Вопрос 18

1.1 Классификация лесных пожаров и их экологическая роль  Лесной пожар - это горение, стихийно распространяющееся по лесной территории .  В зависимости от сгорающих материалов различают три основных вида лесных пожаров: низовые, верховые и почвенные или подземные . Наиболее распространенные низовые пожары. При низовых пожарах гибнут нижние наземные ярусы фитоценоза, живой напочвенный покров, подрост и подлесок. Различают беглые и устойчивые низовые пожары. К беглым относят пожары с быстро продвигающейся кромкой (скорость распространения более 0,5м/мин), когда сгорает лишь напочвенный покров, опад, подрост и хвойный подлесок. При устойчивом пожаре на участке длительное время продолжают гореть подстилка, валежник, гнилые пни. Участок при этом сильно дымит.  К верховым относятся пожары, при которых наряду с нижними ярусами растительности сгорает полог древостоя. Эти пожары возникают из низовых, как дальнейшая стадия его развития, причем низовой огонь является составной частью верхового пожара. При верховом пожаре древостой гибнет полностью.  Среди почвенных пожаров различают два вида: подстилочные и торфяные. Это деление обосновано особенностями горючих материалов: в одном случае горит подстилка, а в другом - слой торфа, причем его горение беспламенное.  Пожары неодинаковы по своей повторяемости интенсивности и развитию. Эти характеристики в первую очередь определяются климатическими условиями, аккумуляцией горючих материалов и их способностью к загоранию, почвами и особенностями рельефа местности.  Интенсивность и сила пожара описывают его поведение и последствия. Интенсивность - это физическая характеристика поведения пожара, определяемая как количество тепла, выделяющегося с единицы длины кромки фронта в единицу времени .  Сила пожара, в широком смысле, определяется как степень изменения экосистемы, под воздействием пожара. Сила пожара может быть определена через количество древесного отпада , теплоту, проникающую в почву при пожаре , количество поглощенной огнем биомассы или через сочетание перечисленных последствий .  Отклик экосистем на воздействие пожаров проявляется по-разному и зависит от вида и интенсивности пожара, климатических особенностей региона, строения древостоя, структуры нижних ярусов растительности и других факторов.  Пожары всегда были естественными и крайне важным фактором окружающей среды. Как экологический процесс, пожары оказывают влияние на динамику растительности и ее продуктивность , животные популяции , минеральный и углеродный циклы , почвенные биологические процессы . Результатом подобных воздействий стало преобразование бореальных лесов из стока углерода в его источник .  Установлено, что в результате пожаров любой интенсивности в каждом природно-территориальном комплексе (ПТК) прослеживается следующая цепь взаимосвязанных и взаимообусловленных явлений. Полное уничтожение огнем подстилки, живого напочвенного покрова, подлеска, подроста и древесного яруса обуславливает резкое повышение освещенности поверхности почвы, увеличивает проникновение осадков на ее поверхность и их интенсивность, изменяет температурный режим почвы и влажность приземного слоя воздуха , интенсифицирует процесс инфильтрации солей и мелких частиц, изменяет направленность почвообразовательного процесса, перераспределяет поверхностный и внутрипочвенный стоки, изменяет уровень грунтовых вод и их трофность, перераспределяет элементы минерального питания между различными ПТК .  Таким образом, средопреобразующая роль пожаров в лесных биогеоценозах, обуславливающая изменение экологических режимов и особенности послепожарного лесообразовательного процесса, неоднозначна и зависит как от характеристик пожара и их повторяемости, так и от исходного типа леса. 1.2 Влияние пожаров на почвенный компонент лесного биогеоценоза  Почва, как главный компонент биогеоценоза, наиболее чувствителен к воздействию пожаров. Помимо прямого (пиролиз) пожары оказывают огромное косвенное влияние на лесные биогеоценозы. Они коренным образом меняют эдафические условия, а значит, микробиологические и биохимические процессы в почвах.  Воздействие пожаров на почву идет несколькими путями. Это - непосредственное воздействие высоких температур на твердую фазу почв, единовременное поступление на поверхность почвы значительного количества золы, образовавшейся при минерализации подстилки и других горючих материалов, изменение структуры и качества органического вещества и смена одних растительных сообществ другими .  Можно отметить, что в результате пожаров существенно изменяются физико-химические свойства, механический состав, водно-воздушный и гидротермический режим почв, что оказывает непосредственное влияние на биологические свойства почв .  Большую роль в развитии низовых пожаров, по статистке составляющих до 90% от общего числа пожаров, и их влиянии на почву имеет лесная подстилка, которая является основным видом горючего материала и максимально приближена к минеральным горизонтам. Если подстилка имеет большую мощность, что часто наблюдается в хвойных лесах, то при пожаре сгорает лишь ее верхний сухой слой, а нижний, как более влажный, - сохраняется. Поэтому при такой ситуации прямой эффект воздействия пожара на почву незначителен. Полностью же подстилка может быть уничтожена огнем только при сильной засухе или при многократном повторении пожаров в течение нескольких лет. При сильном воздействии огня и полном сгорании подстилки происходит также трансформация верхних органно-минеральных и минеральных горизонтов почв, которые обнажаются, что способствует развитию эрозии . 1.3 Влияние пожаров на почвенные микробоценозы  Почвенные микробоценозы представлены многочисленными группами микроорганизмов, связанных сложными трофическими взаимоотношениями. Изучение структуры и численности эколого-трофических групп микроорганизмов, их разнообразия, биохимической активности почвы позволяет судить о степени выгорания органогенного горизонта, послепожарных изменений лесорастительных свойств почв, изменений трофических условий почвенного ценоза.  Одним из основных почвенных компонентов, реагирующих на пирогенное воздействие, являются микробоценозы, что проявляется в изменении структуры и функциональной активности . Так, на гарях 4- и 16-летней давности абсолютное содержание всех эколого-трофических групп микроорганизмов в 1,5-3,0 раза выше, чем в контроле и в 3-7 раз, чем на однолетней гари .  Огонь может влиять на почвенные микробные популяции и видовой состав в зависимости от интенсивности пожара, максимальных температур, от типа почвы и увлажнения, продолжительности огневого воздействия и глубины прогорания, от до и послепожарного состава растительного яруса и климатических условий. Количество горючих материалов, месторасположение участка, его возвышенность и до и послепожарные погодные условия также важны, так как они могут влиять на поведение огня и дальнейшее восстановление. Низкоинтенсивные, с быстропродвигающейся кромкой огня пожары не оказывают сильного влияния на почвенные микробные популяции. Высокоинтенсивные пожары могут стать причиной значительных изменений в микробных популяций почв.  Влияние прогревания среды на микроорганизмы многосторонне, особенно в такой гетерогенной среде как почва. Обычно, при прогревании почвы количество микроорганизмов в ней в первое время уменьшается. Несмотря на то, что при низовых лесных пожарах температура поверхности подстилки колеблется в пределах от 930 до 7200С, температура верхнего трех-четырех сантиметрового слоя почвы не превышает 50-800С. Незначительные различия в популяции почвенных микроорганизмов до и сразу после прогревания могут быть объяснены относительно низкими температурами почвы .

Температура свыше 1270С стерилизует почву, а воздействие 700С убивает неспорообразующие грибы, и некоторые бактерии, но практически не влияет на спорообразующие  Пожары средней и низкой интенсивности убивают неспорообразующие грибы, простейших, актиномицетов и некоторые бактерии, но практически не влияют на спорообразующие бактерии и грибы (Bacillus spp., Clostridium spp.). Несмотря на то, что общее количество бактерий в почве сразу после пожаров средней и низкой интенсивности обычно уменьшается, тем не менее, через некоторое время их количество увеличивается благодаря быстрому росту. Очевидно, это связано с внезапным увеличением количества минеральных питательных веществ, которые постепенно вымываются в более глубокие слои, увеличения рН почвы и прочих химических изменений, связанных с горением. Повторный засев может произойти очень быстро после пожара за счет принесенных ветром спор и прочих остатков и за счет вторжения из подпочвенных слоев. Большое значение при этом имеет влага: увлажнение почвы и выпадение дождей после пожара оказывает благоприятное действие на повторный засев и увеличение популяций микроорганизмов .  При пожарах высокой интенсивности наблюдается снижение микробиологической деятельности, а при средней и низкой интенсивности огня жизнедеятельность микроорганизмов усиливается . После обжига отмечается смещение зоны действия микроорганизмов в нижележащие слои почвы. По истечению двух-трех лет после пожаров низкой и средней интенсивности разница между обожженной и необожженной почвой сглаживается .  Прогрев почвы по глубине является основным фактором воздействия огня на свойства почв и микрофлору. Степень нагревания почвы часто определяет послепожарную растительность, влияет на водопроницаемость почвы и образование эрозии. Температура на поверхности почвы при пожаре может превышать 900оС, доходить до 1500оС при высокоинтенсивных пожарах, а температура в 200-300оС является обычной при горении . Основная доля тепла при горении уносится нагретыми газами в атмосферу, а рассеивание энергии теплопроводностью составляет небольшую долю от всего расхода тепла. По некоторым оценкам рассеивание тепла низовых пожаров в окружающую среду в среднем составляет: излучение в стороны - 18-20%, по некоторым данным - 25%, конвекцией и излучением вверх - 70-80%, теплопроводностью в почву - 3-5% .  Следовательно, действие пирогенного фактора распространяется до глубины 10 см, где микроорганизмы гибнут при высокой интенсивности огня .  Дополнительным буфером, предохраняющим почву от действия высоких температур, служит лесная подстилка, имея высокое влагосодержание, она плохо горит и снижает термическое воздействие на почву. При пожаре сгорает только часть подстилки, почва и нижняя часть подстилки при этом, как правило, остаются влажными. В такой ситуации прямой эффект на почву незначителен.  Таким образом, резкое подавление микробиологической деятельности в почве наблюдается лишь при очень сильных пожарах, когда подстилка выгорает полностью . Но и в этих случаях снижение активности микроорганизмов бывает временным. Влияние пожара на микробные комплексы почв может быть опосредованным. На скорость восстановления микробоценозов почв после пожаров влияет удаление или сокращение источников органики, изменение качественного состава органических субстратов, физико-химических и гидротермических свойств почв

Вторая версия 18-го вопроса: 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. ... 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».  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. Как мы уже знаем, в лесу подстилка препятствует прорастанию семян. 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. Масштабы этого процесса достаточно велики. ... При сгорании растительной массы ... Часть питательных веществ переходит в газообразную форму и улетучивается в воздух. Особенно ощутительна 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...  Однако не следует слишком преувеличивать это отрицательное последствие пожара...  Выгорание леса, с одной стороны, обедняет почву, а с другой- обогащает ее. И происходит это по очень простой причине. 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). Словом, питательный фон на пожарище весьма благоприятный, в почве много азота. И это очень важное обстоятельство. Оно 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.

19 вопрос!!! Верховой пожар - катастрофа для леса. В огне гибнет все живое, что находится над почвой и в ее верхнем слое. Но все же лес не исчезает безвозвратно и навсегда. Рано или поздно лесная растительность вновь возвращается на свое прежнее место. Процесс восстановления леса на пожарище, как правило, протекает успешно. Только продолжается он не один год и даже не один десяток лет, а значительно дольше.  Как же заселяется пожарище растениями? Как формируется здесь растительный покров? Как происходит восстановление леса?  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. Дело в том, что при пожаре 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.  Однако многие растения пожарищ - все же пришельцы. Они попали сюда со стороны, иногда издалека. Это касается прежде всего некоторых мхов. (Мое примечание: видимо, в Израиле мхи будут расти только зимой при условии дождей.)  Также заносятся со стороны и некоторые цветковые растения, семена которых распространяет ветер. 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. Они поселяются раньше всех, быстро захватывают освободившуюся площадь и сильно разрастаются. Эти растения нам уже знакомы - некоторые мхи, иван-чай. Однако их господство непродолжительно. Проходит 3-5 лет, и они постепенно уступают свои позиции, а затем и вовсе исчезают.  Как мы уже знаем, в почве гарей идет бурный процесс разложения органических остатков и почвенный слой очень богат нитратами. Это и служит основной причиной пышного разрастания иван-чая. Но с течением времени процесс разложения органики затухает, нитратов в почве становится все меньше и меньше. Постепенно исчезает и иван-чай, уступая место другим растениям.  В первые годы на пожарищах сильно разрастается и другое 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, как мы уже говорили, 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, лиственницы, сосны, осины. Однако всходы ели, напротив, развиваются плохо. Ель страдает от поздних весенних заморозков, которые особенно часты и сильны на обширных открытых пространствах, подобных гарям. Поэтому на гарях в первые годы поселяется подрост не всех деревьев, а только более выносливых.  Чаще всего мы видим здесь обильный подрост березы, лиственницы или сосны. Причем в разных условиях преобладают различные древесные породы. Сосна, например, успешно заселяет пожарища в основном на бедных песчаных и супесчаных почвах. Береза же очень неприхотлива и поселяется почти всюду, за исключением особенно сухих и крайне бедных почв.  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, на месте ельника - осинник 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 данной местности. Он во многом определяет ход восстановления растительности. Важно и то, каков был исходный тип леса, который подвергся действию пожара.

случаев составляет 30–50 см. Однако нередко передний клин не выражен – передняя поверхность бугра примыкает к стенке западины. Форма вертикальной проекции дна западины зависит от соотношения глубины расположения стержневого корня и якорных корней. Она может быть как округлой (чашевидной), так и почти прямоугольной; последняя чаще встречается у деревьев порослевого происхождения, у которых отсутствует стержневой корень.  У дуба черешчатого встречаются как провернутые, так и непровернутые ВПК. Вне зависимости от типа ВПК, задняя стенка бугра обычно имеет выпуклую форму; соответственно, форма западины стремится к чашевидной. Дуб способен формировать ВПК с западинами глубиной до 1,5–2 м. Однако в насаждениях дуба, пораженных грибными заболеваниями, часто происходит падение деревьев с практически полностью отмершей корневой системой. Тогда ветровал дубов не сопровождается сколь-либо существенными педотурбациями: бугор и западина не формируются, происходит лишь разрыхление почвы на участке диаметром 50–100 см.  Для берез (Betula pendula, B. pubescens) характерны провернутые ВПК с небольшим передним клином западины (рис. 43, 44). Относительно равномерное по глубине развитие корней часто приводит к формированию западины почти прямоугольной (в вертикальной проекции) формы.  Осина обычно формирует мощные ВПК как провернутого, так и непровернутого типа. По нашим наблюдениям, преобладают провернутые ВПК осины. Густая корневая система осины обеспечивает захват почвы с большой глубины, в результате при падении взрослых деревьев образуются ВПК с глубиной западин до 1,5 м; западина обычно имеет округлую (в вертикальной проекции) форму, но встречаются и почти прямоугольные западины. При ветровале большинство окончаний корней осины обычно не обрывается, а выдергивается из почвы, в результате (в вертикальной проекции) от дна западины вниз отходит множество некрупных «языков».  Сосна обыкновенная формирует ВПК с максимальной средней глубиной (1,5–2 м). Поскольку у сосны обычно хорошо развиты как мощный стержневой корень, так и якорные корни, задняя поверхность бугра получается выпуклой, а западина имеет в целом чашевидную форму. Однако при формировании ВПК на рыхлых песчаных почвах форма перефирических участков западины может значительно меняться за очень короткий срок после падения дерева. Некоторая морфологическая «нечеткость» границ западины может усиливаться за счет того, что при выдергивании из почвы якорных корней происходит множество локальных быстрых педотурбаций. Стержневой корень сосны также чаще выдергивается, чем обрывается, в результате в почве может образоваться «корневой ход» диаметром до первых десятков сантиметров и глубиной до 2–3 метров.  У нас нет количественных данных, позволяющих достоверно характеризовать параметры ВПК двух других видов – доминантов светлохвойных лесов, сосны сибирской (Pinus sibirica) и лиственницы сибирской (Larix sibirica). В целом, форма ВПК сосны сибирской (рис. 45) сходна с таковой у сосны обыкновенной, отличаясь большими размерами (обычным является диаметр западины 3–4 м, встречаются западины диаметром до 7 и более метров). Лиственница сибирская также образует большие по площади ВПК (рис. 46), однако глубина их западин обычно меньше, чем у сосен.

Лучше всего растут всходы березы, лиственницы, сосны, осины. Однако всходы ели, напротив, развиваются плохо. Ель страдает от поздних весенних заморозков, которые особенно часты и сильны на обширных открытых пространствах, подобных гарям. Поэтому на гарях в первые годы поселяется подрост не всех деревьев, а только более выносливых.  Чаще всего мы видим здесь обильный подрост березы, лиственницы или сосны. Причем в разных условиях преобладают различные древесные породы. Сосна, например, успешно заселяет пожарища в основном на бедных песчаных и супесчаных почвах. Береза же очень неприхотлива и поселяется почти всюду, за исключением особенно сухих и крайне бедных почв.  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, на месте ельника - осинник 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 данной местности. Он во многом определяет ход восстановления растительности. Важно и то, каков был исходный тип леса, который подвергся действию пожара.