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 |
|||
|
1С |
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. |
|||||
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.
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.