Лесные поЖары в Эвенкии
I
^В.И.Харук, М.Л.Двинская, С.Т.Им
^ Институт леса СО РАН Красноярск
I
сегда большой интерес ^ г"^ к лесным пожарам в по-^ следние годы усилился из-за значения этого фактора в глобальном балансе углерода. Особое место занимают пожары в высоких широтах, где леса, произрастающие на вечной мерзлоте, служат зоной естественного стока углерода. В Сибири большая часть зоны вечной мерзлоты занята лиственницей, которая, как правило, формирует низкосомкнутые древостои. Вследствие этого лесные пожары в лиственничниках, за редким исключением, низовые, когда огонь не перебрасывается с кроны на крону, как в случае верхового пожара. В условиях мерзлоты корневая система деревьев расположена в узком поверхностном слое, покрытом лишайниками и мхом, выгорание которого приводит к повреждению корней и гибели древостоев.
Лишайники и мхи высыхают обычно в июле (до глубины >10 см), что способствует устойчивым «породосменным» пожарам. Весной (конец мая — первая половина июня) напочвенный слой еще влажный, случающиеся в это время беглые пожары не причиняют деревьям значительного вреда. Потепление климата, особенно значимое в высоких широтах [1], может привести к возрастанию частоты пожаров в лесах мерзлотной зоны, способствовать их трансформации из стока в источник парниковых газов.
Какова периодичность пожаров? Меняется ли она со временем и от чего зависит? Как распределены гари по элементам
Лес горел, горит и будет гореть.
Трюизм пирологов
Лиственничные леса преобладают в зоне вечной мерзлоты.
Здесь и далее фото В.И.Харука
© Харук В.И., Двинская М.Л., Им С.Т., 2008
Сухой лишайниково-моховой покров — прекрасный проводник горения.
Лиственничный древостой, погубленный низовым пожаром (бассейн р.Нижняя Тунгуска). Видна поверхностная корневая система лиственницы.
Подсушины — летопись пожаров, их датируют по этим отметкам.
ландшафта? Для поиска ответов на эти вопросы и проводятся экспедиции в лиственничники Эвенкии. Первый маршрут пролегал в Центральной Эвенкии, в зоне доминирования лиственницы Гмелина (Ьапх gmelinii), а второй — по территории Енисейского кряжа, где наряду с лиственницей сибирской и Гмелина произрастают кедр, ель, пихта, сосна, а также береза и осина.
На пути наших маршрутов следы пожаров хорошо прослеживаются на космических снимках, которые мы и использовали для планирования работы. На гарях отбирались и спиливались деревья с наибольшим количеством подсушин. Больше всего пожарных отметин обычно несут деревья, достигшие значительного (>400 лет) возраста. Наряду с ними исследовались и погибшие от огня деревья, что позволяло удлинить хронологию пожаров. По годичным кольцам между подсушина-ми устанавливали датировку пожаров и определяли интервалы между ними.
Распределение числа пожаров по годам (1 — отклонение от среднего, А Г,п) и аномалий июнь—июльских температур (А2 — аномалии температур северо-востока Сибири [6], 3 — севера Евразии [7], 4 — Северного полушария [8]. 5, 6 — временные тренды (значимы при р < 0.05).
а
*
-2
Я1 — 0.62
• +
' 1 : ^^ • • * •
1
. 4 6 8 / * * 10 12
к
1 '
о
1 К2 = 0.46 • . ЗщГ* ' 1 1 '
•1 » 6 8 10 12 1 .
АР, п
Послепожарное возрастание радиального прироста. Образцы взяты с гарей, расположенных вблизи Полярного круга с глубинами оттаивания почвогрунтов >1.0 м (слева) и ~0.5 м (справа).
Зависимость аномалий пожаров (А Г,п) от температуры воздуха (отклонения от средней, А^°0). а — июнь— июльские температуры северо-востока Сибири [6]; б — севера Евразии [7]; в — средние температуры Северного полушария [8].
б
в
Зависимость между толщиной мохово-лишайникового покрова (Ь), давностью гари и глубиной оттаивания почвы.
Лиственница, пережившая пожар, на возобновляющейся гари. Дерево хорошо защищено от огня толстой корой, на которой видна зона подгорания.
Одна из наших задач — ответить на вопрос: как менялась частота пожаров в XIX и XX вв.? Чтобы нивелировать несопоставимость временных рядов, мы изучали спилы деревьев, возраст которых превышал анализируемый период, т.е. 200 лет. Согласно нашим результатам, в XIX в. межпожарный интервал составлял 101±12 лет, а в XX в. он сократился до 65±6 лет. Для смешанной тайги Енисейского кряжа эти значения составляют 97±22 и 50±14 лет соответственно.
Возрастание частоты пожаров в XX в. происходило на фоне положительного тренда температур. Кросс-корреляционный анализ показал, что аномалии пожаров связаны с региональными аномалиями температур воздуха = 0.64). Другим важным фактором служит уровень осадков.
В возникновении лесных пожаров существенно влияние рельефа: экспозиции, крутизны склонов, высоты над уровнем моря. Экспозиция и крутизна склона определяют степень высыхания лесных горючих материалов, уровень увлажнения территории, так как наветренные склоны получают большее количество осадков и вода, не задерживаясь на крутых склонах, накапливается в пониженных элементах рельефа. С высотой над уровнем моря связан вертикальный климатический градиент, влияющий на пожароопасность. Согласно нашим данным, наиболее часты пожары на юго-западных (наиболее прогреваемых) склонах (табл.). На северо-вос-
Таблица
Межпожарные интервалы
(МПИ) для различных
элементов рельефа
Элемент рельефа МПИ, лет, ±8
Юго-западные склоны 61±8
Северо-восточные 86±11
склоны
Болота 139±17
Равнины 68±14
Все ПП 82±7
Накопление теплоизолятора — мохового слоя — приводит к подъему мерзлотного слоя.
Временная динамика освоения гарей подростом хвойных: 1 — лиственница, 2 — кедр, 3 — ель.
Возобновление лиственницы на гари (~700 тыс./га). Осенний пожар совпал с годом обильного плодоношения. После пожара семена «засыпали» гарь. Лиственница легко возобновляется на минерализованной поверхности. Для кедра подходит и моховой покров.
точных склонах, и особенно на болотах, интервал между пожарами максимален. В среднем по всему временному ряду пожары случаются через 82±7 лет.
Одно из важных последствий пожаров — улучшение экологических условий на гарях: возрастает глубина сезонного оттаивания, почва обогащается биогенными элементами, улучшаются дренаж и световой режим. Это приводит к усиленному возобновлению на гарях (длящемуся 20—30 лет), а также возрастанию величины прироста переживших пожар деревьев. Однако по мере роста теплоизоля-тора — лишайниково-мохового покрова, глубина сезонного оттаивания снижается со средней скоростью 0.5—1.0 см/год. Это приводит к «сжатию» активной корнеобитаемой зоны (30 см и менее) и падению годичного прироста. Древостои впадают в «дремоту» в ожидании следующего пожара. А его возникновение провоцируется накоплением лишайниково-моховой «подушки», превращающейся при
высыхании в прекрасный горючий материал с запасами до 4—8 кг/м2.
Итак, время «оборота огня» в XX в. на территориях с преобладанием лиственницы сократилось примерно на треть по сравнению с XIX в [2]. Этот феномен — результат антропогенного и природного влияния. Повседневная активность местного населения, плотность которого в Эвенкии очень мала (<0.03 чел./км2), нечасто приводит к пожарам. Жители Эвенкии давно усвоили правила поведения в тайге. Особо можно отметить староверов, в среде которых недопустимо варварское отношение к тайге. Здесь до 90% пожаров инициируют грозовые разряды [3]. Высокую эффективность молниевых разрядов в криолитозоне обеспечивает перепад электропроводности на границе с мерзлотным слоем: энергия высвобождается в узком (<30 см) корнеобитаемом слое. Эти факты говорят в пользу природной составляющей в сокращении межпожарного
интервала: возрастании приземной температуры и увеличении частоты возникновения экстремальных периодов пожарной опасности.
Одним из последствий возрастания частоты пожаров может стать увеличение видового разнообразия лесов криолито-зоны, проникновение «южных» видов древесных растений в зону доминирования лиственницы. Гари, вследствие отмеченного выше улучшения на них экологических условий, представляют «стартовые площадки» для миграции «вечнозеленых хвойных» (ель, кедр, пихта, сосна) в зону, где лиственница преобладает благодаря своей непревзойденной холодостойкости. В настоящее время уже наблюдаются формирование яруса кедра и ели под пологом лиственницы на южной границе лиственничников [4]. При сохранении существующих тенденций изменения климата эти виды, вероятно, сформируют верхний полог и станут доминирующими. В экотоне «лиственница — смешанная тайга» пожары провоцируют развитие березняков и осинников, которые быстро осваивают освобожденные территории: так, численность подроста березы может достигать 1 млн/га. Лиственница, в свою очередь, увеличивает сомкнутость древостоев и продвигается в зону тундры [5].
Однако сокращение интервала между пожарами может повлечь негативные последствия для «южных» видов: обследование возобновления на гарях показало, что со временем, прошедшим после пожаров, численность подроста кедра возрастает. Это объясняется способностью кедра укореняться в моховом слое, в то время как корешки лиственницы «зависают» в моховом слое, не достигая почвы. Вместе с тем частые пожары помогут сохранить доминирующее положение лиственницы как пирофитного (т.е. «любящего пожары») вида в криолитозоне. Лиственница хо-
рошо защищена от огня толстой корой, благодаря чему обычно часть деревьев после пожара выживает. Более того, пожары способствуют ее успешному возобновлению, поскольку проростки лучше укореняются при минерализации почвы.
Как повлияют изменения климата и возрастание частоты пожаров на роль лиственничников в качестве источника/стока углерода? Большинство моделей предсказывает трансформацию лиственничников в зону эмиссий парниковых газов [1]. Однако это не единственно возможный сценарий: повышение глубины сезонного оттаивания и улучшение дренажа может привести к резкому возрастанию годичного прироста лиственничников. Здесь возможна аналогия с гарями: ширина годичных колец на дренированных почвах с глубиной оттаивания >1.0 м увеличивается в несколько раз. Поэтому не исключено, что климатически индуцированное возрастание продуктивности лиственничников наряду с продви-
Работа вы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.