Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

ДАТИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ В ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ИМИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ В ВЕРХОВЬЯХ РЕКИ АКТРУ (СЕВЕРО-ЧУЙСКИЙ ХРЕБЕТ, ГОРНЫЙ АЛТАЙ)

Николаева С.А. 1 Савчук Д.А. 1
1 ФГБУН «Институт мониторинга климатических и экологических систем» СО РАН
Одним из факторов нарушения лесных экосистем являются пожары. Леса Горного Алтая в плане их датирования изучены совершенно недостаточно. Цель работы – датирование пожаров в трансформированных ими лесных экосистемах в верховьях р. Актру (Северо-Чуйский хребет, Горный Алтай). Настоящее исследование было основано на совокупности дендроиндикационных методов, где признаками служили: наличие пирогенных травм годичных колец и каллюсной ткани, засмоленных колец, резкое изменение прироста ствола деревьев по сравнению с контролем и возрастная структура древесного яруса, восстановленная по возрасту деревьев кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) и лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.). Дополнительно учитывались наблюдения очевидцев за пожарами и использовались результаты анализа слоев двух почвенных разрезов в одном из лесных сообществ. В трансформированных пожарами лесных экосистемах левого склона долины в верховьях р. Актру, в пределах горно-ледникового бассейна, установлено точное время локальных пожаров (1970, 1974 и 2008 гг.) в дополнение к зафиксированным очевидцами (2004, 2011, 2014 гг.). Также определены три наиболее вероятных периода появления пожаров в прошлом (конец XIX в., середина и вторая половина ХVIII в., период ранее ХVII в.). Пожары 1974 г. и конца XIX в., по-видимому, были распространены на большей части левого склона долины. Причинами локальных пожаров последних десятилетий (2004, 2008, 2011 и 2014 гг.), скорее всего, было неосторожное обращение с огнем на фоне относительно засушливой погоды. Массовые пожары 1974 г. и конца XIX в. вызваны в первую очередь погодно-климатическими условиями вегетационных сезонов соответствующих лет.
пожар
экосистема
дендроиндикация
годичные кольца
кедр
лиственница
Алтай
1. Фуряев В.В. Периоды высокой горимости и их роль в лесообразовательном процессе // Сибирский экологический журнал. 1996. № 1. С. 67–71.
Furyaev V.V. Fire periods and their role in the forest formation process // Sibirskiy ecologichesky zhurnalcal. 1996. № 1. Р. 67–71 (in Russian).
2. Цветков П.А., Буряк Л.В. Исследование природы пожаров в лесах Сибири // Сибирский лесной журнал. 2014. № 3. С. 25–42.
Tsvetkov P.A., Buryak L.V. Studies of Fire Nature in the Forests of Siberia // Siberian Journal of Forest Science. 2014. № 3. Р. 25–42 (in Russian).
3. Фроленков И.М., Фроленков О.М. Динамика распространения лесных пожаров в Алтайском крае // Мир науки, культуры, образования. 2014. № 1 (44). С. 394–397.
Frolenkov I.M., Frolenkov O.M. The dynamics of the spread of forest fires in the Altai region // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. 2014. № 1 (44). Р. 394–397 (in Russian).
4. Сапожников В.В. По Русскому и Монгольскому Алтаю. М.: Изд. геогр. лит-ры, 1949. 578 с.
Sapozhnikov V.V. Along the Mongolian and Russian Altai. M.: Izd-vo geogr. lit-ry, 1949. 578 p. (in Russian).
5. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Круглов  В.Б., Мазепа В.С., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Методы дендрохронологии. Ч.1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации. Красноярск: Изд. КрасГУ, 2000. 80 с.
Shiyatov S.G., Vaganov E.A., Kirdyanov A.V., Kruglov  V.B., Mazepa V.S., Naurzbayev M.M., Khantemirov R.M. Methods of dendrochronology. Part 1. Basis of dendrochronology. Collection and determination of tree ring information. Krasnoyarsk: Izd. KrasGU, 2000. 80 p. (in Russian).
6. Stoffel M., Corona C. Dendroecological dating of geomorphic disturbance in trees. Tree-ring research. 2014. Vol. 70. № 1. P. 3–20. DOI: 10.3959/1536-1098-70.1.3.
7. Timoshok E.E., Timoshok E.N., Nikolaeva S.A., Savchuk D.A., Filimonova E.O., Skorokhodov S.N., Bocharov A.Yu. Monitoring of high altitudinal terrestrial ecosystems in the Altai Mountains. IOP conf. series: Earth and environmental science. 2016. Vol. 48. P. 1–9. DOI: 10.1088/1755-1315/48/1/012008.
8. Николаева С.А., Савчук Д.А., Кузнецов А.С. Датирование селевой активности в горно-ледником бассейне Актру (Горный Алтай) // Геориск. 2017. № 2. С. 56–63.
Nikolaeva S.A., Savchuk D.А., Kuznetsov A.S. Dating of debris flow activity in the Aktru mountain glacier basin (the Altai Mountains) // Georisk. 2017. № 2. Р. 56–63 (in Russian).
9. Валендик Э.Н., Кисиляхов Е.К., Рыжкова В.А., Пономарев Е.И., Голдаммер Й.Г. Лесные пожары в Средней Сибири при аномальных погодных условиях // Сибирский лесной журнал. 2014. № 3. С. 43–52.
Valendik E.N., Kisilyakhov E.K., Ryzhkova V.A., Ponomarev E.I., Goldammer J.G. Forest Fires Under Abnormal Weather Conditions in Central Siberia // Siberian Journal of Forest Science. 2014. № 3. P. 43–52 (in Russian).

Одним из факторов нарушения лесных экосистем на территории Сибири являются пожары. Поскольку экосистемы лесов, особенно горных, чрезвычайно чувствительны к воздействию внешних факторов, в том числе пожаров, то последствия их воздействия приводят к изреживанию или исчезновению лесов и, как следствие, к усилению склоновых процессов в горах. Изучение пожаров сосредоточено в основном на территории равнинных лесов Сибири [1–3]. Так, на юге Западно-Сибирской равнины (Алтайский край) выявлена динамика распространения лесных пожаров за 1950–2012 гг. и факторы их вызывающие [3]. Леса Горного Алтая в этом плане изучены совершенно недостаточно. В частности, в верховьях р. Актру, в пределах ее горно-ледникового бассейна, пожары отмечены в конце XIX в. [4]. Поэтому важное значение приобретают косвенные методы их датирования, среди которых дендроиндикационные являются наиболее перспективными [5, 6].

Цель исследования: датирование пожаров в трансформированных ими лесных экосистемах в верховьях р. Актру (Северо-Чуйский хребет, Горный Алтай).

Материалы и методы исследования

Верховья р. Актру, в пределах горно-ледникового бассейна, составляющего около 40 км2, расположены на северном макросклоне Северо-Чуйского хребта (Горный Алтай). Климат района, по данным ГМС Актру (50 °04' с.ш., 87 °45' в.д., 2150 м над ур. м.), характеризуется относительно низкими зимними (–17,2–18,6 °С) и летними (7,7–9,6 °С) температурами воздуха, годовыми суммами осадков около 550 мм и высокими амплитудами их колебаний по годам и сезонам.

Нижние части склонов (на абсолютных высотах 1990–2300 м) занимают леса из кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) и лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.). Ближе к ледникам сохранились фрагменты коренных старовозрастных кедровых лесов, ниже по долине произрастают более молодые в основном лиственничные леса, пройденные пожарами [7], т.е. экосистемы последних трансформированы пожарами. Фрагменты лесов разделены безлесными пространствами (осыпями, курумами и лавинными конусами).

В лиственничниках заложено 4 пробных площади (ПП) на левом (юго-восточном) более сухом и пожароопасном склоне (рис. 1). На каждой ПП проведен перечет древостоя и подроста. Поскольку в верховьях р. Актру поддерживается режим близкий к заповедному, то при сборе материала использовались методы, минимизирующие уничтожение деревьев. Для установления года пожара отбирались живые деревья, имеющие его признаки (нагары, пожарные подсушины) и погибшие (обгорелые пни, сухостой). У первых брались керны, у вторых – выпилы или спилы. Контролем служили деревья, не затронутые пожарами. Дополнительно использовались данные из кедровника (ПП № 1С), расположенного на границе трансформированных и коренных лесных сообществ в зоне аккумуляции селевого бассейна. Всего было взято 186 древесных образцов с 98 деревьев (таблица).

Ширина годичных колец, или радиальный прирост, на кернах/спилах измерялась на измерительном комплексе LINTAB с точностью 0,01 мм. Затем полученные ряды прироста перекрестно датировались [5].

Для установления времени пожаров использовалась комбинация из нескольких методов дендроиндикации: травматический (используемые диагностические признаки – пожарные травмы годичных колец и каллюсная ткань), анатомический (засмоленные годичные кольца), дендрометрический (резкое значительное изменение прироста ствола деревьев по сравнению с приростами контрольных) и возрастной (оценка периодов появления новых генераций деревьев по их восстановленному возрасту и возрастной структуре древостоев) [6].

Характеристика материала из лесных сообществ по высотному профилю

№ ПП

Годы

обследования

Высота

над ур. м., м

Количество

обследованных

деревьев

древесных

образцов

годичных колец

в образцах

2012, 2015, 2018

2160–2170

24 (К)

43

103-295

17

2018

2200

7 (Л)

6 (К)

11

12

32-264

25-31

13

2008, 2018

2150

7 (Л)

9 (К)

13

20

142-214

43-100

15

2008, 2015, 2018

2070–2080

9 (Л)

1 (К)

18

2

76-184

80

16

2017

1990

7 (Л)

4 (К)

14

9

78-300

57-109

итого

74

142

 

контроль

2003, 2018

2160–2180

5 (Л)

19 (К)

8

36

144-381

82-397

ПП – Пробная площадь, К – кедр, Л – лиственница.

 

nik1a.tif nik1b.tif

А Б

Рис. 1. А – карта верховьев р. Актру с участком исследования (в красной рамке). Б – спутниковый снимок этого участка с расположением пробных площадей (красные кружки). Цифрами показаны номера пробных площадей, К – контроль. Снимок Google Earth

Кроме вышеупомянутых методов использовались наблюдения очевидцев по пожарам в верховьях р. Актру и результаты датирования пожаров в сообществе (ПП № 1С), полученные на основе анализа восстановленного возраста деревьев и двух почвенных разрезов (глубиной 0,8 и 1,8 м). Дополнительно привлекались среднемесячные данные ГМС Актру (2150 м над ур. м., 1958–1994 гг.), а также ближайшей к ней ГМС Кош-Агач (1758 м, 1933–2012 гг.), расположенной в 70 км на северо-запад от верховий р. Актру.

Результаты исследования и их обсуждение

Древостои трансформированных лесных экосистем – лиственничные и кедрово-лиственничные – состоят из 1–2 генераций деревьев [7]. В первом ярусе этих древостоев преобладает лиственница, а кедр, как правило, встречается во втором ярусе, а также в виде обильного подроста. От самой старой генерации сохранились отдельные деревья лиственницы в возрасте 320–420 лет. Средний возраст основной генерации деревьев лиственницы и кедра составлял 210–240 лет, самой младшей – 80–120 лет. Средняя высота основной генерации деревьев – 20–22 м, диаметр 45–48 см, младшей – 7–17 м и 14–25 см соответственно. Во всех сообществах имеется подрост кедра: в трех из них он крупный (высотой 1,5–4 м) хорошей жизненности, в двух (ПП № 13, 1С) – угнетенный.

Обследованных деревьев из верхнего полога для восстановления перерывов в появлении новых генераций оказалось недостаточно. Особенно это заметно в сообществе (ПП № 17), где в недавнем прошлом прошел довольно сильный пожар: сохранились единичные взрослые деревья, уничтожен весь подрост кедра, пни деревьев сильно обгорели. Восстановленный возраст крупного подроста кедра в изученных лиственничниках не превышает 40–50 лет, т.е. он появился в 1970– 1980-е гг. (рис. 2). Возраст угнетенного подроста достаточно точно не восстанавливается, что не позволяет использовать его для датирования пожаров в соответствующих сообществах (ПП № 13, 1С).

Следы нагара и послепожарные подсушины в основании стволов деревьев хорошо сохранились у части деревьев. Повреждения со стороны подсушин у отдельных деревьев охватили не только кору и луб, но и одно-два годичных кольца древесины. Радиальный прирост таких деревьев на следующий год снизился. У взрослых деревьев лиственницы он обычно восстанавливался в течение одного-двух лет. У деревьев кедра, особенно молодых, прирост древесины в районе подсушины мог сохраняться на низком уровне длительное время, а годичные кольца нередко сильно засмолялись. В дальнейшем у части сохранившихся молодых деревьев кедра резко усиливался прирост по радиусу.

nik2.tif

Рис. 2. Распределение обследованных деревьев лиственницы (1) и кедра (2) в трансформированных пожарами сообществах по левому склону долины р. Актру. Цифрами обозначен год локального пожара. Период пожара: установленный (3) и вероятный (4)

Учитывая вышесказанное, для реконструкции пожаров была использована совокупность методов. По дендроиндикационным признакам (травмы годичных колец, сопровождающее их резкое изменение прироста ствола деревьев и год гибели крупного кедрового подроста) были установлены годы последних локальных пожаров. Датировка послепожарных подсушин у деревьев показала, что в трех лиственничниках пожары были в 1974 г., в одном (ПП № 17) – в 1970 г. В первом случае огонь повредил в основном деревья кедра и небольшую часть деревьев лиственницы, во втором – большую часть деревьев лиственницы. После этих пожаров началось формирование новых генераций деревьев, в настоящее время представленных кедровым подростом. Крупный кедровый подрост в одном из сообществ (ПП № 17) был вновь уничтожен пожаром в 2008 г., после которого в течение последних десяти лет возобновление отсутствовало.

Датирование более давних пожаров затруднялось из-за зарастания внешних следов от пожаров, редкой встречаемости внутренних следов на кернах/спилах и наличия сердцевинной гнили у обследованных деревьев, а также из-за недостатка деревьев старших возрастов в трансформированных пожарами экосистемах. Анализ возрастной структуры и изменений прироста во всех сообществах позволил выделить еще один возможный период с пожарами – конец XIX в. (1871–1890 гг.), т.е. пожары охватили большую часть нижней половины территории левого склона долины р. Актру. По-видимому, последствия воздействия именно этих пожаров на леса описаны В.В. Сапожниковым [4], посетившим верховья р. Актру в 1898 г. Он отметил наличие сгоревшего леса с сохранившимися живыми лиственницами. Периоды, предшествовавшие формированию новых генераций деревьев в верховьях р. Актру в конце XIX в. (1871–1890 гг.), близки к периодам начала формирования послепожарных лесов в южной тайге Западной Сибири (1871–1880 гг.) [1].

Еще один перерыв в появлении генераций деревьев – XVIII в., возможно, также связан с пожарами, прошедшими здесь, скорее всего во второй его половине. Из-за малого количества сохранившихся для этого периода деревьев точнее установить время их прохождения не удалось. Исключение составляет одно из сообществ (ПП № 13), где обследованные деревья начали массово появляться во второй половине ХVIII в., т.е. время пожара датируется серединой ХVIII в. (1751–1760 гг., рис. 2). Пожары, прошедшие в это время по левому склону долины р. Актру, подтверждаются результатами анализа восстановленного возраста деревьев и слоев почвенного разреза из кедровника, расположенного зоне аккумуляции селевого бассейна (ПП № 1С). Основная генерация деревьев здесь имеет возраст 150–200 лет, единичные – 250 лет, т.е. пожар произошел на рубеже XVIII–XIX вв. Ему соответствует ровный слой обугленной древесины в кровле слоя № 4 двух разрезов, т.е. в это время сгорела большая часть деревьев в данном кедровнике [8].

Еще один пожар, который был в далеком прошлом, выявляется по наличию обугленной древесины в селевых слоях двух разрезов в этом кедровнике (ПП № 1С). Частицы углей перемешаны с селевым материалом в слое № 6, т.е. они были принесены селевым потоком с вышерасположенного участка сгоревшего леса. Поскольку слой № 5 датирован концом XVI в. – началом XVII в. [8], то пожар этого участка леса произошел до XVII в.

Сильные пожары часто связывают с засухами вследствие господства блокирующих антициклонов в атмосфере [2, 9], с продолжительными (15–48 дней) периодами без дождей в течение пожароопасных сезонов [1]. Локальные участки леса в верховьях р. Актру, по наблюдениям очевидцев, горели в 2004, 2011, 2014 гг. Причиной возникновения пожаров в эти годы, скорее всего, было неосторожное обращение с огнем на фоне более засушливых погодных условий (по данным ГМС Кош-Агач).

Вегетационный сезон 1974 г. с массовыми пожарами по левому склону долины был сухим (на 51 % меньше осадков по сравнению со среднемноголетними значениями, ГМС Актру) и жарким (температуры на 1,5–2 °С выше), а 1973 г. – прохладным и влажным. За зиму 1973–1974 гг. выпало на 23 % меньше снега, чем обычно. Кроме того, в лесу за предыдущий беспожарный период, по-видимому, накопился горючий материал. Таким образом, в 1974 г. сформировались условия для возникновения и развития пожара. Аналогичная ситуация наблюдалась и на прилегающей равнинной территории (Алтайский край) [3]. Метеорологические условия 1970 и 2008 гг. были менее напряженные по сравнению с 1974 г. Благоприятные условия для возникновения пожаров в 1970 г. наблюдались в отдельные месяцы (повышенная температура и пониженная сумма осадков были в августе), а жаркая погода на фоне повышенного или среднемноголетнего количества осадков в 2008 г. была в течение всего вегетационного сезона.

Пожары в конце XIX в. в верховьях р. Актру совпадают с периодами потеплений, выявленных по динамике хода реконструированной температуры [7], которые, скорее всего, сопровождались длительными периодами без дождей. В это время пожары наблюдались и на юге Западной и Средней Сибири [1], т.е. они охватили большую территорию и, видимо, были вызваны сходными изменениями климата (повышенная температура и пониженное количество осадков).

Заключение

Настоящее исследование было основано на дендроиндикационных методах, где признаками служили: наличие травм годичных колец, каллюсной ткани и засмоленных колец, даты гибели крупного кедрового подроста, резкое изменение прироста ствола деревьев по сравнению с контролем, возрастная структура древесного яруса на основе восстановленного возраста деревьев кедра сибирского и лиственницы сибирской. Дополнительно учитывались наблюдения очевидцев за пожарами и использовались результаты анализа слоев двух почвенных разрезов в одном из сообществ.

В трансформированных пожарами лесных экосистемах левого склона долины в верховьях р. Актру, в пределах горно-ледникового бассейна (Северо-Чуйский хребет, Горный Алтай), установлено точное время локальных пожаров (1970, 1974 и 2008 гг.) в дополнение к зафиксированным очевидцами (2004, 2011, 2014 гг.). Также определены три наиболее вероятных периода появления пожаров в прошлом (конец XIX в., середина и вторая половина ХVIII в., период ранее ХVII в.). Пожары 1974 г. и конца XIX в., по-видимому, были распространены на большей части левого склона долины. Причинами локальных пожаров последних десятилетий (2004, 2008, 2011 и 2014 гг.), скорее всего, было неосторожное обращение с огнем на фоне относительно засушливой погоды. Массовые пожары 1974 г. и конца XIX в. вызваны в первую очередь напряженными погодно-климатическими условиями вегетационных сезонов соответствующих лет.

Исследование было выполнено в рамках госбюджетной темы № АААА-А17117013050039-4.


Библиографическая ссылка

Николаева С.А., Савчук Д.А. ДАТИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ В ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ИМИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ В ВЕРХОВЬЯХ РЕКИ АКТРУ (СЕВЕРО-ЧУЙСКИЙ ХРЕБЕТ, ГОРНЫЙ АЛТАЙ) // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 10. – С. 95-100;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37220 (дата обращения: 28.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074