Оценка состояние лесных фитоценозов после пирогенного воздействия

Леса выполняют важнейшие биосферные функции и имеют большое экономическое значение, в связи, с чем на протяжении последних десятилетий испытывают всевозрастающие нагрузки в результате лесных пожаров и др.

Перед современной лесной фитоценологией и экологией стоят задачи детального исследования особенностей реакций лесных биогеоценозов на изменение характеристик внешней среды, совершенствования методов изучения их структуры и состояния, а также прогнозирования последствий воздействия на них различных природных и антропогенных факторов (Ярмишко В.Т., 2007).

Многократно возросшее пирогенное воздействие на естественные растительные сообщества приносит ощутимый экологический и хозяйственный ущерб.

Огонь воздействует на растения непосредственно, повреждая или уничтожая их, и косвенно – изменяя условия местообитания. Следует отметить, что развитие пожара зависит от рельефа местности, типа и состояния растительности, силы и направления ветра, массы накопленного сухого горючего материала (лесной подстилки, сухостоя). При высохшем естественном травостое и безветрии пожары распространяются со скоростью, достигающей 15-18 м/мин. В случае нахождения в естественной среде скоплений горючих материалов длительность огневого воздействия и его температура возрастает в несколько раз или даже на порядки. В процессе эволюции некоторые виды растений засушливых зон Земли выработали особые приспособления к защите от действия огня. Их называют пирофитами. У семян таких растений твердая и прочная кожура, защищающая зародыш от воздействия огня. Пирофиты после пожара способны быстро восстанавливаться, наращивать фитомассу, цвести и плодоносить. Некоторые деревья также имеют стойкие к огню семена. Большое значение для растений в экстремальных условиях пожара имеет мощность покровных тканей. Так, у осины, ольхи, орешника довольно тонкая корка, поэтому они сильно повреждаются огнем. У дуба и сосны более толстая корка, эти виды обладают большей устойчивостью при пожаре. Восстановительная способность растений после повреждения огнем зависит от наличия у них погруженных спящих почек, особенно на корнях. В случае уничтожения огнем только надземных органов, из спящих почек на корневых системах появляются новые побеги. Установлено, что пожары всегда ведут к снижению фиторазнообразия (Чибилев, 1998; Ильина, 2003, 2005, 2006, 2008 и др.). Происходит уничтожение надземных и подземных частей растений, что обусловливает отмирание, как молодых, так и сформировавшихся взрослых особей. Сгорание цветков и плодов уменьшает реальную семенную продуктивность растений, банк семян в почве и число появившихся из них впоследствии проростков (Ильина В.Н., 2011).

Проведенные исследования показывают, что ход постпирогенных сукцессий и сукцессий в лесах, незатронутых пожарами, существенно различается (Нешатаев и др., 2008). При образовании крупных гарей занос семян древесных и травянистых растений на сгоревшую территорию сильно затруднен. Вследствие этого, как отмечает А.Н. Куприянов (2008), реставрация фитоценозов в послепожарный период обычно растягивается на долгие годы. С другой стороны, огонь непосредственно уничтожает источники инфекции, споры паразитических грибов, кладки насекомых-фитофагов и других вредителей леса.

Верховой пожар вызывает гибель древесного яруса. Погибают также надземные части других лесных растений - кустарников, кустарничков, трав. Полностью сгорает моховой и лишайниковый покров. Выгорает подстилка. Огонь стерилизует и верхний слой почвы, вызывая гибель подземных частей растений, почвенных насекомых, микроорганизмов, мицелия грибов - словом, всего живого. Однако глубина прокаленного огнем слоя невелика - не более 3-5 см. Все, что лежит глубже, не испытывает губительного действия пожара. Не погибают, в частности, подземные органы некоторых растений. От них впоследствии могут отрасти надземные побеги. Среди лесных трав есть такие, у которых корневища залегают достаточно глубоко, и пожар их не повреждает. В качестве примера можно назвать папоротник-орляк.

После верхового пожара сильнейшим образом меняются условия существования растений, среда их обитания. Вся обстановка на пожарище совершенно иная, чем в лесу. Для растений создаются здесь совсем другие условия жизни, чем под пологом деревьев. На пожарище много света, нет никакого затенения. Солнечные лучи беспрепятственно проникают к почве, нагревая и иссушая ее. Резко меняется температурный режим приземного слоя воздуха и верхнего почвенного слоя, сильно увеличиваются колебания температуры от дня к ночи.

Уничтожение деревьев приводит к тому, что почва становится более влажной. Корни деревьев, которые при жизни леса, как мощные насосы, откачивали воду из почвенного слоя, перестают «работать». В результате грунтовые воды поднимаются кверху, и может произойти заболачивание пожарища.

Сильно меняются после пожара и многие другие свойства почвы. Исчезает подстилка, обнажается верхний почвенный слой. А это создает благоприятные условия для прорастания семян деревьев и появления самосева. Вместе с тем зола, лежащая на поверхности пожарища, заметно подщелачивает почву, а это неблагоприятно сказывается на многих лесных растениях. Известно, например, что в слабо щелочной среде (при рН выше 7,0) семена сосны и ели с трудом прорастают и дают слабые всходы.

При верховом пожаре сгорает большое количество органического вещества - деревья, кустарники, растения живого напочвенного покрова, подстилка. Все это, вместе взятое, может достигать многих тонн на гектар. Сгорание этой огромной массы лишает лесную почву ценных питательных веществ, обедняет ее. Особенно ощутима потеря азота, которого обычно остро не хватает в лесных почвах.

Другая часть питательных веществ переходит в золу. Здесь эти вещества находятся в легкорастворимой форме и очень подвижны. Они могут быть легко вымыты из почвы или смыты с ее поверхности, прежде чем попадут к корням растений. Следовательно, и в этом случае питательные вещества в значительной степени теряются. Растения не могут их использовать в полной мере.

Важно отметить, что выгорание леса, с одной стороны, обедняет почву, а с другой - обогащает ее. После пожара сильно активизируется «работа» микроорганизмов, разрушающих мертвые органические остатки в почвенном слое. Резко повышается микробиологическая активность почвы, бурно идет процесс разложения органики (в том числе мертвых корней сгоревших деревьев и других растений). В конечном итоге освобождается много питательных веществ, которые прежде были недоступными. Особенно важно то, что почва обогащается минеральными азотистыми соединениями, в том числе нитратами (именно они служат источником азота для зеленых растений), что позволяет лучше понять ход формирования растительного покрова на месте выгоревшего леса.

Почвенный слой на пожарище имеет еще одну специфическую черту - здесь первое время почти отсутствует корневая конкуренция. Этот фактор играет важнейшую роль в жизни лесных растений, так как в лесу почва сильно насыщена живыми корнями, активно поглощающими воду и питательные вещества. Почва пожарища, напротив, почти лишена живых корней, по крайней мере, в верхнем слое, и конкуренция за жизненные ресурсы крайне ослаблена.

Растительный покров пожарищ формируется за счет разных групп растений. Одни из них - местные, они росли на данной территории еще до пожара. Эти аборигены не погибли от огня, так как их подземные органы, несущие почки, расположены достаточно глубоко в почве. Классический пример такого рода - папоротник-орляк. Он часто господствует на пожарищах, образуя густые заросли. Сюда же можно отнести хвощи - лесной и луговой, таволгу вязолистную и некоторые другие виды. Растения этого типа играют большую роль в зарастании пожарищ.

После верхового пожара могут сохраниться и такие местные растения, у которых подземные органы расположены не очень глубоко. Это связанно с тем, что огонь прокаливает почву неравномерно по площади, в одних местах - на меньшую глубину, в других - на большую. Поэтому кое-где могут уцелеть различные лесные растения, если только они укореняются не у самой поверхности почвы. После пожара эти растения, получая много света и питательных веществ, энергично разрастаются.

Однако многие растения пожарищ - все же пришельцы. Они попали сюда со стороны, иногда издалека. Самое характерное растение этого типа - иван-чай. Он часто образует сплошной густой покров на гарях. Заносятся ветром и семена различных деревьев - березы, осины, сосны, ели, лиственницы.

В первые несколько лет на пожарищах господствуют особые растения (пионеры) иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium). Они поселяются раньше всех, быстро захватывают освободившуюся площадь и сильно разрастаются. Однако их господство непродолжительно. Проходит 3-5 лет, и они постепенно уступают свои позиции, а затем и вовсе исчезают.

В первые годы на пожарищах сильно разрастается нитрофильное растение - малина. Она хорошо растет и плодоносит до тех пор, пока в почве много азота. Малина, как и иван-чай, дает многочисленные побеги от корней, быстро образует густые заросли.

На пожарищах имеются благоприятные условия и для прорастания попадающих сюда мелких «летучих» семян деревьев. Однако всходы разных древесных пород развиваются здесь неодинаково хорошо. Лучше всего растут всходы березы, сосны, осины. Поэтому на гарях в первые годы поселяется подрост не всех деревьев, а только более выносливых.

Общая схема развития растительного покрова на пожарищах такова. В первые годы поселяются и пышно развиваются специфические растения-пионеры, разрастаются некоторые светолюбивые лесные и луговые травы. Постепенно появляется самосев деревьев. Со временем его становится все больше, а деревца вырастают все крупнее. Через 10-15 лет начинает формироваться древесный ярус. Под пологом деревьев мало-помалу исчезают светолюбивые растения, несвойственные лесу. Типично лесные виды, напротив, сильно распространяются, начинают господствовать в напочвенном покрове.

Спустя 80-100 лет может восстановиться лес, близкий к исходному типу, такой, какой был до пожара. Но может произойти и смена господствующих древесных пород. Например, на месте выгоревшего сосняка сформируется березняк и т. д.

Как пойдет зарастание пожарища в каждом конкретном случае, какими именно растениями, это зависит от многих причин. Немаловажное значение имеет, прежде всего, климат. Он во многом определяет ход восстановления растительности. Важно и то, каков был исходный тип леса, который подвергся действию пожара.

При низовом пожаре огонь проходит только по поверхности почвы и основным горючим материалом служит сухая лесная подстилка. Огонь быстро распространяется во все стороны, не задерживаясь долго на одном месте. И захватывает он обычно достаточно большую площадь.

Вред лесу от такого пожара гораздо меньше, чем от верхового. Подстилка не всегда выгорает целиком, почва нагревается значительно слабее. Больше всего страдает живой напочвенный покров, особенно мхи и лишайники. Они, как правило, уничтожаются полностью. Большие повреждения получают травы и кустарнички, но они обычно не погибают. Сильно страдает от огня подрост, и даже некоторые взрослые деревья. В результате низового пожара часть растений выпадает. Однако лес в целом остается, и древесный ярус не претерпевает существенных изменений. Изменения наблюдаются в основном только в нижних ярусах леса.

После низового пожара живой напочвенный покров постепенно восстанавливается. Процесс восстановления идет по-разному в разных типах леса данной местности (Петров В. В. Жизнь леса и человек. - М.: Наука, 1985. - 132 с., ил. - (Серия «Человек и окружающая среда»).).