Лесные пожары постоянно оказывают значительное влияние на формирование и функционирование экосистем, причем особенности изменений, которые они вызывают, часто разноплановы и имеют свои особенности в каждом ландшафте. Изучение и оценка способности экосистемы к восстановлению после пожаров представляет собой одно из актуальных направлений в науке [1].
Влияние пожаров на почву в лесной экосистеме очень многогранно и разнопланово, и в свою очередь зависит от комплекса факторов: особенностей пожара, произрастающей растительности, микрорельефа и самой почвы. Последствия пожара выражены в таких изменениях почвы, как практически молниеносная минерализация органической составляющей, в частности лесной подстилки и ежегодного опада. По своей сути лесная подстилка – это детрит (мертвое органическое вещество) в наземных экосистемах, образующееся в результате постоянного взаимопроникновения живого и костного вещества, в сочетании с регулярными процессами приноса, переноса и перераспределения [2].
На динамические изменения лесной подстилки после пожаров влияют возраст и степень повреждения древесного яруса, объем уничтоженной в огне подстилки, послепожарные условия минерализации [3].
Цель исследования
Проследить на примере лесных экосистем кластерного участка «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» (Республика Хакасия) изменения, происходящие в запасе и фракционном составе лесной подстилки после пожаров.
Материалы и методы исследования
В ходе полевых исследований для последующего анализа лесной подстилки и ее послепожарной динамики отбор образцов осуществлялся стандартным шаблоном 25х25 см в 10–20-кратной повторности. Отбор проб проходил в 2014 г. – до пожара, и в 2015–2017 гг. (после пожара, прошедшего в 2015 г.), в конце августа каждого года. В дальнейшем лесная подстилка каждой учетной площадки разделялась на две фракции: активная (хвоя, листья, травяной опад, труха (ветошь), мелкие ветви – диаметром менее 5 мм.) и неактивная (крупные ветви – диаметром более 5 мм, шишки, кора деревьев) [4].
В результате исследований был изучен запас и фракционный состав лесной подстилки и ее восстановление в течение первых трех лет после пожара. Лесная подстилка – это неотъемлемый компонент лесной экосистемы и важное связующее звено в комплексе растительность – почва. Изменения в фракционном составе лесной подстилки могут служить показателем нарушенности экосистемы, так как от этого меняется скорость разложения (гумификации) органических остатков, а следовательно, и образование гумуса [5, 6].
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе проведенных исследований было выявлено, что в лесных экосистемах, не пройденных пожаром, на территории кластерного участка «Подзаплоты», лесная подстилка характеризуется выраженной слоеватостью, состоит большей частью из травяного опада, трухи и мелких ветвей, которые составляют 60–70 % от общего запаса лесной подстилки.
В результате проведенных исследований было выявлено, что в первый год после пожара лесная подстилка резко увеличивает свой запас, за счет увеличения доли тяжелых фракций – так, доля неактивной фракции в лесной подстилке возрастает в 3 раза и практически вдвое превышает долю активной фракции. Это происходит вследствие того, что в первый послепожарный год наблюдается значительный опад коры, крупных ветвей, шишек, поврежденных пожаром. Вся эта масса попадает на поверхность почвы и поступает в неактивную часть лесной подстилки (рис. 1–2).
Рис. 1. Общий запас лесной подстилки на кластерном участке «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» (2014–2017 гг.)
Рис. 2. Доля фракций в лесной подстилке на кластерном участке «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» ( % от общего запаса) (2014–2017 гг.)
В результате всестороннего анализа лесной подстилки было определено, что активная фракция в составе ненарушенной лесной подстилки значительно преобладает и составляет более 75 %. На изученной территории лесная подстилка характеризуется неоднородностью в различных условиях ее формирования. Максимально низким общим запасом характеризуется лесная подстилка территорий с молодыми древостоями, накопление лесной подстилки на таких участках происходит медленнее. На территориях со средне- и старовозрастным древостоем нами были отмечены такие особенности лесной подстилки, как большое количество мелких и крупных ветвей, обширные поры, воздушные каналы. Процесс разложения такой лесной подстилки происходил намного быстрее, так как в достаточном количестве был доступный кислород. В тех лесных подстилках, где был получен высокий процент содержания активной фракции, процессы гумификации шли значительно с более высокой скоростью [7, 8].
Доля неактивной фракции подстилки в первый год после пожара достигает 63–65 %, а доля активной фракции падает до 35–36 %, что связано с почти полным выгоранием активной фракции во время пожара и ее постепенным накоплением в течение вегетационного периода. На второй и третий год после пожара (2016–2017 гг.) ситуация выравнивается и соотношение фракций достигает предпожарного периода (рис. 2).
При анализе соотношения отдельных фракций в запасе лесной подстилки видно, что в первый год после пожара масса коры, шишек и крупных ветвей в лесной подстилке значительно увеличивается. Происходит опад поврежденной в результате пожара коры деревьев, обугленных нижних ветвей, шишек, и весь этот материал попадает на поверхность почвы, составляя неактивную фракцию лесной подстилки [9].
Рис. 3. Детальный фракционный запас лесной подстилки на кластерном участке «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» (т/га) (2014–2017 гг.)
Рис. 4. Детальный фракционный запас лесной подстилки на кластерном участке «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» ( %) (2014–2017 гг.)
Еще одна закономерность была выявлена при детальном анализе фракционного состава лесной подстилки – в допожарный период в лесной подстилке практически в равных соотношениях представлены все фракции, тогда как в первые годы после нарушения лесной подстилки вследствие прошедшего пожара (особенно в первый вегетационный период) равное соотношение между фракциями утрачивается и начинают значительно преобладать определенные фракции – в частности, труха, крупные ветви и кора.
Анализ приведенных данных показывает, что на всех исследуемых пробных площадях в составе лесной подстилки в 2014 г. (до пожара) в максимальном количестве представлены травяной опад, труха и мелкие ветви – это свидетельствует о высокой степени ее гумификации и благоприятных условиях формирования. Полученные данные закономерны для разнотравных типов леса, которые и преобладают на участке «Подзаплоты» заповедника «Хакасский». Содержание травяного опада и ветоши составляет более 40 % от общего запаса лесной подстилки. После нарушения лесной подстилки вследствие пожара значительно увеличивается в массе лесной подстилки такие фракции, как кора, крупные ветви и шишки (неактивная часть лесной подстилки), в процентном отношении к общему запасу кора в первый год после пожара составляет более 40 %. Стабильно высоким показателем как по массе, так и в процентном отношении характеризуется фракция трухи, что свидетельствует, что даже в первый год после пожара, за текущий вегетационный период большое количество опада успевает разложиться до легко гумифицируемых составляющих.
Полученные данные и их последующий анализ показал, в результате пожара изменяется как общий запас лесной подстилки, так и ее фракционный состав, а значит, данные показатели могут служить для оценки нарушенности экосистемы, так как они напрямую зависят от изменений, произошедших в связи с антропогенным воздействием, в данном случае в связи с пожаром.
Выводы
Изучение воздействия пожара на лесную подстилку кластерного участка «Подзаплоты» Государственного природного заповедника «Хакасский» показало, что:
1. Общий запас лесной подстилки в первый год после пожара резко увеличивается (практически в 3 раза), но уже на второй-третий год показатель возвращается к допожарному периоду.
2. В первый год после пожара наблюдается резкое увеличение (в 2–3 раза) неактивной фракции в лесной подстилке (как в процентном отношении, так и по массе).
3. Наибольшее увеличение (как по запасу, так и в процентном отношении), особенно в первый послепожарный год, наблюдается у двух фракций – шишки и кора, а уменьшение трех фракций – труха, хвоя и травяной опад.
4. Восстановление лесной подстилки после пожара в смешанных лиственнично-березовых лесах кластерного участка «Подзаплоты» заповедника «Хакасский» происходит уже на второй-третий год после пирогенного воздействия. После трех вегетационных сезонов основные показатели лесной подстилки приближаются к допожарному периоду.
Таким образом, наиболее выраженные изменения лесной подстилки в результате воздействия пожара выражаются в резком увеличении ее общего запаса и в изменении соотношения активной и неактивной фракций.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-44-190956 р_а «Разработка программы и заложение основы постпирогенного мониторинга степных экосистем Республики Хакасия (на примере заповедника «Хакасский»)».
Библиографическая ссылка
Шуркина В.В. ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ ПОСЛЕ ПОЖАРА НА КЛАСТЕРНОМ УЧАСТКЕ «ПОДЗАПЛОТЫ» ЗАПОВЕДНИКА «ХАКАССКИЙ» // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 3. – С. 82-86;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36707 (дата обращения: 18.04.2024).