Степные пожары
Степи в плане разработки мероприятий по предупреждению возникновения пожаров и борьбе с ними находятся в крайне невыгодном положении. Практикуемая во второй половине XX века политика освоения целинных и залежных земель имела губительные последствия для естественной степной растительности (Ильина Н.С., 2003). Своеобразный «гипноз пашни» привел к тому, что «многие разновидности плакорных степей исчезли с лица Земли неизученными». К сожалению, в настоящее время к степным фитоценозам осталось все такое же потребительское отношение, как и в пору «поднятия целины». Распаханность степей в регионе составляет 60-75%. В недавнем прошлом, когда оценка хозяйственной деятельности проводилась с точки зрения увеличения «посевных площадей», эти цифры были еще большими и достигали 80-90%. Это прошлое может стать и нашим будущим, т.к. в свете последних решений администрации Самарской области площадь пахотных земель должна быть снова увеличена до размеров «советского» периода. Своеобразная «гонка вооружений», преследующая благую цель «обеспечения всего мира хлебом», вновь достигается не путем качества, то есть повышения урожайности за счет высоконаучной агротехники, а количественным, экстенсивным путем.
Как справедливо отмечают многие авторы, периодические естественные пожары характерны для степной зоны и являются одним из экзогенных факторов среды, при которых и сформировались степи. Однако деятельность человека привела к многократному возрастанию их частоты.
Степные сообщества региона часто намеренно подвергаются пожогам при использовании их в качестве пастбищных угодий. Отношение к степным палам неоднозначно. По мнению хозяйственников и некоторых ученых, это способствует улучшению состояния пастбищ, так как огонь уничтожает прошлогодние высохшие части растений, а на удобренной золой почве лучше развиваются молодые побеги. В частности, С.И. Данилов (1936) указывал, что степные злаки и осоки от огня не страдают. Изучение популяций ковылей (Малышева, Малаховский, 2000; Скользнева, Скользнев, 2003; Джапова, 2006) показало, что злаки способны хорошо отрастать и эффективно плодоносить после ранневесеннего краткосрочного пожара. Однако при более позднем воздействии огня развитие вегетативных частей этих растений подавляется, смещаются фенофазы и цветение и плодоношение растений в этот сезон не происходит.
Мнение же большинства биологов и экологов сводится к тому, что пожары в современных масштабах в большинстве случаев губительны для степного биологического и ландшафтного разнообразия (Евсеев, 1935; Калмыкова, 2006; Чемидов, 2006). Хотя и эти авторы в некоторых, но строго регламентированных, случаях допускают применение контролируемого выжигания пастбищ (Евсеев, 1935; Веденьков, 1996; Абдулина и др., 2006).
Следует учесть результаты некоторых исследований (Рябцов, 2006), убедительно показывающих, что использовать в качестве пастбищ степные участки, пострадавшие от пожаров, следует очень осторожно. Наиболее рационально начинать выпас лишь на 2-3 год после пожара, когда восстановятся степные злаки, иначе пастбищное угодье легко подвергается пасквальной дигрессии и превращается в «сбой», то есть территорию, лишенную сомкнутого типичного для степи растительного покрова.
Отметим, что огонь воздействует на травостой степи прямо и косвенно: во-первых, огонь непосредственно действует на органы растений; во-вторых, происходит изменение условий их существования, связанное с разрушением степной дернины и оголением почвы. Нерегулируемые палы, на наш взгляд, почти всегда можно рассматривать как негативный фактор воздействия на степные фитоценозы, особенно в периоды активной вегетации, цветения и плодоношения растений. При неконтролируемых пожарах происходит глубокая деградация биоценозов, часто до полного разрушения их компонентов. Из сказанного следует, что пожоги степного травостоя недопустимы на особо охраняемых природных территориях.
Развитие пожара в степи зависит от многих причин; в основном они совпадают с названными выше для лесных территорий: рельефа местности, типа и состояния растительности, силы и направления ветра. Степные пожары могут охватывать площади в несколько тысяч квадратных километров. Иногда во время пожара от разности температур потоков воздуха образуются завихрения - «смерчи», которые являются причиной переброски огня через искусственные и естественные преграды. Были отмечены случаи перехода огня (на вызревшем хлебном массиве) через перепаханные полосы, дороги, речки шириной до 15 м.
Выгоревшая площадь пожара принимает форму круга, а при сильном ветре имеет треугольную форму. Различают фронт, фланги и тыл пожара (Богданов, 1957; Пожарная тактика, 1984). Ту часть кромки огня, которая перемещается с наибольшей скоростью и отличается более интенсивным горением, а при сильном ветре представляет движущуюся волну огня, принято называть фронтом пожара. Чаще всего кромка огня с наибольшей скоростью распространяется по направлению ветра и с меньшей скоростью - в боковые стороны. Боковые стороны распространения кромки огня называют соответственно правым и левым флангами пожара. Огонь по фронту и частично по флангам перемещается рассредоточено, чаще всего языками, величина которых зависит от силы ветра, густоты травостоя и рельефа местности.
Бывают случаи, когда огонь распространяется отдельными рукавами на большие расстояния от основной кромки горения. Огонь также может образовывать узкую (шириной не более 1,5 м), но длинную ленту, извивающуюся зачастую на десятки и даже сотни километров. Заднюю сторону пожара, противоположную фронту, называют тыловой (тылом). В тыловой стороне огонь, хотя и передвигается (против ветра), но очень медленно и со слабым горением. Переход огня от кромки горения до фронта пожара к флангам и тылу происходит постепенно и точно определить границы между ними трудно (рис.).
Установлено (Богданов, 1957), что воспламенение сухой травы происходит при воздействии теплового (светового) импульса величиной в 10-12 кал/см (и более)
Возникновение и развитие степных пожаров в значительной мере связаны с временем суток. Наиболее опасным временем в этом отношении является период с 10 до 16 часов. В вечернее время пожары ослабевают, а ночью резко замедляются и усиливаются вновь с 6-7 часов утра. Поэтому ночное время, как правило, используется для более активной борьбы с пожарами.
На характер пожара в степи оказывает влияние и сам растительный покров. При высоком и густом травяном покрове, сильном ветре и засушливой погоде скорость распространения пожара в степи может достигать 600-700 м/мин. При редком и низком травостое и безветрии пожары распространяются со скоростью 15-18 м/мин. Для степи характерен низовой тип пожара, при котором сгорают степной войлок и растения, образующие кустарничковый, травяной и моховой ярусы.
Длительность пожара и степень его воздействия на растительный покров напрямую зависит от стадий развития растений. В зависимости от времени возникновения и развития пожара, вегетативные части растений отрастают быстро (во влажное время года) или по прошествии нескольких месяцев (в сухое время года). Отмечено, что в степях мелкодерновинные злаки страдают в большей степени, чем крупнодерновинные (Воронов, 1973; Малышева, Малаховский, 2000; Скользнева, Скользнев, 2003; Рябцов, 2006 и др.). Поэтому после огневого воздействия типчак резко уменьшается в количестве, в то время как ковыли почти не сокращают своей площади и обилия.
Обычно бурное нарастание зеленой массы у растений лесостепной и степной зон достигает наибольшей интенсивности к концу весны - началу лета (май - июнь). В июле-июне происходит созревание плодов и обсеменение большинства степных видов растений. По мере истощения запасов влаги в почве, прирост затормаживается, начинается отмирание ассимилирующих органов, и растения переходят в состояние полупокоя (Растительность ..., 1980). Именно на это время приходится наиболее пожароопасный период.
При интенсивных пожарах и пожогах уничтожаются все надземные вегетативные и генеративные органы, что сводит к нулю реальную семенную продуктивность и возможность семенного размножения растений в дальнейшем. Если пожоги проводятся систематически и дополняются случайными пожарами повторяющимися из года в год, то число появляющихся проростков растений уменьшается в геометрической прогрессии. Незначительный банк семян и высокая степень элиминации ювенильных (молодых) особей приводит к постепенному старению популяций редких и типичных представителей степной флоры и неотвратимому снижению численности видов.
Осенью, если влажность при выпадении осадков увеличивается, вегетация растений возобновляется, а затем медленно замирает к зиме (Дрогобыч, 2000). Именно повторное отрастание растений, прежде всего бобовых, обеспечивает получение более высокой продуктивности зеленой массы, что ценится в кормопроизводстве. Несомненно, этот факт и подталкивает сельских жителей и пастухов к проведению повторных палов для «улучшения» пастбищ.
По опросам местного населения выяснилось, что у сельских жителей сформировано ошибочное мнение: пожар и, следовательно, сгорание растительных остатков приводит к образованию гумусового горизонта. Это в корне неверное утверждение требует разъяснительной работы со стороны местных экологов, имеющихся в штате районных администраций, и учителей биологии, экологии, химии и географии в рамках экологического воспитания и образования, начиная со школьной скамьи. Малая образованность создает дополнительные трудности при профилактике и тушении палов в окрестностях населенных пунктов. Следует помнить, что при сгорании органических остатков растений образуются зольные элементы (но не гумус), которые действительно могут служить удобрением для растений. Но их незначительная масса и быстрое сдувание золы ветром сводят к минимуму положительное значение озоления растительных остатков.
Сохранение степей даже при заповедном статусе имеет свои проблемы. Сложность заключается в том, что в сложившихся ныне условиях степные экосистемы неполночленны. В XX в. был утрачен их важный природный компонент - крупные копытные животные. Это является одной из весомых причин утраты способности системы к саморегуляции и самовосстановлению. Отметим, что при объедании и вытаптывании растений копытные существенно снижают возможность формирования очага огня с высокой температурой, уменьшают продолжительность горения территории, а скотобойные тропы к водопоям, местам стоянок и лёжек являются естественной преградой для распространения огня.
В заповедниках именно отсутствие выпаса и стравливания травостоя на поверхности степной почвы вызывает образование мертвых растительных остатков, формирующих плотный напочвенный покров - степной войлок. В результате его накопления происходит изменение водно-температурного режима почвы в сторону увлажнения, приводящее к мезофитизации растительного покрова (что не исключает возможности возникновения пожаров) и снижению видовой насыщенности сообществ, в основном за счет выпадения типичных степных видов флоры.
Иным образом обстоит дело на сохранившихся незначительных степных вы- делах, активно используемых в животноводстве. В настоящее время на них, как правило, наблюдается избыточный выпас копытных (или перевыпас), приводящий к разрушению и полному отсутствию степного войлока. Следствием перевыпаса является также смещение водно-температурного режима в сторону иссушения почвы, разрушение степной дернины, недоразвитие растительного покрова, проявление процессов ветровой и водной эрозии и, в конечном итоге, полной деградации степи.
В степных регионах нашей страны и некоторых зарубежных государствах специальными исследованиями в течение нескольких десятилетий отслеживаются особенности степных пожаров и выявляются основные закономерности постпиро- генных сукцессий растительного покрова.
Наблюдения за степной растительностью после пирогенной нагрузки в Оренбургской области показали, что в большой степени страдают старовозрастные растения ковыля Лессинга и типчака вследствие накопления ими отмерших сухих побегов (Рябцов, 2002). Например, отмечается смена ковылково-типчаково- мохнатогруднициевой (Crinitaria villosa + Festuca valesiaca + Stipa lessingiana) ассоциации на полынково-типчаково-ковылковую (Stipa lessingiana + Festuca valesiaca + Artemisia austriaca).
Таким образом, ковылок и типчак сохраняют свое положение в сообществе. При этом через некоторое время после пожара на исследуемом участке появляются и бобовые растения (Рябцов, Сафонов, 2002). Этот же автор (Рябцов, 2006) впоследствии уже отмечает, что бобовые, особенно полукустарнички (в том числе виды рода Oxytropis), в значительной степени страдают от пожаров.
Это согласуется с данными Т.Г. Кандаловой (2003), о том, что проводимые палы негативно влияют в большей степени на полукустарнички, почки возобновления которых находятся над уровнем почвы. Также негативно влияет пирогенный фактор на лихенофлору и наземные водоросли, что указывается некоторыми авторами, в том числе О.Г. Калмыковой (2006) для участка «Буртинская степь» госзаповедника «Оренбургский».
По поводу влияния пожаров на доминирующие в степях злаки нет единого мнения. Предыдущий автор (Калмыкова, 2006) наблюдала, что доминирующие в сообществах виды, особенно дер но винные злаки, страдают мало. Хотя она признает, что на растительный покров в большей степени влияют не столько сам факт возникновения пожара, сколько его периодичность. С.Н. Рябцов (2006), проводивший исследования на той же территории примерно в те же годы, напротив, отмечает, что многие виды растений чувствительны к воздействию огня. В их числе он указывает Koeleria gracilis, Onosma simplicissima, Allium globosum и другие),
Степень воздействия пожара на охраняемых природных территориях зависит от продолжительности полного заповедания. Например, степи на территории Украины (биосферный заповедник «Аскания-Нова», Херсонская область), большей частью принадлежащие к луговому типу, являются заповедными в течение долгого времени, вследствие чего накопили значительное количество войлока. По мнению C. Гавриленко (2007), пожары здесь следует обязательно тушить, т.к. при появлении огня горение массы степного войлока позволяет развивать высокую температуру и сообществам грозит полное уничтожение. По официальным данным в Аскании-Нова в 2007 году площадь пожара составила почти 5 тыс.га, длился он в течение 2 дней, т.к. сухой степной войлок быстро вспыхивает и обладает высокой способностью к горению.
Мнение Г.Н. Лысенко (2006) о необходимости степных пожаров на той же территории прямо противоположно и основано на исторически сложившейся системе взглядов на формирование степей под длительным влиянием мощных экзогенных факторов. Автор подчеркивает необходимость проведения палов. В.А. Тимошенков и В.В. Тимошенкова (2007), проводя исследования в Хомутовской степи (Донецкая обл., Украина), пришли к заключению, что степи Юго-Востока Украины хорошо приспособлены к действию огневого фактора и способны к восстановлению. Авторы утверждают, что больший вред экосистемам наносят именно проводимые противопожарные мероприятия и опашка больших целинных участков во время ликвидации пожара. Естественно, в этом случае на месте распаханных площадей будут формироваться залежи, как и на участках, ранее занятых пашней. В этом случае дальнейшие процессы идут в той же последовательности, что и на других залежах.
Как следует из приведенного элемента дискуссии разногласия по поводу преобладания пользы или вреда пожаров в степи, возникают даже относительно мезо- фитных луговых степей Украины с густым сформировавшимся высокотравным растительным покровом.
Следует отметить, что сказанное не может распространяться в полном объеме на другие степные регионы, в том числе Европейской России, отличающиеся более высокой степенью аридизации. Тем не менее, и для этой территории получены неоднозначные данные.
В результате многолетних исследований луговых степей в Центральночерноземном биосферном заповеднике (Курская область) коллектив сотрудников пришел к выводу, что наилучшим образом на восстановлении растительных сообществ влияют не пожары, а сенокошение (Степной бюллетень, 2000). Кроме того, имитацию воздействия на степь диких копытных можно создать не только при помощи сенокошения, но и при выпасе домашних животных.
Изучение постпирогенной динамики степных сообществ заповедных территорий проводилось в Хакасии (Кандалова, 2007). Основу степной растительности здесь составляют мелкодерновинные и крупнодерновинные злаковые группы формаций.
В деградированных под влиянием сильного перевыпаса мелкодерновинной злаковой степи, находящийся в течение 15 лет в условиях заповедания, периодические весенние палы препятствуют естественному ходу восстановления растительности. Уменьшается проективное покрытие почвы травостоем, прирост продукции фитомассы, снижается видовая устойчивость сообществ и прогрессирует иссушение местообитаний.
На настоящую крупнодерновинную степь, сформировавшуюся на месте старой 30-летней залежи, весенние палы воздействуют следующим образом. Редкие палы (не чаще одного раза в 5 лет) не мешают ее последующей демутации (восстановлению). После пожара происходит увеличение обилия корневищных и рыхлокустовых злаков. Однако при следующем пожаре, наблюдаемом через 3 года, было отмечено негативное влияние на те же экземпляры злаков, которые лишь успели за этот срок восстановиться после предыдущего пожара. Т.Г. Кандалова (2007) отмечает в этом случае увеличение числа видов растений, но он происходит в постпи- рогенный период за счет появления сорных и нехарактерных для степи представителей разнотравья.
Таким образом, в результате проведенных в разных регионах исследований установлено, что при хозяйственном освоении степей следует отдавать предпочтение режимам эксплуатации, связанным с частичным отчуждением травостоя. Это ведет к достаточно быстрому восстановлению экосистемы. Пожары же чаще носят катастрофический характер и почти полностью уничтожают растительные сообщества, поэтому в большинстве случаев нежелательны.
В условиях урбанизированной территории Средней Волги растительный покров степей также часто подвергается пожарам. Прежде чем рассматривать влияние огня на растительность и особенности ее восстановления после палов, считаем необходимым остановиться на характеристике степей региона.
В северной части района исследований в лесостепной зоне большое распространение имеет особый азональный тип степных сообществ - каменистые степи (Юго-Восток..., 1971; Растительность.., 1980). Они обычно располагаются на крутых водораздельных склонах, коренных берегах речных долин и в крупных балках. Растительные сообщества приурочены к эродированным почвам, что заметно отражается на их структуре. Класс формаций «каменистые степи» включает группу дерновиннозлаково-разнотравных формаций. В ее составе преобладает ковылковая формация, объединяющая ассоциации с доминированием Stipa lessingiana Trin. et Rupr. Каменистые степи, по мнению многих исследователей, в течение длительного времени являются природным рефугиумом для многочисленных реликтовых и эндемичных растений (Двуреченский, 1997; Михно, 1997; Горчаковский, 1997, 2000; Чибилев, 1998, 1999; Микулин, 2000).
Особый интерес в этом плане представляют каменистые степи Жигулей, представленные небольшими фрагментами - от нескольких десятков квадратных метров до достаточно крупных участков площадью в несколько гектаров (Чап, Саксонов, 1999). Склоны с крутизной 25 и более градусов почти полностью лишены почвенного слоя в результате постоянного смыва, осыпания верхних горизонтов и оползневых явлений, порой условия существования растений становятся критическими.
Зональными для территории Высокого Заволжья являются луговые степи (Ильина, Устинова, 1990), которые сильно пострадали в агрикультурный период и ныне обычно сопровождают лесные массивы, прилегая к их краю. На открытых местах они чрезвычайно редки, произрастают на водораздельных плато, пологих склонах и увалах, коренных берегах рек на тучных и выщелоченных черноземных почвах. Степи отличаются высокотравными сообществами. Злаковая основа луговой степи сложена ксеромезофитными злаками: Stipapennata L., Роа angustifolia L., Phleum phleoides (L.) Karst., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Dactylis glomerata L. Такие степи характеризуется богатым разнотравьем и высокой урожайностью зеленой массы, в связи с чем они традиционно использовались как сенокосные угодья.
Зональная растительность степной зоны представлена настоящими, или ко- выльно-типчаковыми степями, подвергшимися распашке при освоении целинных и земель в середине прошлого столетия. Ныне на их месте находятся посевы сельскохозяйственных культур или молодые залежи с растительностью «бурьяни- стого типа» (Устинова, 2000; Ильина Н.С., 2003). Участки степей сохранились в условиях крутых склонов, непригодных для распашки. Они представлены формациями разнотравно-типчаково-ковыльных степей, злаковая дернина которых сложена различными видами Stipa L., Helictotrichon Bess, и Festuca valesiaca Gaudin.
Самая южная часть исследуемого региона характеризуется развитием опустыненных степей, среди которых наиболее заметна группа полынно- дерновиннозлаковых (бедноразнотравно-ковыльных) формаций. Растительные сообщества развиваются в чрезвычайно сухих условиях, часто на засоленных почвах. Структура фитоценозов проста, видовой состав бедный. Подобные участки в Самарской области нами изучены только на территории Больше-Черниговского района.
Особое место в сложении растительного покрова южных районов занимали разнотравно-типчаково-ковыльные степи на песчаном и супесчаном субстратах. По сведениям сотрудников кафедры ботаники СГПУ (Симакова, 1975; Устинова и др., 1999) в сообществах данных гемипсамофитных степей доминирующее значение играют Stipa capillata L., S. lessingiana Trin. et Rupr., Festuca valesiaca Gaudin, Artemisia marschalliana Spreng. Они располагаются преимущественно на левобережье р. Большой Иргиз (Больше-Черниговский район Самарской области).
Несмотря на жесткие условия существования растительного покрова в аридных условиях, в степях южной части исторически сложились своеобразные экологические связи его компонентов, на уровне отдельных особей, их популяций, растительных сообществ и различных типов комплексов степных фитоценозов. Эти отношения поддерживают стабильность степных экосистем и нарушение или выпадение отдельных звеньев приводят к изменению структуры, а нередко и к деградации степных экосистем. Чрезвычайно уязвимым элементом, как и повсеместно, являются редкие виды растений. Недавно вышел в свет первый том «Красной книги Самарской области (2007), включающий 287 видов охраняемых сосудистых растений. Почти половина из них (около 46%) являются обитателями степей.
Исходя из этих соображений, в 1998 г нами были начаты исследования, направленные, в первую очередь, на изучение структуры и динамики ценопопуляций редких видов растений в бассейне Средней Волги, относящихся к семействам As- teraceae, Fabaceae, Ranunculaceae.
В процессе проведения полевых работ нередко регистрировались участки степи, подвергавшиеся пожару. Они различались как по природным характеристикам (рельеф, почвенные разности, тип сообществ, погодные условия и сезон возникновения пожара), так и по степени пирогенной нагрузки на растительный покров (длительность действия огня, скорость его распространения, глубина прогрева почвы) (Ильина, 2003, 2006).
Степные палы регистрировались во многих административных районах области. Исследования позволили установить, что на всех выделах, испытывающих пирогенное воздействие, ценопопуляции редких видов угнетены. При повторяющихся палах снижаются численность и плотность экземпляров растений, уменьшается площадь популяции. Отсутствие у большинства модельных видов вегетативного размножения изменяет онтогенетические спектры ценопопуляций, их максимум смещается вправо, т.е. в сторону стареющих особей. В итоге через 2-4 года ценопопуляции переходят из зрелых нормальных в стареющие регрессивные и выпадают из состава сообществ.
Совокупное действие пожаров и выпаса скота наиболее губительно для зональных степных фитоценозов, сменяющихся вторичными малопродуктивными сообществами. Однако в ряде случаев нами отмечено, что умеренный выпас или единичные пожоги благоприятно сказываются на структуре исследованных популяций. Мы можем объяснить подобное явление устранением ряда конкурентных видов и увеличением зольных элементов в верхних почвенных горизонтах.
Систематическим пожогам подвергается растительность памятника природы «Гора Копейка» (Похвистневский район Самарской области). Он расположен на водораздельном склоне, сложенном карбонатными отложениями татарского яруса перми. Нами фиксировалось огневое воздействие на растительность ООПТ с 1998 по 2008 годы (в конце июня - начале июля ежегодно), проводимое пастухами для очистки пастбища от отмерших частей растений (несмотря на природоохранный статус объекта выпас скота проводится регулярно). Общая площадь пожогов по визуальной оценке варьировала от 300 до 12000 кв.м.
На территории урочища «Каменный дол» в Кинельском районе Самарской области растительность склонов древней балки менее подвержена пожогам, но испытывает влияние интенсивного выпаса крупного рогатого скота, а отдельные урочища испытывают сильную рекреационную нагрузку. На нижнем участке левого склона балки строится коттеджный поселок. Ежегодно в пределах растительных сообществ с участием редких видов растений нами фиксировалось до нескольких десятков кострищ (13 в 1999 г., 25 в 2000 г. и 23 в 2007 г.). В 2005 и 2006 гг. пожары охватывали значительную площадь (до 5000 кв.м).
Доцентом кафедры ботаники Самарского госпедуниверситета А.Е. Митро- шенковой в конце 90-х годов и в 2001-2002 гг. неоднократно фиксировались пожоги степей в Сергиевском районе Самарской области. Полученная информация позволила взять под контроль с целью долгосрочного мониторинга и изучения особенностей восстановления растительного покрова и раритетных видов флоры в постпирогенном периоде участки степей на Серноводском шихане, горе Высокой и Успенской Шишке. К сожалению, поджоги степного травостоя фиксировались нами и в последующие годы, вплоть до настоящего времени, что негативно сказывается как на состоянии растительного покрова, постепенно приводя его к состоянию дигрессии, так и на структуре ценопопуляций видов растений, подлежащих охране.
Огонь в значительной мере способен изменить облик и даже тип сообщества. В первую очередь, он действует на ксероморфные виды растений (произрастающие в засушливых местообитаниях). Мезофиты (растения, приспособленные к жизни в условиях среднего увлажнения почвы и воздуха) меньше подвержены действию огня; их листья, с крупными не опушёнными или слабо опушёнными пластинками) при кратковременном пожаре могут почти без особых повреждений переживать воздействие огня. Как показали наши исследования, адонисы весенний и волжский за счет достаточно высокой обводненности тканей, остаются неповрежденными во время весеннего пожара, при котором сгорает в основном сухой степной войлок.
Также было установлено, что ранневесенние пожары менее губительны для вегетативных органов растений и их диаспор, поскольку почва еще насыщена влагой, при этом большинство видов трав успевают накопить значительную фитомассу, отличающуюся высоким содержанием воды. Несмотря на некоторую устойчивость, воздействие огня все же проявляется: сгоревшие растения повторно отрастают в более поздние сроки, что влечет за собой смещение фаз развития (например, у ветреницы лесной, астры альпийской, копеечников крупноцветкового, Разумовского и Гмелина, астрагала Цингера и др.).
В некоторых случаях растения в данный вегетационный сезон не успевают проходить стадии цветения и плодоношения из- за наступления периода низких температур (ковыль Лессинга, оносма простейшая). В ряде случаев не вызревают завязавшиеся плоды. Таким образом, огневое воздействие приводит к уменьшению семенной продуктивности, вследствие чего происходит постепенное старение фитоценопопуляций.
В последние годы мы нередко наблюдали появление в составе ценопопуляций квазисенильных растений. Квазисенильность определяется нами, вслед за О.В. Смирновой с соавторами (1984), как явление морфологической имитации сениль- ности, возникающее у растений в фитоценотически и экологически неблагоприятных условиях, дающих им возможность длительно находиться на предельно низком уровне жизненности, а при улучшении условий существования омолаживаться.
В 2006 году в составе популяций Hedysarum gmelinii, Н. grandiflorum, Oxytro- pis floribunda и О. hippolyti впервые за время мониторинга был зарегистрирован высокий процент квазисенильных особей. В онтогенетических спектрах копеечников таких особей отмечено около 5% (популяции на Серноводском шихане, Успенской горе, в Левашовской лесостепи, в Каменном и Верховом оврагах), у остролодочников - 6-8% (популяции на Высокой горе, Чубовской Красной горке, в Исак- линской нагорной лесостепи). В другие годы исследований на тех же стационарных участках их число редко превышало 0,1-0,3% от общего количества особей, а в большинстве случаев они и вовсе не фиксировались.
В 2003 году квазисенильные растения встречены в популяциях: Aster alpinus - 2,4% (Чубовская Красная горка), Laser trilobum - 1,75 (Серная гора Жигулей); в 2004 г. - Oxytropis spicata - 4,1 (Серноводский шихан); в 2005 г. - Jurinea arach- noidea, J. ewersmannii - 3,1 и 2,4; в 2006 и 2007 гг. - J. ledebourii и J. multiflora - от 2,6 до 3,9% (Высокое Заволжье в пределах Оренбургской области).
В последующие годы в этих популяциях квазисенильные особи не встречены (редко регистрировались только единичные экземпляры), но подробное картирование особей (при изучении пространственной структуры популяций) показало, что большинство из них (около 80% у представителей сем. Fabaceae и Ranunculaceae, около 65% у видов из сем. Asteraceae) продолжили свое существование, перейдя в другие онтогенетические состояния. В основном для модельных экземпляров наблюдался переход из квазисенильного в виргинильное, зрелое и старое генеративные состояния. В первом случае всегда происходило омоложение растений: ранее 87,7% из них относились нами к зрелым, 12,2% - к старым и 1,1% - к молодым генеративным экземплярам (Ильина, 2008).
Многолетние наблюдения за динамикой онтогенетической и виталитетной структур ценопопуляций, общей численностью особей в них при учете и анализе комплексного влияния биотических и абиотических факторов, влияющих на фитоценозы с участием избранных кальцефильных видов, позволили говорить об их пластичности (Ильина, 2007). Оценка качественных и количественных параметров различных режимов эксплуатации территорий (выпас скота, пожары, рекреация), метеорологических условий сезонов исследования показала, что появлению в популяциях модельных растений квазисенильных особей всегда предшествовали интенсивные (ежегодные и даже по 2-3 раза за один вегетационный период) степные палы на участках, используемых в качестве пастбищ.
Без сомнения, квазисенильность служит одним из основных адаптационных механизмов растений к меняющимся условиям эколого-фитоценотической среды, особенно четко проявляющимся в местообитаниях, подверженных хозяйственной эксплуатации. Наличие особей, способных переживать неблагоприятные условия и впоследствии омолаживаться, значительно повышают устойчивость ценопопуляций.
Кроме травянистых многолетников и полукустарничков, к которым принадлежат названные выше виды, определенный интерес представляет изучение биологии и экологии степных кустарников, в первую очередь, принадлежащих к семейству Fabaceae.
Исследованные популяции дрока красильного (Genista tinctoria L.) на Под- вальских оползневых террасах (Шигонский район), горе Копейке (Похвистнев- ский), Зеленой горе (Елховский), Шиланской горе (Красноярский) и в Чубовской луговой степи (Кинельский) имеют соответственно площади около 500, 300, 450 и 800 м . Особи произрастают группами по 10-20 экземпляров, промежутки между скоплениями от 0,5 до 10-12 м. Средняя плотность равна от 2,8 до 4,5 растений на 1 м . Генеративные особи популяций составляют около 65-72%. В онтогенетических спектрах преобладают зрелые генеративные особи, субдоминирующую позицию делят старые генеративные (в этом случае спектр правомодальный одновершинный) и виргинильные растения (спектр дву вершинный).
Дрок произрастает в лугово-степных фитоценозах с высокой долей мезофитов: среди них клевер горный, лабазник шестилепестный, репешок обыкновенный, чистец прямой. Степная флора представлена ковылями перистым и красивейшим, истодом сибирским, вишней степной, васильком сумским. Общее проективное покрытие почвы травостоем - до 70-85 (в Чубовской луговой степи до 90%).
Возникающие степные пожары, как правило, приводят к отмиранию наземных побегов дрока, но сохранившиеся подземные почки возобновления достаточно быстро трогаются в рост. Растения начальных этапов онтогенеза элиминируют полностью. Длительное воздействие огня приводит к гибели большого числа взрослых особей.
Популяции ракитника русского в Каменном и Верховом оврагах (Кинельский p-он) занимают площади более 2200 и 3000 м . В первом случае популяция имеет вытянутый контур в виде прерывающейся ленты (1,5-3 м шириной), расположена в средней части склона с крутизной от 3 до 20°, во втором - большая часть популяции находится на выровненных участках (плато в устье Верхового оврага), меньшая в средней и нижней частях склона. Плотность особей составляет в разных ценопопуляциях от 1-1,5 до 5-6 экземпляров на 1 м . Ядро всех изученных ценопопуляций составляют особи генеративной фракции.
Ракитник зарегистрирован в ковылковых и ковылко- во-солонечниковых сообществах с участием адониса волжского, астрагала волжского, василька русского, ветреницы лесной, оносмы простейшей, эфедры двуколосковой. Общая флора сообществ - 39 видов сосудистых растений. Проективное покрытие почвы травостоем - 60-80%, модельным видом - до 10%. Следует подчеру- нуть, что фитоценозы кустарниковой степи памятника природы «Каменный овраг» были затронуты пожаром весной 2005 года, «Верхового оврага» - в весенние периоды 2005 и 2006 гг. (в основном пострадали заросли на плато и в верхней трети склонов). На момент исследования у особей ракитника поврежденные побеги достигали 60 % от общего числа, а некоторые экземпляры элиминировали (7-10%).
Результаты работы свидетельствуют (Ильина, Сарсенгалиева, 2007), что в сходных условиях при пирогенной нагрузке (даже при совместном произрастании дрока и ракитника) в большей степени повреждаются особи Chamaecytisus ruthenicus.
По свидетельству специалистов региона (устные сообщения) популяции степных кустарников могут в большей или меньшей степени восстановиться лишь через 20-25 лет после пожара. Однако неопровержимых опытных данных для подобного утверждения накоплено еще недостаточно. Дальнейший мониторинг за цено- популяциями степных кустарников позволит получить детальные сведения об их устойчивости и темпах восстановления после пожаров.
Степные пожары оказывают избирательное действие на растительные сообщества, угнетая одни виды и увеличивая роль других. Проведенные исследования позволили установить, что при пожаре в большей степени повреждаются степные кустарники, кустарнички и полукустарнички. У видов этих жизненных форм полностью сгорают или сильно повреждаются надземные одревесневшие части.
Влияние пожаров неоднозначно и в значительной степени зависит от типа растительности (Попов, 2004). Совершенно понятно, что данные, полученные на различных территориях для одних и тех же типов сообществ не всегда сопоставимы.
Если в луговых вариантах степей после пожара обычно сохраняются живыми дернины злаков из родов Stipa и Festuca, то в южных (настоящих и каменистых) степях летние пожары зачастую выжигают их до золы. Внедряемые в сообщества после пожара сорные виды обычно повышают опасность повторного возгорания.
Степные палы могут быть проведены при рациональном использовании степных территорий и восстановлении охраняемых участков, но при строгом соблюдении рекомендаций специалистов. Временной промежуток, площадь пала должны быть регламентированы и четко отслежены.
Таким образом, большинство рекомендаций специалистов Восточной Европы по проведению палов неприменимы для степных участков Самарской и сопредельных областей в связи с разными характеристиками растительного покрова.
Основными приемами тушения пожаров на небольших площадях являются: опашка охваченных пожаром участков тракторными плугами; увлажнение растительности распыленной водой с помощью сельскохозяйственной техники, приспособленной для целей пожаротушения, и пожарных машин; забрасывание землей горящих участков и захлестывания огня метлами; создание прокосов и минерализованных полос перед фронтом распространения огня или опашка очагов пожара. При пожарах, распространившихся на большой площади, и сильном ветре (более 7 м/с) основными приемами тушения являются создание заградительной полосы, с использованием для этого естественных преград (широкие дороги, реки, озера, овраги и т.п.) и пуск встречного огня (Пожарная тактика, 1984). Те же меры следует предпринять при возникновении пожаров на хлебных посевах. По мнению А.В. Попова (2004), хорошей преградой для распространения огня являются грунтовые дороги.
Современное развитие нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, транспортировка нефти усугубляют ситуацию (Ильина и др., 2008). При разливах и возгорании нефти отмечается, что уже через 30 минут на поверхности почвы создается гомотермный слой, достигающий глубины материнской породы, то есть, уничтожающий почву полностью. В подобных случаях восстановление почвенного плодородия и каких-либо биоценозов будет происходить путем первичных сукцессий (начиная с деятельности специфических бактерий). Имеющиеся наблюдения показывают, что для утилизации продуктов сгорания и восстановления пионерного биоценоза может потребоваться до 10 лет.
На основании вышесказанного следует признать обязательной разработку общей системы противопожарного мониторинга для всех природных угодий области. На наш взгляд первоначальным этапом работы должно стать установление влияния пожаров на площадях, занятых естественной лесной и степной растительностью, а также на сельскохозяйственных и рекреационных землях. Следует учесть, что все мероприятия должны осуществляться «без фанатизма», с предварительным учетом характеристик растительного покрова и быстром определении категории сложности возникшего пожара.
В настоящее время нами определяется соотношения позитивных и негативных экологических последствий степных и лесных пожаров; ведется корректировка кадастра охраняемых видов растений на основе составления перечня представителей флоры, страдающих при лесных и степных пожарах; выявляются видовые и популяционные особенности редких представителей флоры региона при действии на них огня и высоких температур; разрабатываются рекомендации по регулярности проведения степных палов на пастбищных угодьях области; проводится оценка эффективности противопожарных мероприятий на территории государственного лесного фонда; определяется сезонная корреляция пожарной опасности с метеорологическими условиями, типом местообитаний и породным составом лесной растительности.
Пожароопасная ситуация, сложившаяся на территории России в 2010 году, в том числе и в Самарской области, выявила самые болезненные и незащищенные места в системе предупреждения и тушения пожаров. По-видимому, последующие годы покажут и несостоятельность мероприятий по восстановлению растительного покрова, которые зачастую проводятся без необходимой экологической экспертизы. Для правильной оценки последствий воздействия пирогенного фактора и последующих корректных рекомендаций по восстановлению растительного покрова и животного мира необходимо проведение дополнительных исследований.
Источник: справка-01.su
Статьи по теме
Экологический мониторинг. Государственный экологический мониторинг
Опубликовано: 25 октября, 2017
Экологический мониторинг. Государственный экологический мониторинг
Опубликовано: 25 октября, 2017Государственный экологический мониторинг, он же мониторинг экологической среды, содержит совокупность мер, направленных на контроль, наблюдение за окружающей средой и прогнозирование преобразований внутри экологических систем природы...
Для того, чтобы добавить комментарий, авторизуйтесь.