Реферат: Пирогенная динамика таежных лесов

Пирогенная или пожарная динамика - основной механизм обновления естественных таежных лесов в пределах рассматриваемой территории. Несмотря на то, что существуют и даже документально зафиксированы отдельные случаи возникновения лесных пожаров от естественных причин (молний), назвать этот механизм обновления лесов полностью естественным нельзя. Подавляющее большинство пожаров в таежных лесах Европейской России связано с хозяйственной деятельностью человека, о чем свидетельствуют многочисленные работы, посвященные изучению этого вопроса в прошлом и в настоящем. Действительно, даже в самый сухой и пожарный 1999 год в пределах выявленных малонарушенных (не населенных, и обычно редко посещаемых людьми) лесных территорий не произошло ни одного пожара, следы которого были бы заметны на использованных снимках высокого разрешения - в то время как в пределах густонаселенной территории с густой транспортной сетью количество лесных пожаров почти побило все зафиксированные за весь период наблюдений рекорды.

Пирогенная (пожарная) динамика лесов связана с периодическим полным или частичным выгоранием участка леса в результате пожара, возникшего по естественной причине (от молнии) или в результате деятельности человека, и формированием на освободившемся месте нового поколения деревьев.

С другой стороны, лесные пожары всегда сопровождали хозяйственную деятельность людей, населявших тайгу практически со времени ее формирования. Основным источником пожаров было подсечно-огневое земледелие, просуществовавшее в северных регионах Европейской России до конца 30-х г.г. ХХ столетия, при котором каждые несколько лет земледелец переходил на новый участок, освобождая его от леса путем выжигания (рис. 16). Поскольку человек являлся источником пожаров в течение всей истории формирования таежных лесов, правомерно рассматривать связанные с его низкоинтенсивной деятельностью лесные пожары как древний полуестественный механизм смены поколений древесных пород в таежных лесах (за исключением случаев частых и катастрофических пожаров, возникающих в местах современного промышленного "освоения" таежных территорий и нарушающих веками сложившуюся пирогенную структуру ландшафтов).

Рис. 16. Схема динамики таежных лесов, связанной с подсечно-огневым земледелием. Основная часть лесов, существенно преобразованных подсечно-огневым земледелием, приходилась на случайно выжженные участки и вторичные леса, сформировавшиеся на их месте и на месте заброшенных подсек. За счет этого площадь таких лесов многократно (в десятки или сотни раз) превосходила площадь единовременно использовавшихся подсек. Даже при небольшой плотности населения значительная доля удобных для земледелия земель в южной и средней тайге была так или иначе вовлечена в подсечно-огневое земледелие. С другой стороны, основная нагрузка приходилась именно на леса, удобные для земледелия (в том числе и с точки зрения доступности). За счет этого часть наиболее удаленных или неудобных лесов подвергалась расчисткам крайне редко или не подвергалась вовсе.

Характер лесов, формирующихся под воздействием часто и в течение длительного времени повторяющихся пожаров и единичных пожаров, разделенных многими веками "беспожарной" естественной динамики, существенно различается. Воздействие периодически повторяющихся на протяжении многих столетий или тысячелетий пожаров приводит к формированию светлохвойных таежных лесов, в лесах которых преобладают "пирогенные" породы деревьев - сосна (повсеместно) и лиственница (на северо-востоке рассматриваемого региона). Наиболее характерна светлохвойная тайга для территории Балтийского кристаллического щита (Карелия, Мурманская область и запад Ленинградской области), а также для обширных низменностей, образованных легкими водно-ледниковыми отложениями, или долин крупных рек. Для сосны и лиственницы свежие гари или участки леса, пройденные низовыми пожарами, представляют оптимальные условия для возобновления и развития молодых поколений. Взрослые же деревья сосны и лиственницы способны переживать даже довольно сильные низовые пожары (рис. 17,19).

Рис. 17. Схема структур древесного яруса, формирующихся под воздействием лесных пожаров (пример): А - пожарный рефугиум (участок, в течение длительного времени - превышающего срок жизни одного поколения деревьев - избегавший воздействия пожаров); часто такими рефугиумами оказываются избыточно увлажненные долины рек и ручьев, но иногда в силу случайных причин такие участки могут сохраняться и на хорошо дренированных территориях. Б - участок, давно не подвергавшийся воздействию огня; под пологом соснового древостоя (одновозрастного или разновозрастного) успел сформироваться второй ярус ели, отдеьные деревья которой уже начинают “выходить” в верхний ярус древостоя. В - разновозрастный сосновый лес, сформировавшийся под воздействием более или менее периодически повторяющихся низовых пожаров. Каждый из таких пожаров обеспечивает возможность формирования нового поколения сосны, одновременно с этим значительно ускоряя отпад деревьев старших поколений. Г - участок, пройденный верховым пожаром, уничтожившим практически весь исходный древостой. Верховой пожар создает условия для формирования густого соснового подроста, дающего начало одновозрастному сосновому древостою.

Однако, семена сосны и лиственницы относительно тяжелы и распространяются ветром сравнительно недалеко (в лучшем случае на первые сотни метров). В результате в условиях, когда пожары случаются крайне редко, а участки новых и старых гарей разнесены в пространстве на многие километры, господство на участках гарей получают другие пионерные породы, семена которых могут преодолевать значительные расстояния или которые входят в состав естественных лесов и в условиях отсутствия пожаров - береза и осина. Зарастание гарей березой и осиной характерно для обширных водораздельных пространств, где в прошлом воздействие пожаров было не столь частым, а большинство источников семян сосны и лиственницы (там, где они были) вырублено в течение последних полутора столетий (рис. 18).

Рис. 18. Схема зарастания гари на водоразделе, редко подвергающемся воздействию пожаров. В условиях отсутствия семенных деревьев сосны или лиственницы на гарях формируются чистые или почти чистые мелколиственные леса.

Для таежных лесов, подвергающихся периодическому воздействию лесных пожаров, характерны следующие особенности:

1. Наличие мозаики участков, с разной частотой и интенсивностью подвергающихся воздействию пожаров разных видов (низовых, при которых выгорает лишь лесная подстилка и лежащие на земле ветки, и верховых, при которых обгорает или сгорает весь древостой). Воздействие огня определяет все основные особенности структуры и динамики конкретного участка леса - возрастной состав древостоя, интенсивность гибели деревьев, количество валежа и мертвой органики на поверхности почвы, состав и структуру нижних ярусов леса. В зависимости от типа и интенсивности пожара могут формироваться как одновозрастные, простые по структуре леса, так и разновозрастные, состоящие из нескольких отдельных поколений (рис. 19). Леса представляют собой сложную мозаику с разной частотой выгорающих участков, в которую, как правило, вкраплены пожарные рефугиумы - участки, в силу разных причин избежавшие пожара в течение последних нескольких столетий и характеризующиеся, как правило, оконной мозаичностью древостоя.

2. Прерывистый возрастной спектр популяций лесообразующих пород. На наиболее часто выгорающих участках формируются сосновые леса (на северо-востоке - лиственничные), характеризующиеся преобладанием нескольких четко выраженных поколений, образование каждого из которых связано с воздействием низового пожара. Для ели, образующей второй ярус древостоя на участках, длительное время не подвергавшихся воздействию огня, характерно преобладание группы близких поколений с разбросом возрастов в пределах 60-80 лет. Даже на участках леса, весьма длительное время не подвергавшихся воздействию огня (в течение 200-250 лет), где ель нередко господствует в древостое, возрастной спектр популяции ели не является непрерывным и характерным для устойчивой популяции; большинство таких еловых древостоев являются лишь условно-разновозрастными.

Входящие в состав таких лесов лиственные породы (береза, осина, ива козья) в большинстве случаев характеризуются также прерывистыми возрастными спектрами с наличием одного или нескольких четко выраженных поколений.

Рис. 19. Многократно повторяющиеся пожары приводят к формированию разновозрастных сосновых лесов. Республика Карелия, Костомукшский заповедник. Фото В. Кантора.

3. Наличие разноразмерного валежа, распределенного по площади неравномерно и с неравномерной представленностью разных степеней разложения. В составе крупномерного валежа, как правило, преобладает сосновый валеж. Лишь на участках длительно существующих пожарных рефугиумов, где уже практически произошло восстановление оконной динамики древостоя, крупномерный валеж может быть представлен еловой древесиной.

4. Отсутствие мощных органогенных почвенных горизонтов на незаболоченных участках и относительно малое количество мертвого органического вещества на поверхности почвы на участках, не относящихся к пожарным рефугиумам. Специфический почвенный микрорельеф, образующийся при вываливании деревьев с корнями, развит слабо, что связано с преобладанием усыхания деревьев на корню над вываливанием живых старых деревьев. В целом, влагоудерживающая способность этих лесов существенно меньше, чем у лесов с четко выраженной оконной динамикой.

5. Крайне неравномерный процесс гибели старых деревьев на различных участках леса, регулируемый сразу несколькими факторами - воздействием пожаров (в том числе и низовых палов, вызывающих усыхание ослабленных и наиболее поврежденных огнем деревьев), гибелью старых и ослабленных деревьев от вредителей и болезней, воздействием экстремальных погодных условий (засух, особенно актуальных для участков с маломощными и бедными органическим веществом почвами).

Под воздействием современной хозяйственной деятельности леса с пирогенной динамикой существенно изменяются. Пожары, возникающие вокруг лесосек и дорог, коренным образом изменяют веками складывавшуюся структуру таежных ландшафтов - изменяется частота пожаров, исчезают пожарные рефугиумы, упрощается характер лесной мозаики. Веками складывавшееся равновесие нарушается катастрофическим образом, и предсказать, к каким последствиям для биологического и ландшафтного разнообразия таежных лесов приведут такие последствия хозяйственной деятельности человека, сейчас не всегда представляется возможным. В связи с этим представляется неправомерным рассматривать крупные массивы гарей, появившиеся за короткий период времени в местах интенсивного промышленного "освоения" природных ресурсов Европейского Севера, как полные аналоги "диких" гарей (появлявшихся на протяжении многих тысячелетий вследствие рассеянной по большой площади хозяйственной деятельности человека или возгорания лесов от молний). При этом очевидно, что любой механизм разделения гарей на "естественные" и "не естественные" является искусственным и формальным, поскольку определение причины, породившей пожар, по характеру гари в подавляющем большинстве случаев оказывается невозможным. Описание формальных признаков разделения пожаров на "естественные" (не рассматриваемые как нарушение сложившейся природной динамики таежных экосистем) и "не естественные" (рассматриваемые как антропогенное нарушение этой динамики) приводится в главе "Методика выявления малонарушенных лесных территорий".