Анализ лесоводственных и экологических показателей смешанных древостоев после низовых пожаров

Автор: Зеновская Е.А., Новослов А.С.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Рубрика: Сельскохозяйственные науки

Статья в выпуске: 4-1 (67), 2022 года.

Бесплатный доступ

В Вельском районе Архангельской области было изучено воздействие низовых пожаров на лесные насаждения. Возгорания в лесной среде возникли вблизи антропогенных объектов. Основное внимание уделено изучению таксационных показателей древостоев, их санитарного состояния и особенностей радиального прироста сосновых деревьев до и после пожара.

Сосна обыкновенная, смешанный древостой, хвойный подрост, низовой пожар, санитарное состояние, радиальный прирост, макроструктура древесины, плотность древесины

Короткий адрес: https://sciup.org/170193278

IDR: 170193278

Текст научной статьи Анализ лесоводственных и экологических показателей смешанных древостоев после низовых пожаров

Для Российской Федерации чрезвычайно актуальна проблема лесных пожаров. В лесах на территории страны ежегодно возникает 30 тыс. возгораний различного масштаба [1]. В последнее время на рост числа и площадей пожаров особое влияние оказывает человеческая деятельность. Стихийное бедствие, постоянно нарушая фрагментированные окраины лесов, способствует уменьшению площади древостоев, снижению экономического потенциала лесных ресурсов и способности экосистем выполнять экологические функции [2].

За последние пять лет на территории Вельского района официально было зафиксировано 62 пожара, общая площадь которых составила 265,74 га. Процент беглых пожаров составил 13, а устойчивых – 87%. После пожара 2020 года выгорела наибольшая площадь (36,2 га).

Пик горимости с повышенным классом пожарной опасности в лесах Архангельской области наблюдался в июне и июле 2021 года. В сравнении с жаркими 2010 и 2011 годами, площадь, затронутая огнем, в этом году была в 10 раз меньше. Благодаря реализации комплекса организационных и технических мероприятий, позволивших выявлять пожары на ранних стадиях, оперативно их ликвидировать – наблюдается положительный результат [3].

Недостаточность или отсутствие в населенных пунктах источников наружного противопожарного водоснабжения, противопожарных минерализованных полос, несоблюдение требуемых противопожарных расстояний от границ застройки до границ лесных участков – одни из самых частых нарушений в области охраны лесов от пожаров.

Цель исследования – оценить влияние низовых лесных пожаров на жизненное состояние и макроструктуру древесины сосны в Вельском районе Архангельской области.

В рамках цели были поставлены следующие задачи:

  • 1)    провести таксационные замеры и рассчитать базовые лесоводственно-таксационные показатели древостоев на пробных площадях (ПП);

  • 2)    выполнить вариационную статистику высот молодого поколения сосны (подроста);

  • 3)    проанализировать экстремумы радиальных приростов древесины;

  • 4)    рассчитать и оценить плотность древесины;

  • 5)    оценить динамику прироста сосны обыкновенной по радиусу;

  • 6)    установить индивидуальное и общее санитарное состояние деревьев.

Описание объектов исследования. Го-рельники с разным временем возникновения пожара были подобраны в эксплуатационных лесах, находящихся к территории Вельского участкового лесничества. Их антропогенная нарушенность определяется непосредственной близостью автотрассы, свалки и населенных пунктов к местам возникновения пожаров.

Объект пожара 1 (ПП 1) – 24 июля 2018 года в кв. 110, выд. 4, по вине населения прошёл пожар низовой устойчивый, слабой интенсивности. Рядом с ним расположена свалка и асфальтовый завод. Выгоревшая площадь древостоя составила 0,2 га. Горение было локализовано с помощью тушения кромки пожара водой из пожарной машины и ранцевых лесных огнетушителей. Общая сумма ущерба составила 22 544,89 руб.

Контрольный древостой (ПП 2) расположен в аналогичных природных условиях и непосредственной близости к местам пожаров, о чем говорит схожий породный состав (его подбор проводился по аналогичной средней высоте доминантной породы).

Объект пожара 2 (ПП 3) – произошёл пожар низовой беглый средней интенсивности (горение сухой травы) 16 мая 2017 года в кв. 84, выд. 19, по вине населения. Пострадавшая от огня лесная площадь составила 0,4 га. Пожар был остановлен с помощью тушения кромки леса водой из пожарной машины и ранцевых огнетушителей с применением смачивателя – «Ливень ТС» (в таблетках).

Объект пожара 3 (ПП 4) – произошёл низовой устойчивый пожар средней интенсивности, 14 мая 2016 года в кв. 84, выд. 18 и 19, от загоревшейся несанкционированной свалки отходов лесопиления. Выгоревшая площадь леса составила 3,3 га. Горение лесных материалов было локализовано с помощью тушения кромки пожара водой из пожарной машины, ранцевых лесных огнетушителей и создания противопожарной минерализованной полосы.

Методика исследования. Полевые исследовательские работы проводились с ав- густа по сентябрь 2021 года. Подбор опытных древостоев проводился с использованием таксационных описаний лесного фонда. На каждом объекте исследования выбиралась и ограничивалась пробная площадь ленточного типа (длиной 50 и шириной 10 м).

Каждый экземпляр хвойного подроста относился к той или иной категории жизненного состояния при их визуальной оценке ( б/б – благонадежный физиологически, безукоризненный в техническом отношении; б/д – благонадежный физиологически, но дефектный технически; сом – сомнительный, потенциальные возможности которого, в данный момент трудно определить; н – ненадежный; сух – сухой) [4]. Молодое поколение леса по высоте (индивидуально) делилось на три категории: мелкий – до 0,5; средний – 0,5-1,5 и крупный подрост – более 1,5 м. Для пересчета на крупный применялись коэффициенты 0,5 для мелкого, 0,8 – среднего, 1,0 – крупного, согласно Правилам лесовосстановления [5].

Для установления категорий санитарного состояния индивидуально всех деревьев на пробных площадях использовалась стандартная шкала (категории: I – здоровые, II – ослабленные, III – сильно ослабленные, IV – усыхающие, – свежий ветровал, – старый сухостой) [6]. Применялись вариационная статистическая обработка результатов замеров и критерий Стьюдента при сравнительном анализе [7].

На каждой пробной площади возрастным буравом проводился отбор кернов древесины в количестве четырёх экземпляров у доминирующей породы (сосны) на высоте 0,6 м от шейки корня (с минимальными потерями ростовых колец). Впоследствии образцы зачищались лезвием, тонировались мелом для более точного подсчёта приростов, далее они были отсканированы на цифровом сканере и в программе на ПК замерены поздняя (ПД), ранняя древесина (РД) и ширина годичного кольца (ШГК) каждого годичного кольца в пик. и мм.

Для определения плотности древесины (P) сосны применялось уравнение [8] зави- симости её с шириной годичных слоёв (S) и процентом поздней древесины (Bd) по формуле (1):

Р = 297,3 - 10,8 • S + 4,9 • Bd (1)

Экстремумы приростов (максимальные и минимальные) определялись по фактическим данным каждого керна на пробных площадях.

Результаты исследования и их анализ. На всех объектах исследования среди древостоев по запасу преобладает сосна и, в меньшей степени, берёза (от 1 до 14 %) (табл. 1). По группам возраста сосновый элемент леса относится к средневозрастному (ПП 1, 2, 4) и молодняку (ПП 3).

Таблица 1. Лесоводственно-таксационная характеристика изучаемых объектов

Номер п/п, год пожара, индекс типа леса

Состав древостоя, класс бонитета, средний возраст

Средние показатели

5 о и

5 о

&

Я

св

св' О

я i-Q св

О о

у ° g с

О

св

О

О

Запас, м³/га

св Зй

3 о

3 ЗЯ

X о

Квартал 110

1, 2018, С. чер.

5С3Е2Б, III, 58

12,0

20,6

360

0,42

С

68

11

8,5

12,4

160

0,10

Е

9

-

6,5

8,5

60

0,03

Б

1

-

2 контроль, С. чер.

5С3Б2Е, IV, 69

12,0

9,5

460

0,25

С

42

1

8,0

12,1

220

0,13

Е

9

1

10,0

14,4

80

0,04

Б

3

-

Квартал 84

3, 2017, С. чер.

4С3Е3Б, I, 21

9,5

17,5

320

0,36

С

39

4

9,0

16,4

100

0,09

Е

9

4

9,5

9,2

120

0,05

Б

4

-

4, 2016, С. чер.

5С3Е2Б, III, 57

14,0

14,5

320

0,15

С

31

5

12,5

9,9

200

0,06

Е

9

2

9,5

12,4

140

0,09

Б

7

2

По относительной полноте состояния деревьев древостои распределены следующим образом. На ПП 1-3 – низко-полнотные насаждения, а на ПП 4 – редины. Во всех изученных насаждениях отмечен сухостой, преобладающий (табл. 1) на первом горельнике (ПП 1). Наибольшая густота для всех пород (760 экз./га) отмечена на контроле (ПП 2), а наименьшая (540 экз./га) – на объекте пожара 2017 года (ПП 3).

По результатам статистической обработки высот подроста (табл. 2) на первом и втором объектах необходимо отметить, что изменчивость в целом высокая (> 30%), но она несколько выше на контроле (ПП 2) у благонадежного подроста без дефектов (на 5%). То есть, чем выше измен- чивость высоты, тем реакция на колебания внешних факторов менее согласованна.

Используя критерий Стьюдента [7] удалось доказать различие средних высот благонадежного и благонадежного дефектного подроста на самом высоком уровне 99,9 % (t st =5,29 > t ф =0,001).

В период роста после пожара деревья на ПП 3 в отдельные годы (табл. 3) проявляют более высокую активность по радиальному приросту (≈8,5 мм). Это можно объяснить тем, что в рассматриваемых условиях исследования сосновый древостой более молодой и восстановление темпов роста здесь происходит быстрее. Средний экстремально низкий прирост 1,3 мм, на контроле – 0,25 мм, что предположительно может быть вызвано стрессовым состоянием деревьев или другими факторами.

Таблица 2. Результаты вариационной статистики высот молодого поколения сосны по категориям жизненного состояния

Номер п/п

Я о * 5

Я V к о 2 S

2 я

я

я

О Я Я я

я s

О V

^ м

я

сЗ

Я

О

я я

3

S я

1

б/б

64,18

3,16

18,17

28,3

4,92

20,31

95

б/д

43,63

2,26

11,05

25,3

5,18

19,31

65

для всех категорий

47,81

2,42

21,35

44,7

5,06

19,76

95

2

б/б

23,30

1,24

7,82

33,6

5,31

18,85

35

для всех категорий

18,11

0,97

8,48

46,8

5,36

18,67

35

Таблица 3. Экстремумы радиального прироста древесины

Номер ПП, год пожара

Прирост (в мм) по годам прироста (максимум / минимум) *

о

о

о

ID о

чо о

о

ОО о

04 о

о о

о

ПП 1, 2018

-

-

-

4,1

0,4

4 -

-

3,7 -

-

-

_ 0 - ,9 _

ПП 2 (контроль)

-

-

1,7 -

-

1,7

0,2

-

1,9 0,3

-

-

-

ПП 3, 2017

2 - ,4

-

-

9,7

1,3

-

-

-

7,9

2,2

-

9,6

2,9

ПП 4, 2016

-

3,7

0,6

-

-

4,4

-

-

-

4

-

-

_ 0,2 _

Примечание: * – жирным выделены значения приростов после пожара;

Изменения плотности древесины. За последние пять лет роста деревьев на контроле (ПП 2) и на объекте пожара 2017 года (ПП 4) она увеличилась незначительно приблизительно на 2 % и 3,1 кг/м3 (> 1%)

соответственно. На ПП 1 и 3 плотность древесины снизилась примерно на 3% и 6,0 кг/м3 соответственно. Отмеченные тенденции могут быть связаны с произошедшими пожарами (табл. 4).

Таблица 4. Плотность древесины

Номер ПП

Плотность древесины, кг/м3 *

Разница, %

1

501,4 / 484,8

3,3

2 (контроль)

490,6 / 498,5

-1,6

3

467,3 / 461,3

1,3

4

503,6 / 506,7

-0,6

Примечание: * – в числителе значения – до, а в знаменателе – после пожара

Особенности динамики радиального прироста . В целом содержание поздней древесины в ширине годичного кольца (рис. 1) после пожара снижается. У древостоя на ПП 1 до возгорания динамика радиального прироста идет скачкообразно, после – с 2018 по 2019 года наблюдается снижение, а далее – резкий спад (с 1,84 до 1,19 мм). На контроле (ПП 2) до 2016 года заметно явное понижение радиального прироста (с 1,41 до 0,70 мм). В период

2016-2017 годов он находится на одном уровне, а после пожара происходит плавное его повышение.

На месте второго пожара (ПП 3) наблюдается резкое снижение радиального прироста древесины до 2014 года и далее его плавное повышение. После пожара до 2019 происходит незначительное повышение и к 2020 – резкое снижение, а далее – заметный скачок прироста (с 4,15 до 6,46 мм).

Рис. 1. Флюктуации радиального прироста (вертикальной линией обозначен год пожара)

На горельнике 3 (ПП 4) до 2014 происходит увеличение радиального прироста, к 2016 наблюдается резкий скачок (с 1,81 до 3,10 мм), а до пожара и после него резкий спад. Прирост до 2020 – держится на одном уровне и далее значительно понижается.

Такую ситуацию, предположительно, можно объяснить тем, что древостои на ПП 3 и 4 находятся в одном выделе, но пожары происходили в разные годы. Отличие у них в том, что на ПП 4 был устойчивый низовой пожар, древостой здесь также имеет самую низкую полноту, наибольшую высоту доминирующей и повышенную густоту второстепенной породы (140 экз./га), а на горельнике 2 (ПП 3) – более молодые сосны, которые интенсивнее восстанавливают темпы роста после пожара.

Анализ макроструктуры древесины. Доля поздней древесины в годичном кольце (табл. 5) на местах пожара уменьши- лась, а на контроле – увеличилась (предположительно деревья здесь не были затронуты пламенем).

Минимальная доля поздней древесины в ШГК у дерева возраста 26 лет с места возгорания 2018 года (ПП 1), наибольшая – 29-летнего на 3 горельнике (ПП 4). Ранняя древесина наименьшая у сосны 59 лет на месте пожара 2016 года (ПП 3). Наибольшая ширина годичного кольца у 21-летнего дерева с места горения 2017 года (ПП 4).

Санитарное состояние древостоев. В сосняке 2018 года (ПП 1) основное число елей относится к I категории (рис. 2); сосны равномерно распределены санитарному состоянию и относятся к I, II, IV и Vг категориям. На контроле (ПП 2) хвойный древостой I и II категории. На горельнике 2 (ПП 3) берёзы относятся ко II категории, а сосны – ко II и IV. На территории пожара 2016 года (ПП 4) деревья категории II.

Таблица 5. Данные макроструктуры древесины сосны

Номер керна (возраст дерева, лет*)

ПД, мм

РД, мм

ШГК, мм

Доля  ПД  в

ШГК, %

ПД, мм

РД, мм

ШГК, мм

Доля  ПД  в

ШГК, %

ПП 1, Горельник 1 (2018), средний возраст 58 лет

ПП 2, Контроль (2018), средний возраст 69 лет

1

(Г1 – 67;

К – 69)

1,61

1,21

1,34

2,09

3,70

2,54

43,58 46,92

0,70

1,00

0,71

0,79

1,41

1,79

48,88 55,31

2

(Г1 – 70;

К – 74)

0,30

0,46

0,31

0,65

0,61

1,11

47,85 41,10

0,22

0,41

0,44

0,38

0,66

0,79

35,84 49,53

3

(Г1 – 26;

К – 78)

0,34

0,45

0,71 0,9

1,05

1,35

32,80

32,90

0,36

0,29

0,52

0,60

0,81 0,96

39,21 34,97

4

(Г1 – 68;

К – 56)

1,88

0,78

1,16 1,03

3,05

1,80

61,51 46,56

0,41 0,53

0,54

0,94

0,96

1,46

42,32 35,44

В среднем

1,06

0,70

1,11

0,93

2,18

1,63

46,46

41,85

0,41 0,58

0,55

0,68

0,96

1,25

41,56

43,81

ПП 3, Горельник 2 (2017), средний возраст 21 год

ПП 4, Горельник 3 (2016), средний возраст 57 лет

1

(Г2 – 21;

Г3 – 29)

2,98

3,27

3,36

3,54

6,34

6,81

49,16 47,58

1,80

1,44

1,76

1,68

3,56

3,11

50,71 45,18

2

(Г2 – 18;

Г3 – 59)

1,07

1,78

1,58

2,19

2,66

3,97

36,73 43,53

0,40

0,16

0,50

0,22

0,90

0,38

43,66 43,65

3

(Г2 – 22;

Г3 – 48)

1,09

1,49

1,50

2,17

2,60

3,65

38,89 40,45

0,90

0,85

0,89

0,74

1,78

1,59

48,50 54,41

4

(Г2 – 22;

Г3 – 94)

1,13

2,08

1,37

2,93

2,50

2,01

45,10 38,54

1,05

0,95

1,25

1,23

2,30

2,18

44,38 43,61

В среднем

1,57

2,16

1,95

2,71

3,53

4,11

42,47

42,53

1,04

0,85

1,10

0,97

2,14

1,82

46,81

46,71

Примечание: * - Г – горельник, К – контроль; числитель – показатель до пожара, в знаменателе – после пожара; жирным обозначены максимумы по ПП (по числителю и знаменателю)

□ I sii sin в iv iv(b) miv(r)

Рис. 2. Санитарное состояние фракций опытных смешанных древостоев

Основные выводы: 1) В исследованных объектах пожаров сосновый элемент леса относится к таким группам возрастов, как средневозрастные и молодняки. Рединой представлен только древостой после пожара 2016 года, все остальные объекты – низко-полнотные насаждения. По запасу преобладала сосна, в меньшей степени – береза (до 14%);

  • 2)    На самом высоком уровне (99,9%) доказано различие средних высот благонадежного безукоризненного (64,18 см) и благонадежного дефектного (43,63 см) подроста;

  • 3)    Доля поздней древесины в ширине

годичного кольца у сосны в среднем уменьшилась 1,56 % на всех объектах после низовых пожаров. В период роста деревьев после пожара ширина приростных колец уменьшается на 3%;

  • 4)    Плотность древесины сосны, за по-

  • сле пожаров имеет тенденцию к снижению.
  • 5)    В горельниках отмечено снижение радиального прироста у сосновых деревьев, но на территории низового беглого пожара средней интенсивности 2017 года они более молодые и восстановление происходит быстрее;

  • 6)    На месте низового устойчивого пожара средней интенсивности 2016 года самая низкая полнота, наибольшая высота доминирующей породы, наибольшая густота березовых деревьев (140 экз./га).

  • 7)    На всех изученных лесных объектах древостои относятся к I и II категориям

    жизненного состояния, но на площадях, пройденных огнем, есть древостой IV категории. На контроле низового устойчивого пожара слабой интенсивности 2018 года основную массу хвойного древостоя составляют деревья I и II категорий.

следние пять лет роста деревьев, сразу по-

Список литературы Анализ лесоводственных и экологических показателей смешанных древостоев после низовых пожаров

  • Цветков П.А. Предисловие научного редактора номера // Сибирский лесной журнал. - 2017. - №5. - С. 3-5.
  • EDN: ZRULRT
  • Гонгальский, К. К. Лесные пожары и почвенная фауна. - Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2014. - 169 с.
  • Сетевое издание Dvinanews // Dvinanews.ru: сайт. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dvinanews.ru/-7eob1syk.
  • Мелехов И.С. Лесоводство. - Москва: МГУЛ, 2003. - 320 с.
  • Правила лесовосстановления // КонсультантПлюс. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_371824.
  • Правила санитарной безопасности в лесах // КонсультантПлюс. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_370645.
  • Статистические методы обработки экологической информации: методические указания для выполнения практических работ / сост.: А.С. Новосёлов, Т.К. Карандашева. - Вологда: ВоГТУ, 2013. - 32 с.
  • Чибисов Г.А., Москалева С.А., Крыжановская Л.Е. Качество древесины сосны и если, метод его определения // Сборник научных трудов "Вопросы таежного лесоводства на Европейском Севере". - Архангельск: СевНИИЛХ, 2005. - С. 89-99.
Статья научная