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-