сухой. Подрост по ка- тегории крупности подразделяется: на мелкий высотой до 0,5 метра, средний – 0,6 – 1,5, и крупный – более 1,5 метра. По распределению по площади – на три категории в зависимости от встречаемости (встречаемость подроста – это отношение количества учетных площадок с растениями к общему количеству учетных площадок, заложен- ных на пробной площади или лесосеке, выраженное в процентах): равномерный – встречаемость свыше 65%, неравномерный – встречаемость 40 – 65%, групповой (не менее 10 штук мелких или 5 штук средних и крупных экземпляров жизнеспособного и сомкнутого подроста). (Правила лесовосстановления 2007 г. Приказ No183 и Пра- вила лесовосстановления 2020, Приказ No 1014). Количество всходов и подроста пе- ресчитывали на 1 гектар. Для характеристики травяно-кустарничкового и мохово- лишайникового ярусов закладывались учетные площадки размером 1 м2. Площадки закладывались по диагоналям пробной площади с расчетом их максимально равно- мерного размещения.
При перечете деревьев у каждого из них измерялись диаметр на высоте 1,3 м и высота нагара на стволе, а также определялась категория жизненного состояния со- гласно санитарным правилам в лесах Российской Федерации. Высота нагара может служить объективным показателем устойчивости деревьев против огня при одина- ковом диаметре на высоте 1,3 м (Амосов, 1964,1983). Полученные уравнения зави- симости послепожарного отпада от диаметра деревьев сосны на высоте 1,3 м и вы- соты нагара на стволах позволяют оперативно планировать санитарные мероприятия в пройденных лесными пожарами насаждениях и тем самым минимизировать нега- тивные последствия лесных пожаров.
Для определения связи между признаками применялся коэффициент корреля- ции Пирсона (Crossa,1990; Бондаренко и др.,2016 ). Для обнаружения влияния ряда отдельных факторов на результаты экспериментов использовался дисперсионный анализ. Для сравнительного анализа успешности возобновительных процессов и выявления взаимосвязей между качественными и количественными показателями подроста использовался ранговый корреляционный анализ с использованием коэф- фициента Спирмена, который является критерием связи между случайными величи- нами (Кендэл, 1975;Magurran,1988; Kowalczyk,2004;Харченко, 2008). Для определе- ния сходства и различий возникающих пирогенных воздействий в различных ланд- шафтах на территории лесничеств использовался кластерный анализ (Дайитбе- го,2010;Небесная,2015) .Применялосьпрогнозированиевременныхрядовдляпред- сказания будущих значений на основе ранее наблюдаемых значений пирогенных яв- лений (Волкова, др. 2012; Садовникова и др.,2016; Багаутдинов,2021). Данный ме- тодический подход может быть использован для прогнозирования возможных лес-
ных пожаров и мер их предотвращения. Прогнозный анализ площади лесных по- жаров в районах исследования проведён на основе AAA алгоритма экспоненциаль- ного сглаживания (ETS).
Объектами исследования были участки насаждений с преобладанием сосны, пройденные низовыми пожарами в разные годы в Гатчинском лесничестве Луж- ско-Оредежский ландшафт, которому наиболее присуще распространение морен- ных междуречных равнин, сложенных красно-бурым легким песчанистым бескар- бонатным валунным суглинком. Морена, перекрыта слоем озерно-ледниковых песков или супесей, образуя двучленный нанос.
В Кировском лесничестве ландшафт Путиловского плато, территория ко- торого соответствует восточному участку Ижорской возвышенности. Слагающие Путиловское плато известняки, мергели и доломиты лежат ниже, чем на Ижор- ской возвышенности, а слой покрывающих их ледниковых отложений моренных суглинков и озерно-ледниковых песков и супесей мощнее.
В Лужском лесничестве ландшафт Лужской возвышенность слагаемый песчаными и супесчаными почвами моренно-камовых холмистых формам рельефа. Данный ландшафтный район в первую очередь подвержен пирогенному воздейст- вию, что связано с его почвенно-гидрологическими условиями, а также наиболь- шей антропогенной нагрузкой по сравнению с остальными частями района.
Данные ландшафты являются контрастными по своим характеристикам и по- зволяют выявить особенности постпирогенного возобновления сосны и формирова- ние древостоев с её преобладанием.
Были заложены 25 пробных участков, пройденных низовыми пожарами, и 25 контрольных площадей, не пройденных огнем. Все пробные площади характеризу- ются однородным возрастным и породным составом древостоя. Для учета количе- ственных и качественных показателей подроста были заложены 950 круговые учет- ные площадки, на которых проводился учет подроста, живого напочвенного покрова и гранулометрического состава почвы. Исследовано 860 деревьев на предмет жиз- ненного состояния после пожаров.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ ЛУЖСКОГО, КИРОВСКОГО И ГАТЧИНСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
По результатам исследований был проанализирован ряд регистрационных данных о количествах пожаров, как беглых, так и устойчивых, которые ежегодно фиксируются лесопожарными службами. В основном эти пожары площадью до 0.3 га. Внутригодовое распределение количества пожаров, представленное на (рис.1), свидетельствует, о наибольшем их количестве (50%) приходится в весенний период, причем их пик (40 %) наблюдается в мае месяце, когда зеленая трава еще не появи- лась. Наибольшее количество пожаров в апреле приходится на вторую половину ме- сяца, но в зависимости от погодных условий конкретного года могут быть отклоне- ния от средних данных пожаров к осени убывает.
Рисунок 1 Распределение количества пожаров по месяцам пожароопасного сезона (сред- нее за 1994-2014 гг.) Лужского, Кировского, Гатчинского лесничеств
Проведённый кластерный анализ показал, что между данными районами на ланд- шафтном уровне явно, есть различи по количеству низовых пожаров и их площади.
Рисунок 2 – Кластерный анализ количества и площади пожаров по районам исследования.
Евклидово расстояние наибольшее для территории Гатчинского лесничества от кластера, в который входят Кировское и Лужское лесничества. Следовательно, на ландшафтном уровне данных районов можно говорить о сходствах и различиях, о возможной пожарной опасности.
В рассматриваемых нами лесничествах каждый географический ландшафт характеризуется своими метеорологическими характеристиками, которые наклады- ваются на возможность возникновения и развитие пожаров в лесу. Проведённый сравнительный анализ количества возникших пожаров показывает разную зависи- мость от метеофакторов за сезон в ландшафтах данных лесничеств. Были рассчита- ны в программной среде Statistica-11 зависимости площади и количества пожаров за рассматриваемый период от суммы осадков и средних температур за пожароопас- ных период с использованием параболических (квадратичной функции) уравнений.
Смоделированные графики поверхности показывают, что в зависимости от района исследования проявляется различная зависимость количества пожаров от метеофакторов за рассматриваемый период (рис. 3-5). В Лужском лесничестве можно наблюдать ярко выраженную седлообразную зависимость от метеофакторов средних значений и количества и площади пожаров. Для условий Гатчинского лес- ничества можно наблюдать другую картину зависимости пирогенных проявлений от метеофакторов за рассматриваемый период. Наблюдается большая связь возник-
новения пожаров по количеству и площади с повышение средних температур за пе-
риод апрель – сентябрь. На территории Кировского лесничества можно наблюдать
близкую к прямой зависимость количества и размеров площади пожаров от сред-
них температур за исследуемые периоды пожарной опасности и данных ландшафт-
ных условиях более явно прослеживается снижение пожаров в зависимости от
3М Графики поверхностей для Площадь пожаров и Осадки, мм и Сред.температура
суммы осадков. 3М Графики поверхностей для Кол. пожаров и Осадки,
Таблица ЛУГА 10v*21c
Площадь пожаров = 159.9682-0.0126*x-4.1239*y+0.0001*x*x-0.0008*x*y+0.0296*y*y
Таблица ЛУГА 10v*21c
мм и Сред.т Кол. пожаров = 272.3202+0.4378*x-8.9381*y-3.6224E-5*x*x-0.0054*x*
a
b
16 4
а
см
28 26
1 2
64
П
аьп
оав
1 8
86
2
д
оьпж
18 1
л
л о ар
д
2 2
щ
ро
К
лпж
аоа
в
о
4 0
.о
д
лж
лр
ро
4
1 0
см
в
а поао
Пщ
ж
о
ж
п
л
ж
П
6
4 72
7
70
8
4 2
,
6
4 72
82
7
О
8
Оим
км
24 2
0
м
д
7
14 2
2
6 4
Спр
ред.м т
7
к
76
Оим
50 50
6
д
та
е
.м
6
86
им
2
к
сад
6
епр
е
д
ар
са м
8
е ра
О
у
6
2
8
,
–
6
6
86
8
,
2 20
1
–
1 1
Рисунок3-Зависимость площади (а) и количества( b) пожаров по Лужскому лесничеству от осадков и средних
3М Графики поверхностей для Площадь пожаров и Осадки, мм и Сред.температура
Таблица ЛУГА 10v*21c
3М Графики поверхностей для Кол. пожаров и Осадки, мм и Сред.т
Площадь пожаров = -290.1071+0.3286*x+т6е.м2п89ер4*аyт-у8р.5з7а27пEо-ж5*аxр*оx-о0п.0а0с3н7ы*xй*y(-а0п.0р3е2л5ь*-yс*еyнтябрь)
Кол. пожаров = 18.0314+0.7225*x-4.3095*y-0.0001*x*x-0.0083*x*y+
Таблица ЛУГА 10v*21c
a
b
к,
7
2
80
2 8
О
8
,
0
к
0
0
20
2 1
6
1 8
64
5 1
щ
ооао
5 0
8
.
–
д
рв
о
оп
ьрв
8
5 1
2
К
оав
.о
6
2
д
8
7
сам
Оим
80
5
0 4
6
0 5
0
14
8
7
55 5
5 600
55 5
5 600
0 40
0 4
0
0 250
.а
0 5
е
д
рт
3 2
е
0
еа
0 0
0 40
0 30
50 40
3
0 30
т
20 1
8
7
6
0
д
0 2
50 е.2
50 48
С
0 35
рт
ау
40
60 4
еа
0 0
С
8
2
8
7
4
6
и,м
3М Графики поверхностей для Площадь пожаров и Осадки, мм и Сред.температура
5 00
д
Таблица ЛУГА 10v*21c
Таблица ЛУГА 10v*21c
Кол. пожаров = -32.534+0.0955*x+0.5905*y-0.0001*x*x-0.0002*x*y-
0 4
епр
Площадьнпиохжтаермопве=р-а3т.у0р97за2+п0о.ж00а0р6о*оxп+а0с.н18ы4й8(*аyп-1р.е8л5ь7-7сEе-н5т*xя*бxр+ь3).7061E-5*x*y-0.0005*y*y
3М Графики поверхностей для Кол. пожаров и Осадки, мм и Сред.
Рисунок4-Зависимость площади (а) и количества( b) пожаров по Гатчинскому лесничеству от осадков и сред-
0 50
32 3
6 30
40 0
С
a
b
0
им
е
д
400 38
4 2
т
Спрр
4
5 0
50 48
50 2
му
60 4
а
т
0 0
0а
20 15
му
0
0 2
прр
К
0 4
0 5
4 0
ре т
е ра
еау
ре т
400 38
4 2
С
0 8
д
ре т
.м
ау
7
т
0 6
0 0
епр
.м
8
к
са
ра
32 3
6 30
0 2
т
0 6
0 0
Рисунок5-Зависимость площади (а) и количества( b) пожаров по Кировскому лесничеству от осадков и средних температур за пожароопасный (апрель- сентябрь)
Для условий Лужского и Гатчинского лесничеств можно наблюдать на гра- фиках поверхности меньшее снижение количества и площади пожаров с увеличе- нием количества осадков. Следовательно, в различных ландшафтных условиях ме- теорологические факторы имеют разную силу влияния на распостранение пожаров, что логично связано не только с почвенными факторами, но и рельефом и гидроло- гией конкретного лесничества и района его расположения.
Для определения возможной пожарной опасности по исследуемым лесничест- вам, нами было применено прогнозирование на основе AAA алгоритма экспоненци- ального сглаживания (ETS). В основе моделей ETS лежит экспоненциальное сгла- живание – метод прогнозирования, при котором значения переменной за все преды- дущие периоды входят в прогноз, экспоненциально теряя свой вес со временем. Это позволяет модели с достаточной степенью гибко реагировать на новейшие измене- ния в данных, сохраняя при этом информацию об историческом поведении времен- ного ряда. Полученные данные показывают, что полученные данные по площади пожаров Лужского и Кировского лесничества имеют, разный уровень от медианных данных. Фактически только площади пожаров только Гатчинского лесничества ло- жатся на график средний показателей. Для Лужского лесничества полученный про- гноз на основе полученного моделирования показывает на возможное снижение и количества и площади пожаров в перспективе при должном режиме лесопожар- ных охранных мероприятий, однако следует отметить, что возможны флуктуации в количестве пожаров. Для Кировского лесничества полученный прогноз показывает возможность снижения пожарной опасности в перспективе, что является положи- тельным для планирования лесохозяйственных мероприятий. Для Гатчинского лес- ничества полученный прогноз развития пожарной обстановки показывает, что ко- личество пожаров будет сильно варьировать при стабильной возможной их площа- ди. Это можно интерпретировать, как возрастание количества мелких локальных лесных пожаров, например опушечных на стыке с полями селхозпроизводителей или населёнными пунктами. Данные прогнозы по трём лесничествам, хотя и носят достаточно вероятностный характер, однако для планирования превентивных лесо- пожарных мероприятий могут использоваться. В каждом лесничестве составление таких модельных прогнозных схем на основе многолетних данных по пожарам по- зволит оптимизировать лесопожарные мероприятия в целом.
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПОСЛЕПОЖАРНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ
Для описания зависимости отпада деревьев от высоты нагара на стволе, т.е. ин- тенсивности пожара нами был использована полиноминальная зависимость между двумя этими предикторами. Коэффициенты полиномов невысоких степеней могут иметь конкретную интерпретацию в зависимости от содержания динамического ря- да (Бондаренко и.др.2016; Петрянин и др.2016). В нашем случае их можно тракто- вать как увеличение отпада деревьев (а1), ускорение этого процесса (а2), изменение ускорения (а3), начальный уровень ряда при t=0 (а0).
Полученные зависимости, для Лужского лесничества, с высокой степенью обусловленности показывают связь высоты нагара на стволах и отпад деревьев (см. таб.1). При более высоком нагаре ствола, в зависимости от категории состояния де- ревьев: ослабленные, сильно ослабленные, и усыхающие увеличивается процент их отпада от общего количества. Увеличивается так же коэффициент корреляции меж-
ду двумя этими параметрами для ослабленной категории R = 0,52, сильно ослаблен- ные R = 0,69 и для усыхающих деревьев R = 0,71.
Таблица 1 Зависимость отпада деревьев сосны от высоты нагара на стволе в Лужском
лесничестве.
Категории состояния деревьев
ослабленные сильно ослабленные
усыхающие сухостойные
уравнение R2 y= 10.06×3-22.99×2+20.12x 0.27 y = -41.82×3 + 65.23×2 – 17.57x 0.48 y = -33.18×3 + 61.34×2 – 21.94x 0.50 y = -2.94×3 + 11.99×2 – 5.62x 0.52
Обгорание зоны корневой шейки и до высоты 0,4 м определяет процент отпа- да стволов для этих категорий деревьев. Однако если для этих категорий мы наблю- даем с увеличением высоты нагара уменьшение процента отпада стволов, то для су- хостойных деревьев можно увидеть обратную картину с высоким коэффициентом корреляции R = 0,73. По-видимому, это можно объяснить, что эти деревья уже поте- ряли свою физико-механическую устойчивость и чем выше ожег ствола, тем больше деревьев идет в отпад.
Для Кировского лесничества можно наблюдать отличные зависимости отпада де- ревьев по категориям состояния по сравнению с Лужским лесничеством (см. таб.2).
Таблица 2 Зависимость отпада деревьев сосны от высоты нагара на стволе в Кировском
лесничестве.
Категории состояния деревьев
ослабленные сильно ослабленные
усыхающие сухостойные
уравнение R2 y = 0.66×3 – 4.80×2 + 11.47x 0.39
y = -5.38×3 + 7.73×2 + 2.32x 0.27
y = 0.38×3 + 1.98×2 + 3.48x 0.72
y = -0.74×3 + 6.68×2 – 1.89x 0.74
Процент отпада ослабленных деревьев с высотой нагара возрастает и коэффициен- том корреляции составляет R = 0,63,а для сильно ослабленных деревьев эта зависи- мость слабее выражена ⎯ R = 0,52. Для усыхающих и сухостойных деревьев взаимо- связь процента отпада стволов с высотой нагара очень высокая R = 0,85—0,87 и ли- ния тренда показывает возрастание. Для выявленных зависимостей интенсивности отпада по категориям жизненного состояния деревьев от высоты нагара по опытным объектам Путиловского плато получены уравнения, описывающие эту взаимосвязь и коэффициенты, отличные от показателей полученные для ландшафта Лужской возвышенности. Выявлена зависимость отпада деревьев от высоты нагара, то есть чем выше высота пламя была во время пожара, тем сильнее пострадали деревья. На пробных площадях поврежденные насаждения представлены сухостойными (1,9 %) и усыхающими (3,5 %) от общего количества исследуемых насаждений Лужского лесничества. На пробных площадях Кировского лесничества поврежденные насаж- дения представлены сухостойными (2,3 %) и усыхающими (3,7 %) от общего коли- чества исследуемых насаждений. Необходимо отметить что, в Кировском лес- ничестве процент сухостойных стволов превышает аналогичные пробные площади Лужского лесничества, обуславливается это наличием деревьев с меньшим диамет- ром стволов по сравнению с остальными деревьями. Большая часть насаждений не получила повреждений, о чем свидетельствует визуальное их состояние, в конечном итоге это не приведет к масштабному отпаду деревьев и не станет угрозой заселени- ем энтомовредителей. Различия в рельефе, почвах и растительности Лужской воз- вышенности и Путиловского ландшафтов определяют характер пирогенного влия- ния в них на древостои. Зависимость мощности оставшейся лесной подстилки от высоты нагара на стволах, т. е. интенсивности прошедшего пожара, как показал
корреляционный анализ, имеет более высокую обратную зависимость в ландшафте Путиловского плато R = ‒0,92, в ландшафте Лужской возвышенности эта зависи- мость имеет меньшую связь R = ‒0,72. По-видимому, в разных ландшафтах, даже в местообитаниях одного типа, создаются различные условия для возникновения и распространения пожаров как естественного, так и антропогенного происхождения. Для Гатчинского лесничества, исследованные спелые древостои с преобладанием сосны, пройденные низовыми пожарами произрастающих на почвах двучленных от- ложений, наблюдается совершенно иная картина отпада стволов деревьев, чем в рассматриваемых выше ландшафтах. Это связано, вероятно, с составом насаждений – присутствие до 2 единиц ели и 1-2 единиц лиственных пород – берёзы и осины.
Для Гатчинского лесничества в условиях Лужско-Оредежского ландшафта можно наблюдать отличные зависимости отпада деревьев по категориям состояния по сравнению с древостоями сосны в ландшафтах Лужского и Кировского лесниче- ства. Это связано, вероятно, с составом насаждений – присутствие до 2 единиц ели и 1-2 единиц лиственных пород – берёзы и осины. Необходимо отметить фактически полностью выпавшую или усохшую в результате низового пожара ель. На обсле- дованных участках древостоев сосны, подвергнутых низовым пожаром на различ- ных почвах, можно видеть, что степень отпада стволов деревьев различна(см. таб.3).
Таблица 3 Зависимость отпада деревьев сосны от высоты нагара на стволе в Гатчинском
лесничестве.
Категории состояния деревьев
ослабленные сильно ослабленные
усыхающие сухостойные
уравнение R2 y = 0.16×3 – 1.47×2 + 5.81x 0.95
y = 0.10×3 – 1.43×2 + 6.51x 0.88
y = 0.37×3 – 2.13×2 + 5.02x 0.92
y = 0.18×3 – 1.09×2 + 3.06x 0.76
В данном районе наблюдается более тесная и близкая к функциональной связь высоты нагара стволов и количества деревьев, переходящих в отпад по катего- риям состояния. Процент отпада ослабленных деревьев с высотой нагара возрастает и коэффициентом корреляции составляет R=0,97,а для сильно ослабленных деревьев эта зависимость слабее выражена – R=0,93. Для усыхающих и сухостойных деревьев взаимосвязь процента отпада стволов с высотой нагара очень высокая R=0,95-0,85 и линия тренда показывает возрастание. Сравнивая показатели уравнений, можно с известной долей, вероятности говорить, что показатель увеличение отпада деревь- ев (а1) для всех категорий состояния деревьев положительный и имеет наибольшую величину у сильно ослабленных деревьев 6,51. В целом показатели увеличения от- пада деревьев в данном лесничестве ниже, чем в Лужском и выше, чем в Кировском лесничествах.
Коэффициент ускорение процесса (а2) отпада стволов у всех категорий со- стояния деревьев ниже, чем в и изменяется от 1 до 2. Изменение ускорения отпада деревьев имеет прямую направленность у всех категорий деревьев. Наибольший коэффициент ускорения (а3) отпада 0.37 наблюдается у категории усыхающих де- ревьев сосны, данный показатель наименьший по всем категориям деревьев в Гат- чинском лесничестве в отличие от рассмотренных пирогенных древостоев сосны Лужского и Кировского лесничеств.
Различия в рельефе, почвах и растительности этих ландшафтов определяют возможность и целесообразность их использования человеком, определяют характер антропогенного влияния на эти ландшафты. Зависимость мощности оставшейся лесной подстилки от высоты нагара на стволах, т.е. интенсивности прошедшего по-
жара, как показал корреляционный анализ, имеет более высокую обратную зависи- мость в ландшафте Путиловского плато R= -0,92, в ландшафте Лужской возвышен- ности эта зависимость имеет меньшую взаимосвязь R= -0,72. Проведённый диспер- сионный анализ показал статистически значимые различия в мощности оставшейся подстилки после пожара для данных ландшафтов (см. табл.4 и рис.6).
Таблица 4- Данные дисперсионного анализа Фишера зависимости мощности оставшейся лесной подстилки от высоты нагара на стволах
Дисперсия
Сумма квадратов
Степени свободы
Средний квадрат
Фактический критерий Фишера Fф
Теоретический критерий Фишера Fт p=5%
Вероятность принятия ну- левой гипоте- зы
Общая Вариантов Остаточная
6,357778 17
4,947778 1,41
9 0,549753 3,21 3,0 0,06 8 0,17625
(а)
(b)
(с)
Рисунок 6- Зависимость мощности оставшейся лесной подстилки от высоты нагара на стволах (Лужское лесничество –а, Кировское лесничество -b,Гатчинское лесничество – c)
В разных ландшафтах, даже в местообитаниях одного типа леса, создаются различ- ные условия для возникновения и распространения пожаров как естественного, так
и антропогенного происхождения. Для Гатчинского лесничества в условиях Луж-
ско-Оредежского ландшафта на почвах на двучленных отложениях меньшее прого- рание подстилки и её мощность вероятно связано с более влажным гумусовым гори- зонтом в данных почвенных условиях, чем на песчаных почвах Лужского и Киров- ского лесничеств.
На пробных площадях в Лужском и Кировском лесничествах после пожаров были проведены обследования сосновых древостоев естественного происхождения с целью установления их санитарного состояния для последующего назначения их в выборочную санитарную рубку с целью оздоровления насаждений, предупрежде- ния распространения очагов стволовых вредителей и опасных заболеваний.
Важно проведение выборочных санитарных рубок в год пожара, что бы избежать заселения территории стволовыми вредителями Анализ санитарного состояния по- казал, что древостои Лужского лесничества относятся к категории «здоровых», а древостои Кировского лесничества относятся к категории «ослабленных». При ор- ганизации лесохозяйственных мероприятий в рубку назначались поврежденные де- ревья. Изменения состава древостоя и снижение полноты древостоя в результате проведения санитарно-оздоровительных мероприятий ниже 0,5 не зафиксировано в обоих лесничествах. Поэтому средний показатель СКС пробных площадей в местах проведения рубок и ПЖС древостоев Лужское лесничество (1,32 и 84,3% соответст- венно) и Кировское лесничество (1,39 и 76,4% соответственно). В Гатчинском лес- ничестве после низовых пожаров проводились сплошные санитарные рубки.
ГЛАВА 6 ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ СОСНО- ВЫХ ДРЕВОСТОЕВ ПОСЛЕ НИЗОВЫХ ПОЖАРОВ В РАЗЛИЧНЫХ ЛАНДШАФТАХ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Результаты исследований показали, что на образовавшихся гарях пожаров на песчаных почвах в Лужском и Кировском лесничествах, в лесу после пожара отсут- ствуют травянистый покров, что положительно сказывается на возобновлении дре- весных пород. В сосняках на контрольных пробных площадях возобновление про- исходит медленнее, чем на пробных площадях пройденные пожарами, а также на- блюдается неравномерное, групповое распределение по площади. Проведённый сравнительный анализ успешности возобновления сосны для двух исследуемых ландшафтов показал статистическую значимость, как по категориям крупности, так и достоверное отличие количества подроста, возобновившееся после пожара и в ма- теринском древостое без пирогенного воздействия (см. рис.8-9).
Рисунок 8- Распределение подроста по категории крупности и количеству на пробных площадях Лужского лесничества
Рисунок 9- Распределение подроста по категории крупности и количеству на пробных площадях Кировского лесничества
Следует отметить, что выявлено значимое различие по категориям крупности под- роста сосны для Лужской возвышенности и Путиловского ландшафтов и, значит ле- совозобновление сосны по данным параметрам идёт по-разному в данных районах, как после пожара, так и без него в исследуемых типах леса. Для подтверждения достоверного различия возобновительных процессов на участках пройденных пожа- ром и не затронутых огнём в Лужском и Кировском лесничествах был проведён од- нофакторный дисперсионный анализ, позволивший выявить статистически значи- мые результаты ( табл.5). Проведённый анализ подтвердил значимое различие для пирогенных и контрольных участков и, следовательно, лесовозобновление сосны на постпирогенных участках достоверно выше, чем под пологом материнского древо-
стоя в обоих районах исследования.
Таблица 5 Дисперсионный анализ достоверности различия по возобновлению подроста сосны
после пирогенного воздействия по ландшафтам
по категориям крупности подроста сосны (мелкий, средний, крупный) для Лужской возвышенности и Путиловского ландшафтов
Общая 35,035 53
Дисперсия
Сумма квадра- тов
Степени свободы
Средний квадрат
Фактический критерий Фишера Fф
Теоретиче- ский кри- терий Фи- шера Fт p=1%
Вероят- ность при- нятия ну- левой ги- потезы
Вариантов 23,639 Остаточная 11,396
5 4,72775 19,91 3,43 1,07E-10 48 0,237422
по категориям крупности подроста сосны после пожара и контроле без воздействия по
Общая 290,77 Вариантов 206,60
Остаточная 84,167
ландшафту Лужской возвышенности
59 41,3203
5 1,55865 26,51 3,38 2,0078E-13
по категориям крупности подроста сосны после пожара и контроле без воздействия по
Общая 35,035 Вариантов 23,6388
Путиловскому ландшафту
53 4,72775
5 0,237422 19,91 3,43 1,07E-10
Остаточная 11,3963 48
Показатели фактического критерия Фишера выше теоретического, что подтвержда- ют табличные данные. Проведённый сравнительный анализ количества благонадёж-
ного подроста на пробных площадях, пройдённых низовым пожаром и без воздейст- вия последнего также для обоих лесничеств выявил статистически значимое отли- чие и подтвердил гипотезу о более успешном возобновлении сосны благонадёжным подростом, для всех объектов Fф˃ Fт p=1%.Таким образом, полученные данные дисперсионного анализа свидетельствуют о том, что количество подроста зависит от его благонадежности. Анализ показателей соснового подроста по объектам иссле- дования в районных лесничествах показал не однозначность взаимосвязей его ко- личественных и качественных характеристик. Данные по качественным характери- стика подроста на исследуемых объектах не показали прямой взаимосвязи между собой. Так встречаемость подроста и индекс жизненного состояния не имеют пря- мой корреляции, т.е. взаимосвязи межу собой по районам исследования. Для адек- ватного сравнительного анализа успешности возобновительных процессов и выяв- ления взаимосвязей между качественными и количественными показателями под- роста применялся ранговый корреляционный анализ с использованием коэффици- ента Спирмена (Rsp), который является мерой связи между случайными величина- ми. Проведённый ранговый анализ выявил не однозначные связи между качествен- ными и количественными показателями соснового подроста по районам исследова- ния. Так количественная представленность подроста сосны выше по пробным пло- щадям пройденных пожарами для обоих районов исследования. Однако для Луж- ского района выявлена связь между общим количеством подрост и количеством благонадёжных экземпляров – показатели Rsp для площадей, пройденных пожарами, составил 0,94, а для контрольных, не затронутых пирогенным воздействием 0,97, т.е. коэффициенты ранговой корреляции статистически значимы и ранговая корре- ляционная связь между оценками по двум тестам значима. Ранговый анализ показал высокую взаимосвязь между общим количеством подроста и количеством благона- дёжных экземпляров сосны для всех опытных пробных площадей для данного рай- она. Взаимосвязь между количеством подроста и его встречаемостью выявлена только для площадей пройденных пожаром в Лужском лесничестве, для контроль- ных участков не выявлено достоверной взаимосвязи между этими показателями. Для Кировского района статистически значимой взаимосвязи не обнаружилось не по количеству подроста и его благонадёжных форм, не по встречаемости. По- видимому, разница в ландшафтных условиях произрастания, является одной из при- чин для количественной представленности подроста сосны и его благонадёжности – в Лужском районе пройденные участки низовыми пожарами относятся к камовым формам ландшафта и имеют более сухой режим увлажнения в бруснично- и чернич- но-зеленомошной группе типов леса, чем ландшафт Путиловского плато Кировского лесничества. Проведённый расчёт ранговой корреляции между обилие соснового подроста (экз./10м2) и его встречаемостью (%) выявил значимую сильную и пря- мую взаимосвязь в Кировском районе только для контрольных опытных площадей, не затронутых пожаром – Rsp =0,97. В Лужском районе между этими показателемне выявлено статистически достоверных взаимосвязей. Эта можно объяснить, веро- ятно, тем, что на участках пройденных пожаром создаются более благоприятные ус- ловия для возобновления сосны по всей площади и подрост более равномерно про- странственно размещается и эта взаимосвязь может, проявляется в более увлажнён- ных условиях Путиловского ландшафта в материнских сосновых древостоях.
Различия в рельефе, почвах и растительности этих ландшафтов определяют зависимость мощности оставшейся лесной подстилки от высоты нагара на стволах, т.е. интенсивности прошедшего пожара, и как показал корреляционный анализ,
имеет более высокую обратную зависимость в ландшафте Путиловского плато R= –
0,92, в ландшафте Лужской возвышенности эта зависимость имеет меньшую связь R= -0,72. Проведённый дисперсионный анализ показал статистически значимые раз- личия в мощности оставшейся подстилки после пожара для данных ландшафтов (см.табл.6). По-видимому, в разных ландшафтах, даже в местообитаниях одного ти- па, создаются различные условия для возникновения и распространения пожаров как естественного, так и антропогенного происхождения.
Таблица 6 -Дисперсионный анализ достоверности различия по мощности лесной подстил- ки после пирогенного воздействия по ландшафтам Лужского и Кировского лесничеств
Дисперсия
Сумма квадратов
Степени свободы
Средний квадрат
Фактический критерий Фишера Fф
Теоретический критерий Фи- шера Fт p=1%
Вероятность принятия нулевой ги- потезы
Общая Вариантов Остаточная
6,357778 17
4,947778 9 0,549753
1,41 8 0,17625
17 3,21 3,01 9
Данные дисперсионного анализа указанные в таблице
что в результате пожара мощность лесной подстилки значительно изменяется по ис- следуемым объектам по ландшафтам. Соответственно на паловых и непаловых вы- рубках создаются разные условия для прорастания семян.
Для Гатчинского района данные по обилию подроста на участках пройденных низовыми пожарами (экспериментальные площадки) и участках, не тронутыми по- жаром (контрольные площадки), показывают, что в условиях смешанного насажде- ния количественная представленность соснового подроста меньше, чем в пироген- ных сосняках на песчаных почвах (см рис.10). Полученные результаты показывают, что в зависимости от интенсивности воздействия огня в почвенно-гидрологических условиях Лужско-Оредежского ландшафта после низовых пожаров будет происхо- дить успешное возобновление соснового подроста и тем самым формироваться постпирогенный древостой с её преобладанием.
В древостое с преобладанием сосны на контрольной площади преобладает подрост от 1,5 и выше метров, при этом мелкого подроста практически нет, что вы- звано высокой конкуренцией с пологом еловой и лиственной части древостоя, а так же живым напочвенным покровом и большей мощностью лесной подстилки, вслед- ствие чего затруднено естественное возобновление. По возрасту данный подрост старше молодого постпирогенного поколения сосны на 10-15 лет
Рисунок 10 – Распределение подроста по категории крупности и количеству на пробных площадях Гатчинского лесничества
свидетельствуют о том,
На площадях пройденных низовым пожаром преобладает подрост средней ка- тегории крупности, а доля крупного подроста меньше. Мелкая категория подроста сосны отличается от более крупных категорий возрастом – это поколение сосны возраста от 2 до 3 лет, т.е. процесс возобновления сосны от семян материнских ос- тавшихся деревьев происходит на местах, где подстилка прогорела больше, и не произошло зарастание травянистой и моховой растительностью.
В целом процесс возобновления сосны на горельниках в древостоях на почвах двучленных отложений можно охарактеризовать, как успешный, так как продолжа- ется возобновление от материнского древостоя. Однако процесс заселения будет связан с тем, как скоро произойдёт усиление зарастания травянистыми видами, и они будут угнетать и не давать прорастать всходам сосны.
Почвенные условия являются одним из основных факторов, которые опреде- ляют породный состав постпирогенных молодняков. Формируемые на двучленных отложениях почвах древостои сосны и ели с разной долей участия этих пород менее подвержены пирогенному воздействию, чем древостои на песчаных и супесчаных почвах различного генезиса. Подстилающий суглинистый горизонт препятствует быстрому сбросу почвенной влаги из верхних почвенных горизонтов. Однако более обильный и разнообразный живой напочвенный покров и подлесок, чем на песча- ных почвах, в засушливый вегетационный период может быть источником для раз- вития пожаров. Проведённый в выше анализ постпирогенного возобновления со- снового подроста поставил задачу изучения сукцессионных процессов на почвах на двучленных отложениях в Гатчинском лесничестве после воздействия пожаров на лесные фитоценозы. Данные почвы в районе исследования в Лужского-Оредежском ландшафте занимает до 40% площадей лесного фонда. Вопрос о ходе восстанови- тельных постпирогенных процессов (сукцессий) лесных сообществ и их породного состава в таёжной зоне на почвах, сформировавшихся на двучленных отложениях, до сих пор окончательно не изучен. Это связано как с различиями в ландшафтно- географическом плане, так и с проблематикой исследования хвойных насаждений сосны и ели, где акцент чаще делается на одну преобладающую породу. Были по- добраны участки постпирогенных насаждений различных возрастов на почвах на двучленных отложениях на землях лесного фонда Гатчинского лесничества. Пло- щадь участков составляла от 2 до 3 га. Условия произрастания были определены, как чернично-кисличные типы леса. На участках преобладают характерные для этих лесорастительных условий доминирующие виды живого напочвенного покрова: Vaccinium myrtillus, Oxalis acetosella, Majanthemum bifolium, Trientalis europaea, Vaccinium vitis-idaea. Моховой ярус хорошо развит, наиболее обилен в нем Pleurozium schreberi, а также Hylocomium splendens и Dicranum polysetum.
Было заложены 5 пробных площадей (по 0,25 га каждая) на участках, прой- денных пожаром в 1996, 2013-2014, 2005, 2007 годах соответственно на которых после вырубки древостоя произошло возобновление древесных пород. Также зало- жены пробные участки насаждениях на выделах, где после пожара 1956 года, где к настоящему времени (2020г.) сформировались смешанные хвойные и хвойно- лиственные древостои с разной долей участия сосны. Для составления полного воз- растного ряда были подобраны участки средневозрастных, приспевающих и спе- лых смешанных насаждений с участием сосны, где было зафиксированы низовые пожары или фиксировалось в почве обгоревшая древесина и угли, что указывает на пирогенное происхождение данных древостоев.
Проведённый анализ состояния подроста сосны и ели, возобновившегося после низового пожара и у последующей сплошной санитарной рубки на разных возрас- тных этапах показывает, что с возрастом динамично может изменяться его количе- ство и встречаемость (табл.7).
Таблица 7- Характеристика подроста возобновившегося после низовых пожаров на объектах исследования на почвах двучленных отложений
Состав наса- ждения
4С1Е3 Б2Ос
ПП 1
4С1Е4 Б1Ос
ПП 2
Порода
Сосна Ель Берёза Осина Сосна Ель Берёза Осина Сосна
Аср, лет
6
5
6
6
8
7
8
7
11
10
11
10
Нср м.
1,9 1,7 2,1 1,6 2,3 1,8 2 1,8 3 1,5 2,5 2,5 1,5 2,0 4,1 2,2 4,0
Dср см. 3
2
5
4
5
3
4
4
4
5
4
6
2
6
8
5
8
Экз/га встречаемость, τ, %
2020 91 488 83 1512 79 623 45 1120 88 300 60 1135 78 200 56 2420 84 2114 67 2800 100 1200 86 1800 71 2000 100 2320 67 1316 65 2000 88
3С3Е4Б
ПП3 Ель
Берёза Сосна
2С4Е4Б
ПП4 Ель 7
Берёза Сосна
10 20 15 20
4С2Е4Б
ПП5 Ель
Берёза
Анализ распределение по категориям состояния подроста пород, произра- стающих на пробных площадях, можно сказать, что он в большей степени жизне- способный. Подрост сосны, в большинстве, относится к жизнеспособному, но при- сутствует незначительное количество нежизнеспособного. Это говорит о благопри- ятных условиях для появления и развития подроста сосны. Сухой подрост обнару- жен на пробных площадях No2-3, и No5. Высокий процент сухого подроста на седь- мом участке также обусловлен переходом подроста в стадию жердняка. В целом распределение как соснового, так и елового подроста по категориям показало, что условия для развития жизнеспособного подроста оптимальны на этих возрастных стадиях, что связано со средними значениями общего проективного покрова ЖНП и редким подлеском, поэтому торможение роста на данном этапе развития насажде- ния не наблюдается.
Проведённое исследование таксационных характеристик сформировавшихся насаждений с участием сосны на почвах на двучленных отложениях разных классов возраста без хозяйственных воздействий показало, что по сосновому элементу на- саждения имеется тенденция увеличение её таксационных показателей по возрас- тным этапам (см.табл.8). На основе полученных данных были составлены возмож- ные сукцессионные схемы формируемых древостоев от стадии молодняков до спе- лых насаждений без лесохозяйственных воздействий. Однако нужно отметить, что данная прогнозная схема не является аксиомой и на последующий рост и формиро- вания элементов леса могут повлиять многочисленные, как внешние факторы среды, так и дифференциация деревьев в самом насаждении. Полученные результаты по- зволяют построить постпирогенную суцессионную схему формирования лесных фи-
тоценозов с разной долей участия сосны на данных почвах, что позволит проводить обоснованные лесохозяйственные мероприятия по оптимизации состава и формиро- вать высокопродуктивные древостои:
Таблица 8 Таксационные характеристики постпирогенных смешанных древостоев с преобла- данием сосны, не затронутых рубками ухода
Состав наса- ждения
6С2Е2Б 6С3Е1Б 8С1Е1Б 3С1Е6Б
Порода Аср, лет Сосна 35
Ель 30 Берёза 35 Сосна 65 Ель 60 Берёза 65 Сосна 85 Ель 80 Берёза 80 Сосна 95 Ель 90 Берёза 80
Нср Dср 15 12
13 12
14 10
28 25 24 20 16 16 27 28 16 12 12 12 29 26 16 16 28 22
М, м3 122
28
110
380
12
32
Деревьев на га 1400 900 200 551 370 294 503 234 86 102 240 460
Актуальность темы
Древостои с преобладанием сосны представляют собой одно из важных
экологических и хозяйственно значимых естественных природных образований,
развитие и эволюция которых связаны с пирогенным воздействием. Также они
выполняют важные средообразующие функции, определяя экологическое
равновесие. Эти леса являются естественным фильтром и, в свою очередь,
осуществляют фильтрацию воздушного пространства от болезнетворных
организмов, углекислого газа, а также формирует благоприятную среду обитания
для человека. Также хвойные насаждения содействуют сохранению стабильности
водного баланса на обширных территориях, регулируют внутрипочвенный и
поверхностный сток, способствуя очистке вод от индустриальных загрязнений.
Также они защищают почвы от эрозии, сберегая их плодородие. Хвойные леса
стали местом обитания колоссального разнообразия живых организмов и
многочисленных популяций растений и животных. Светлохвойные леса
развивались в результати воздействия лесных пожаров и в течение
продолжительного эволюционного развития лесов, в них создавались условия для
успешного естественного возобновление леса и его продолжительного
существования. Значение этого пирогенного фактора в лесообразобательном
процессе возросло в 21 веке в связи с увеличением антропогенной нагрузки на
леса.
Пожары оказывают разнообразные воздействия на лесные экосистемы. С
одной стороны лесной пожар можно определять как деструктивный фактор
разрушительной силы, приобретающий в отдельные периоды характер
катаклизмов, приводящий к частичному или полному уничтожению лесного
биогеоценоза. В противоположность первому лесной пожар можно рассматривать
и как фактор, оказывающий положительное влияние на развитие лесных
насаждений, способствуя естественному лесовозобновлению, а также обновлению
экосистемы. Это относится к древесным породам с пирогенной стратегией
формирования насаждения, и к ним, бесспорно, принадлежат сосновые леса.
Степень научной разработанности
Степень научной разработанности основывается на фундаментальных работах
И.С. Мелехова, С.В. Белова, В.В. Фуряева, Э.Н. Валендика, М.В. Шешукова,
П.М. Матвеева, В.Г. Гусева и Е.С. Арцыбашева и многих других исследователей,
которые отражены в основных инструкциях и руководствах по охране лесов от
пожаров. Данные работы в большой мере способствовали изучению
естественного возобновления сосны на гарях и изучению степени
поврежденности насаждений в результате лесных низовых пожаров и внедрению
в лесоводство как новый способ содействия естественного возобновления сосны в
районах, где не происходит, или происходит неудовлетворительное естественное
возобновление.
Изучению естественного возобновления лесов на гарях в бореальной
таежной зоне посвящены работы А.В. Побединского, А.И.Бузыкина, М.Д.
Евдокименко, Л.В. Зеленко, Б.П. Колесникова, А.А. Корчагина, П.Н. Львова, С.Н.
Санникова, и ряда других исследователей.
Цель и задачи исследований
1. Проведённый кластерный анализ достоверно выявил различия между тремя
районами исследования на ландшафтном уровне по количеству низовых пожаров
и их площади. Следовательно, на ландшафтном уровне данных районов можно
говорить о сходствах и различиях, о возможной пожарной опасности.
2. Анализ полученных данных по трём лесничествам показал, что в различных
ландшафтных условиях метеорологические факторы имеют разную силу влияния
на количество и площадь пожаров, что связано не только с почвенными
факторами, но и их рельефом и гидрологией.
3. Определения возможной пожарной опасности лесничествам, на основе AAA
алгоритма экспоненциального сглаживания показывет разновариантность
прогноза для исследуемых лесничеств:
⎯ для Лужского лесничества наблюдается флуктуация, как по площади, так и по
количеству пожаров в перспективе
⎯ Для Кировского лесничества прогнозируется стабильный размер площади и
количества пожаров
⎯ Для Гатчинского лесничества прогнозируется стабильный размер площади
пожаров с увеличением их количества
4. Разница в ландшафтных условиях произрастания, является одной из причин
для количественной представленности подроста сосны и его благонадёжности
⎯ в Лужском районе пройденные участки низовыми пожарами относятся к
камовым формам ландшафта и имеют более сухой режим увлажнения в
зеленомошной группе типов леса, чем ландшафте Путиловского плато
Кировского лесничества.
5 . Сравнительный анализ распределения отпада по категориям жизнеспособности
деревьев показал взаимосвязь высоты нагара на стволах от ландшафтных условий
произрастания, так и состава древостоя.
6. В постпирогенных сосняках на песчаных почвах, при проведении выборочных
санитарных рубок наблюдается незначительное разреживание насаждений, а
также отмирание отдельных деревьев что, положительно сказывается на
естественном лесовосстановлении нового поколения сосны. В древостоях с
преобладанием сосны на почвах на двучленных наносах низовой пожар будет
способствовать возобновлению сосны.
7. Проведённый дисперсионный анализ выявил статистически значимые различия
в мощности оставшейся подстилки после низовых пожаров на ландшафтном
уровне, что приводит к разному количеству возобновляемого подроста сосны.
8. Выявлено достоверное различие количественных и качественных
характеристик естественного возобновления сосны, после низового пожара, так и
без воздействия огня по ландшафтным районам. Наблюдается значимое различие
по категориям крупности подроста сосны для Лужского и Путиловского
ландшафтов.
9. Анализ полученных данных показал разновариантность развития и
формирования постпирогенных фитоценозов, без хозяйственных воздействий, на
почвах на двучленных отложениях, где возможно формирование древостоев к
возрасту спелого насаждения с долей сосны от 3 до 8 единиц в составе, с разной
долей участия ели и берёзы.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ:
1. Использование прогнозной модели методом на основе AAA алгоритма
экспоненциального сглаживания (ETS) позволяет оптимизировать
управленченские решения по охране и защите леса от пожара в контрастных
ланшафтных условиях.
2. Применение разарботанных моделей отпада стволов в насаждениях сосны
после низовых пожаров позволяет своевременно проводить выборочные
санитарные рубки во избежание ухудшения лесопатологического состояния
насаждения в различных ландшафтах.
3. В насаждениях, сформированных на почвах на двучленных отложениях
планомерно проводить меры содействия естественному возобновлению сосны,
в.т. числе контролируемый отжиг, и увеличивать её долю при проведении рубок
ухода к возрасту спелого древостоя
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!