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, Vб – свежий ветровал, Vг – 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 [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.