Влияние пирогенного фактора на экосистемы

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Введение

пожар пирогенный степной лесной

Природный пожар - техногенное явление, которое оказывает интенсивное воздействие на природу, нарушающее естественное равновесие между отдельными компонентами биогеоценоза, влияющее на биоразнообразие, поведение животных, тип растительности, свойства и динамику почвы, на стадии и особенности прохождения сукцессионных явлений. Возможность прогнозирования развития пожароопасной ситуации, влияния ее на окружающую среду и своевременное принятие решений, направленных на снижение опасности от возникновения и развития пожара, во многом зависит от информативности о наиболее вероятных стихийных бедствиях, авариях, технологических катастрофах; данных о пожаро - и взрывоопасности объекта и его элементов; окружающей среде, особенно лесах и населенных пунктах, метеорологических условиях; рельефе местности; наличии различных преград, водоисточников и другого. Пожары являются самыми распространенными чрезвычайными событиями в современном индустриальном обществе. Экологическая опасность пожаров прямо обусловлена изменением химического состава, температуры воздуха, воды и почвы, а косвенно и других параметров окружающей среды. Наряду с токсичными и вредными продуктами горения загрязнение окружающей среды может быть вызвано и огнетушащими веществами, используемыми в пожаротушении.

Цель курсовой работы состоит в изучении пожаров, их воздействия на экосистемы и их компоненты.

В соответствии с целью решались следующие задачи:

1) Изучение понятия природных пожаров и их основных характеристик ;

2) Изучение влияние лесных и степных пожаров на растительный покров;

3) Изучение влияние пирогенного фактора на животный мир;

4) Изучение влияние пирогенного фактора на свойства и состав почвы;

1. Природа пожаров

Природный (ландшафтный) пожар - это процесс горения, который не поддаётся контролю, возникает стихийно и распространяется в окружающей среде. Изредка такое явление возникает вследствие удара молнией, падения метеорита или извержения вулкана, но основная причина - действия человека. Из-за умышленного поджога или неосторожного обращения с огнём и происходят природные пожары. Определение этого явления различает лесные, степные и торфяные пожары.

Существуют различные виды характеристик природных пожаров, такие как - скорость распространения лесных пожаров, температура и высота пламени, скорость сгорания, ширина кромки пожара. Кромка пожара - это полоса, охваченная одновременным горением, которая расширяется, когда идёт проникновение вглубь и задерживается на этом месте. Скорость сгорания в пламенной стадии всегда выше чем в беспламенной. Скорость распространения - это расстояние проходимое пожаром в единицу времени. [14]

Скорость распространения зависит от типа леса и строения его основного компонента (древостой, наличие или отсутствие захламленности, почвенно?топографические условия). Эти же условия определяют температуру и высоту пламени. Определив скорость, температуру и высоту горения разрабатывают план действий направленных на ликвидацию пожара. [13]

1.1 Природа лесных пожаров

Лесные пожары возникают при наличии горючих материалов, условий, способствующих загоранию этих материалов, источника огня. Они начинаются обычно с момента загорания опада, живого напочвенного покрова, лесной подстилки и других горючих материалов. Под влиянием климатических (засухи) и лесорастительных особенностей в весенний и осенний периоды возникает больше пожаров, чем в летний. Ветер способствует распространению огня. Источники пожаров бывают природными (молнии, самовозгорание) и антропогенными (искры, непотушенный костёр, осколки стёкол в виде линз, взрывы). На 10 километровую зону вокруг жилых массивов приходится большинство пожаров. В слабо заселённых местностях (Архангельская область, Коми, Сибирь, Дальний Восток) 50% пожаров возникают из?за молний. Обочины дороги, зоны авиабаз ? это коридоры повышенной опасности. [14]

Во влажных тропических лесах, где происходит равномерное выпадение осадков, опасность возникновения пожара меньше. По мере удаления от тропиков периоды без дождей выражены чётче.

Периодичность пожаров в том или ином регионе связана с типом леса, с филогеническими и фитоценотическими изменениями леса во времени, с деятельностью человека, с изменениями погоды. [4]

Пожароопасный сезон в лесу устанавливается с того момента, как исчезает снежный покров и лесные горючие материалы высыхают до состояния загораемости. Основное число пожаров в нашей стране происходит с апреля по сентябрь ? октябрь.

1.2 Классификация лесных пожаров

Различают низовые, верховые и подземные пожары.

Низовые пожары ? это горение сухого надпочвенного покрова состоящего из мхов, лишайников, вереска, черники, кустарников, подстилки. При этом повреждаются подрост, подлесок, нижняя часть стволов и корни. Высота пламени до 2 ? 2,5 м. Температура горения 700°С, а иногда и больше. Скорость горения зависит от ветра, влажности и количества горючих материалов ? чаще 1 км/ч, реже 3 ? 5 км/ч. Бывают беглые пожары и устойчивые (медленные).

Верховые пожары распространяются по кронам и стволам растущих деревьев. Сгорают хвоя, листья, ветки и вся кровля. Скорость горения составляет 5 ? 25 км/ч. Температура ? 900 ? 1200°С. Вперёд летят искры, головни, слышен шум. Пожары бывают ураганные и повальные (устойчивые). Повальные пожары идут с V = 5 км/ч и уничтожают насаждения целиком. Горят одновременно деревья, подросток, подлесок и напочвенный покров. Вал огня по кронам идёт впереди наземного огня. Ураганные пожары идут с V = 7 ? 30 км/ч. Верховые пожары ? это завершающая стадия пожара. Контур пожара яйцевидно?вытянутый.

Подземные (торфяные или почвенные) пожары. Горит торфяной или перегнойный слой. Огонь распространяется внутри слоя на глубину до минерального или водного слоя. Изредка на поверхность вырываются языки пламени и дым. Скорость до 1 км/сутки. Если горит до 30 см сверху, то пожар подстилочный, а ниже ? торфяной. Контур пожара яйцевидный. [12]

Наиболее пожароопасны сосновые леса, потом лиственничные, пихтовые и еловые (медленное снеготаяние под мощным покровом), затем смешанные и, наконец, лиственные. Среди сосновых лесов самые горючие лишайниковые и вересковые боры, затем брусничные, далее кисличные и черничные и, наконец, травяные и сфагновые (болото). Среди еловых наиболее горючие леса с брусничником, далее с черничником и затем травяно?сфагновые. При классификации подсчитывают число конкретных типов и их площадь соотнесенную к общей площади. [14]

1.3 География лесных пожаров

Лесные пожары, как и леса, ? явление географическое. Так, все тропические леса расположены в зонах высоких температур, а бореальные ? в областях с вполне умеренным климатом. Тем не менее, первые находятся в зоне высокой влажности, и крупные пожары здесь (например, в Бразилии) имеют антропогенный генезис, тогда как зоны саванн, субтропические зоны и бореальные леса достаточно часто подвержены воздействию естественных факторов (например, молний). Для зон бореальных лесов в засушливые периоды характерно возникновение подземных и в первую очередь торфяных пожаров. Существенное влияние оказывают и города, многочисленное население которых отдыхает в зоне прилегающего леса, не соблюдает элементарные противопожарные требования, что часто приводит к пожарам абсолютно антропогенного происхождения.

Различают степень опасности возникновения пожаров и их развития в различных регионах по следующим параметрам:

1. сезонность горимости лесов, т.е. неодинаковые сроки наступления и окончания пожарных сезонов;

2. различия горимости лесов в связи с неодинаковой плотностью населения и характером его деятельности;

3. географическое различие самих лесов;

4. особенности послепожарных изменений в лесах разных регионов.

"Зимние" пожары (в засушливый период) наблюдаются в Австралии, Индии, Африке с конца декабря до середины марта. [14]

В пределах сезона выделяют пожароопасные и не пожароопасные периоды. Так, разрастание трав в конце весны сдерживает появление и распространение пожаров, а отмирание их в начале осени восстанавливает горимость участков.

Причина возникновения пожаров в зимний период заключается в том, что и низкие температуры воздуха могут сопровождаться низкой относительной влажностью воздуха и высыханием горючих материалов. Поэтому при отсутствии снежного покрова возможны загорания. [14]

Пожароопасные пояса:

1 ? северная граница на широте Киева (мартовские и апрельские пожары);

2 ? от 50° до 56° с.ш. (апрельские пожары);

3 ? подзона тайги до 59° с.ш. (майские пожары);

4 ? средняя и северная тайга севернее 59° (майско ? июньские пожары). [14]

Пожары в течение суток возникают чаще всего после полудня, особенно в солнечные дни, когда воспламеняемость горючих материалов наиболее высокая. Днём воздух более тёплый и сухой, соответственно и меньше влажность горючих материалов. [12]

1.4 Горение лесных материалов

При лесных пожарах в основном горят клетчатка и лигнин, составляющие стенки клеток растений, а также смолы и эфирные масла. В результате нагрева горючего материала (древесины) до 100 ? 150°С ускоряется испарение воды, а при дальнейшем повышении температуры начинается процесс его разложения. При этом выделяются летучие вещества, которые, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь и легко воспламеняются. Чем быстрее происходит подогрев, тем выше концентрация газов и при достижении порога происходит воспламенение. Хвоя вспыхивает при 200°С. Но при замедлении подогрева температура воспламенения может повыситься до 400°С. Если подогрев ещё больше замедлить, то хвоя обуглится, но не загорится. Минимальная температура пламени при горении ? 500°С.

Стадии горения древесины :

1) 0 ? 100°С ? процесс нагревания древесины за счет горения соседних объектов;

2) 100 ? 150°С ? испарение влаги (свободной, капиллярной, абсорбированной);

3) 150 ? 300°С ? нарастающий процесс разложения древесины, с выделением газов, начало обугливания;

4) 300 ? 500°С ? постепенное замедление процесса разложения в обугленных частицах;

5) 500 ? 1000°С ? горение углей с выделением СО и СО2. [14]

Существуют 2 типа горения: пламенное и беспламенное. Пламенное ? это горение продуктов пиролиза древесины и твёрдой фазы (угля). Оба типа взаимозаменяемы. Если высота пламени не менее 2?кратного диаметра (толщины) горящей частицы, то горение пламенное, а если меньше ? беспламенное.

Распространение горения по территории происходит при условии взаимного соприкосновения горючих материалов или при минимальном расстоянии между ними, т.е. при наличии сплошного ковра из горючих материалов с достаточно рыхлым их расположением. Горение может распространяться внутрь при достаточном нагреве внутренних слоёв и их горючести. [12]

Мелкий опад и живой напочвенный покров, а также живая хвоя деревьев и мелкие сучья горят низким пламенем. При проникновении горения во внутренние слои горючих материалов (лесной подстилки, торфа, внутренних частей валежника, стволов, пней) обычно наблюдается беспламенное горение. [14]

По роли в пожаре выделяют :

проводники горения ? мхи, лишайники с мелким опадом, лесная подстилка, торф, валежник, пни, горящие отдельные стволы деревьев;

поддерживающие горение ? травы, кустарнички, самосев древесных пород, подрост, подлесок, хвоя, охвоенные ветки и мелкие сучья полога древостоя;

задерживающие распространение горения ? некоторые кустарнички и травы (люпин многолетний, бадан, сахалинская гречиха), кустарники (серая ольха, спирея) и лиственные деревья (липа, осина, тополь).

Лесные горючие материалы разнообразны по характеру реакции на изменение погоды и по горимости, поэтому по?разному в них возникает и распространяется пожар.

Группы лесных горючих материалов :

Группа 1 ? горючий первичный материал. Он существенно зависит от погоды. Лишайники рода кладония очень быстро теряют влагу, медленнее высыхают мхи, ещё медленнее ? подстилка, гнилые пни и валежник. Загорание происходит при влагосодержании 25 ? 40%. Эти материалы активные проводники горения. Влажность опада из хвои, сосняка верескового и мшистого в момент появления загораемости составляет 14 ? 15% веса, зелёной верхней части мхов ? 30%, сосняка мшистого ? 21 ? 28%, а в нижней части ? 42 ? 52%. Лишайники горят при влажности 16%. Опад из хвои ускоряет горение мхов.

Группа 2 ? черника, брусника, вереск, багульник и др. Имеют устойчивую влажность и самостоятельно гореть не могут. Необходимо наличие под ними материала 1?й группы. Наиболее пожароопасны багульник и вереск.

Группа 3 ? подрост и вереск. Имеют сравнительно высокую влажность, лиственная часть сдерживает горение, а хвойная поддерживает. Их влажность почти не зависит от состояния погоды, так как она постоянна. Они способствуют образованию рыхлой структуры мелкого опада, поэтому опад быстро высыхает и интенсивно горит.

Группа 4 ? лесная подстилка и торф. Имеют влажность от 6 до 250% на свежих почвах и до 650% на торфяниках. Характерно медленное высыхание, поэтому их возгорание чаще во 2?й половине лета и осенью. Пожары на торфяниках могут не прекращаться даже зимой. Костры на торфяниках крайне опасны и недопустимы.

Группа 5 ? валежник, гнилые пни и др. Влажность меняется широко, но медленно, поэтому скрытые очаги могут сохраняться долго.

Группа 6 ? хвоя, охвоенные ветки и сучья. Устойчивая и высокая влажность. Воспламеняются только при горении других материалов. В древостоях из лиственных пород пожары, как правило, прекращаются. Поэтому стремятся специально выращивать высоковлажную растительность (толокнянку, кошачью лапку, бессмертник) для борьбы с пожарами. А гигантская трава ? сахалинская гречиха не горит даже если её облить керосином. Присутствие черники в брусничных лесах ослабляет силу пожаров. [14]

2. Влияние пирогенного фактора на растительный покров

Одним из важнейших экологических факторов, воздействующих на растительный покров лесостепной зоны, наряду с температурным режимом, освещенностью, увлажнением и эдафическими условиями, является огонь. Пожары, повторяющиеся неоднократно на определенной территории, в современном природопользовании оцениваются как экзогенный локально?катастрофический фактор, ведущий к трансформации природных экосистем. Пожары возникают как по естественным причинам (обычно после удара молнии), так и по вине человека. В последнем случае причиной пожара могут являться как случайность, так и преднамеренный поджог.

Для начала следует отметить, что развитие пожара зависит от рельефа местности, типа и состояния растительности, силы и направления ветра, массы накопленного сухого горючего материала (лесной подстилки, степного войлока). При высохшем естественном травостое и безветрии пожары распространяются со скоростью, достигающей 15?18 м/мин. [20]

В случае нахождения в естественной среде скоплений горючих материалов (стогов соломы, сена, штабелей древесины, а также при ее техногенном загрязнении вследствие разлива нефти или продуктов ее переработки) длительность огневого воздействия и его температура возрастает в несколько раз или даже на порядки. [14]

Огонь воздействует на растения непосредственно, повреждая или уничтожая их, и косвенно ? изменяя условия местообитания.

В процессе эволюции некоторые виды растений засушливых зон Земли выработали особые приспособления к защите от действия огня. Их называют пирофитами. У семян таких растений твердая и прочная кожура, защищающая зародыш от воздействия огня. Пирофиты после пожара способны быстро восстанавливаться, наращивать фитомассу, цвести и плодоносить. Некоторые деревья также имеют стойкие к огню семена.

Большое значение для растений в экстремальных условиях пожара имеет мощность покровных тканей. Так, у осины, ольхи, орешника довольно тонкая корка, поэтому они сильно повреждаются огнем. У дуба и сосны более толстая корка, эти виды обладают большей устойчивостью при пожаре. Восстановительная способность растений после повреждения огнем зависит от наличия у них погруженных спящих почек, особенно на корнях. В случае уничтожения огнем только надземных органов, из спящих почек на корневых системах появляются новые побеги. [12]

Установлено, что пожары всегда ведут к снижению фиторазнообразия. Происходит уничтожение надземных и подземных частей растений, что обусловливает отмирание как молодых, так и сформировавшихся взрослых особей. Сгорание цветков и плодов уменьшает реальную семенную продуктивность растений, банк семян в почве и число появившихся из них впоследствии проростков.

2.1 Влияние лесных пожаров на растительный покров

Изучением лесных пожаров, способов борьбы с ними, разработкой мер по профилактике горения леса занимаются специалисты лесного хозяйства и противопожарной службы МЧС (Гришин, 1956; Мелехов, 1978; Повзики др., 1990).

Основополагающие работы природоведческого характера относятся в основном к середине прошлого столетия (Алехин, 1938, 1951; Лавренко, 1940; Воронов, 1973). В последние десятилетия исследований обобщающего плана в этом направлении практически не имеется. Таким образом, последствия пожаров в природе изучены далеко не в полном объеме, а у авторов, оценивающих воздействие огня на различные экосистемы, имеются существенные разногласия по ряду вопросов. Кроме того, работы экологического плана и данные о пожарах специалистов МЧС практически не согласованы друг с другом. [28]

Лесным пожаром называется любое неуправляемое горение растительности, распространяющееся по лесной территории. В литературе (Воронов, 1973; Гришин, 1992) приводится следующая классификация лесных пожаров: подземные, низовые (подстилочно?гумусовые, надпочвенные подлесно?кустарниковые) и верховые (вершинные, повальные, ствольные). [4]

При подземных пожарах горят залежи торфа или других органических веществ, скапливающихся в верхних слоях почвы. Эти пожары очень длительны и наблюдаются на торфяных болотах (в сухое время года), в понижениях с густой травянистой растительностью, по окраинам водоемов, на участках рудеральной растительности с большим количеством органических веществ в почве. При подземных пожарах создается большое количество отдельных очагов горения, ликвидировать которые очень трудно.

При втором типе пожаров ? низовом ? сгорают растения, образующие нижние ярусы леса (кустарниковый, травяной и моховой покров). При этом деревья и отчасти высокие кустарники обычно не успевают загореться и остаются на месте пожарища почти неповрежденными. Однако деревья с поверхностно расположенной корневой системой могут пострадать в результате действия высоких температур на почвенные горизонты. В травяных и травяно?кустарниковых фитоценозах пожары всегда низовые, в лесах же они не переходят на кроны только при сильном ветре и высокой влажности надземных органов деревьев. Низовые пожары могут быть беглыми и устойчивыми. Беглые пожары распространяются с большой скоростью и чаще наблюдаются весной после высыхания почвенного слоя. Горение продолжается короткое время, при этом обугливаются покровные ткани деревьев, защищая живые ткани коры и древесины. При устойчивом пожаре длительность горения выше, в этом случае кроме напочвенного покрова сгорает лесная подстилка, старые пни, валежник. Живые деревья поражаются в более значительной степени, их стволы обугливаются на большую высоту. [28]

В засушливый летний период создаются условия для развития третьего типа пожара ? верхового. Верховой пожар охватывает весь лес от поверхности почвы до верхушек крон деревьев или проходит только по деревьям, а подлесок, травостой и моховой ярусы, а также плоды и семена, находящиеся на поверхности и в верхнем горизонте почвы, могут избежать влияния огня. Верховой пожар бывает в тех случаях, когда надпочвенный покров сильно увлажнен, а деревья довольно сухи, валежника мало и ветер силен. Верховой пожар возникает только в фитоценозах, образованных деревьями. Они также подразделяются на беглые и устойчивые.

Беглые верховые пожары наблюдаются только при сильном ветре. Огонь распространяется по древесному пологу скачками со скоростью 15?25 км в час. При устойчивых верховых пожарах огонь распространяется вместе с границами низового пожара, после такого пожара лес сгорает полностью, остаются лишь обугленные остатки стволов наиболее крупных деревьев. [28]

Высокой степенью природной пожарной опасности обладают хвойные леса, особенно молодые посадки. Сосновые леса очень пожароопасны ввиду сухости местности, ажурности полога леса и невысокой влажности подстилки. В хвойных лесах частота возникновения пожаров связана в первую очередь с влажностью хвои по сезонам: весной и осенью низкая, во второй половине лета ? высокая. Меньшим является риск пожаров в широколиственных лесах, которые преобладают в северных и восточных районах области, лежащих в зоне лесостепи.

В дубравах интенсивность пожаров обычно невелика, т.к. дуб имеет глубокую корневую систему, опад быстро разлагается, не формируя мощной листовой подстилки. Малой степенью пожароопасности характеризуются мелколиственные древостои, слагаемые березой, ольхой и осиной. Вероятность пожаров в лиственных лесах выше весной и осенью в связи с малым развитием травянистого яруса и обилием опавшей листвы. [4]

Огонь в лесу выполняет двоякую функцию, он является и разрушителем и созидателем. В лесной зоне формирование растительного покрова в некоторой степени связано с влиянием пожаров. Уничтожая моховый и травяной покров, выжигая подстилку и гумус, огонь создает благоприятные условия для прорастания семян ряда растений, появления и формирования самосева сосны, березы и некоторых других древесных пород. В то же время, уничтожая подрост деревьев, пожар нередко способствует появлению малоценных видов и приводит к выпадению хозяйственно?ценных пород.

Лесные пожары не только влияют на состав древостоя, изменяя тип леса, но и нарушают его возрастную структуру. Даже верховые пожары, нанося травмы деревьям, ослабляют их и способствуют образованию ветровала и бурелома, выпадению из состава древостоя старовозрастных (маточных) особей доминирующих видов. [29]

Проведенные исследования показывают, что ход постпирогенных сукцессий и сукцессий в лесах, незатронутых пожарами, существенно различается. [19]

При образовании крупных гарей занос семян древесных и травянистых растений на сгоревшую территорию сильно затруднен. Вследствие этого реставрация фитоценозов в послепожарный период обычно растягивается на долгие годы. [21]

С другой стороны, огонь непосредственно уничтожает источники инфекции, споры паразитических грибов, кладки насекомых?фитофагов и других вредителей леса. Экологические и частные исследования биоты лесов во время или сразу после горения затруднены, так как на пожар должны допускаться только специалисты по тушению пожаров. Это вызвало необходимость разработки косвенных методов, которые позволяют при натурных исследованиях лесов определить частоту и сроки пожаров в ретроспективном аспекте.

2.2 Влияние степных пожаров на растительный покров

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 Своеобразный «гипноз пашни» привел к тому, что «многие разновидности плакорных степей исчезли с лица Земли неизученными» [15]

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. [12]

Как справедливо отмечают многие авторы (Родин, 1946, 1981; Комаров, 1951; Калмыкова, 2006; Лысенко, 2006 и др.), 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.

Отношение к степным палам неоднозначно. По мнению хозяйственников и некоторых ученых (Данилов, 1936; Родин, 1946; Лысенко, 2006), 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 ко?вылей 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. Хотя и эти авторы в некоторых, но строго регламентированных, случаях допускают применение контролируемого выжигания пастбищ. [22]

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. [24]

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. [16]

Выгоревшая площадь пожара принимает форму круга, а при сильном ветре имеет треугольную форму. Различают фронт, фланги и тыл пожара. 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. [25]

Установлено, что воспламенение сухой травы происходит при воздействии теплового (светового) импульса величиной в 10?12 кал/см (ибо 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. [21]

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. Поэтому после огневого воздействия типчак резко уменьшается в количестве, в то время как ковыли почти не сокращают своей площади и обилия. [16]

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. 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. [29]

Осенью, если влажность при выпадении осадков увеличивается, вегетация растений возобновляется, а затем медленно замирает к зиме. 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 сельского населения выяснилось, что у них 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. [22]

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. [12]

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 постпирогенных сукцессий растительного покрова. [16]

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 B.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. [16]

Мнение Г.Н. Лысенко 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. [24]

Как следует из приведенного элемента дискуссии разногласия по поводу преобладания пользы или вреда пожаров в степи, возникают даже относительно мезофитных 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. [27]

Изучение постпирогенной динамики степных сообществ заповедных территорий проводилось в Хакасии. 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 постпирогенный период за счет появления сорных и нехарактерных для степи представителей разнотравья. [11]

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.

3. Влияние пирогенного фактора на животный мир

В результате пожаров урон наносится и животному миру. В огне гибнут мелкие и крупные млекопитающие, рептилии, насекомые и представители других таксономических групп, кладки птиц, личинки и др. Однако по некоторым данным, при быстро протекающем пожаре могут сохраниться мелкие роющие животные, переживающие неблагоприятные условия в почве на достаточно большой глубине, в развитой системе нор и ходов. В этой ситуации запас воздуха, находящегося в норах является достаточным, а температура почвы повышается незначительно.

В большей степени от пожаров страдает фауна беспозвоночных, связанных с травостоем ? долгоносики, листоеды, равнокрылые, чешуекрылые и др. Медленно происходит восстановление фауны беспозвоночных, связанных с лесной подстилкой ? многоножек, некоторых пауков, клопов. Обычно их не фиксируют на выгоревшей территории по прошествии 3?х и большего количества лет. Наименьшее влияние пожоги оказывают на насекомых, тесно связанных с почвой ? жужелиц, чернотелок. [18]

Лесные пожары оказывают различное воздействие на окружающую среду, это зависит в первую очередь от типа пожара. Они бывают верховые и низовые. Наиболее разрушительны верховые пожары, когда огонь очень быстро распространяется по кронам деревьев и лес выгорает практически полностью, уничтожаются и деревья, и животный мир.

В 2014 году на территории Якутии полыхали 305 лесных пожаров, общая площадь возгорания составила более 1,2 млн гектаров, это почти в два раза больше, чем за аналогичный период 2013 года. [29]

Низовой пожар отличается низкой скоростью распространения, и при нем выгорает только лесная подстилка. Это оказывает отчасти благоприятное воздействие, ведь фактически благодаря таким пожарам полностью обновляется надземный покров леса, в особенности травяная и кустарниковая растительность. А они в свою очередь дают корм многим видам животных, например копытным, мышевидным грызунам, зайцам. Единственное исключение, на кого низовые пожары оказывают крайне негативное воздействие, - это дикий северный олень. Происходит это по той причине, что дикие олени зимой питаются лишайниковым кормом, который, в отличие от трав и кустарников, восстанавливается очень медленно, примерно в течение 50?60 лет.

При верховых пожарах страдают в первую очередь пернатая боровая дичь, особенно если пожар происходит в период высиживания яиц, выводки зайцев - по причине их малой мобильности; из промысловых видов - соболь и белка, у которых уничтожается кормовая база. [28]

Из?за пожаров многие виды животных вынуждены покидать места своего привычного обитания, этот процесс называют кочевкой, порой огонь вытесняет их к населенным пунктам. Такие случаи периодически случаются. Наиболее опасны и непредсказуемы в этом плане медведи. Волки же всегда были мобильными животными, они быстро передвигаются и обычно стараются покинуть неспокойные места, поэтому для людей и домашних животных в летний период угроза с их стороны не так велика.

А вообще лесные пожары частое явление. Они происходят не только по вине человека, но и из?за природных факторов, например сухих гроз. Если смотреть на проблему воздействия лесных пожаров на животный мир в масштабах всей России, то ее влияние не столь велико. Но на локальные популяции негативное влияние пожаров очевидно.

Влияние пожаров на животный мир можно разделить на непосредственное и косвенное. Как непосредственное влияние пожара рассматривается его воздействие на самих представителей лесной фауны во время прохождения огня по территории, занятой ими.

Бесспорно, что пожары, особенно сильные, губительны для живых организмов. Однако в непосредственный контакт с высокой температурой и дымом большинство животных и птиц вступают в состояние беспомощности (детеныши, больные особи) или же при вспышках пожаров, когда одновременно горят большие площади лесов и животные оказываются окруженными огнем. [28]

При небольших по площади или интенсивности пожаров большинство представителей фауны обычно успевают укрыться в безопасное место. После пожара на остывшую поверхность почвы из подземных убежищ выбираются даже муравьи, немедленно приступающие к строительству муравейников. Невредимыми после пожаров остаются дождевые черви, представители почвенной энтомофауны, микроорганизмы.

Косвенное влияние лесного пожара проявляется через его воздействие на условия местообитания (уничтожение гнезд, жилищ, кормовой базы) представителей животного мира.

Поскольку жилища многих птиц и животных носят временный характер, то особого вреда частичное разрушение их не приносит.

Гораздо более значительным фактором является уничтожение кормовой базы. В связи с этим нужно рассматривать и вред, причиняемый пожаром основному виду животных, населяющих тот или иной массив. Наибольший урон, особенно в первые послепожарные годы, приносят высокоинтенсивные пожары, уничтожающие большее количество органики, служащей пищей самым различным представителям фауны. В дальнейшем последствия таких пожаров могут по?разному влиять на развитие отдельных популяций.

Лес является мощнейшим стабилизатором экологического равновесия и в наибольшей степени будет отвечать своему назначению тогда, когда все его компоненты находятся между собой в оптимальном взаимодействии, как в любом здоровом организме. Последнее же возможно лишь в случае, если этот организм, то есть в нашем случае лесной биогеоценоз, развивается в наиболее благоприятных для него (или присущих ему) условиях среды. Единственно, что наиболее устойчивое подвижное равновесие всех составляющих компонентов будет в коренном типе леса. [10]

В соответствии с этим и влияние пожаров на фауну нужно рассматривать как положительное, если они способствуют послепожарному формированию коренного типа леса. Когда же такового не происходит, то пожары следует расценивать как вредное явление для леса в целом и для населяющих его представителей фауны.

Лес, ослабленный пожаром, подвергается нападению вредных насекомых, вызывающих новые повреждения и заболевания, и приводящих в конечном итоге к полному разрушению древостоя. Интенсивность заселения гарей энтомовредителями зависит от ряда факторов, среди которых можно выделить силу пожара, время пожароопасного сезона, в которое он действовал, размер выгоревшей площади, возраст поврежденных деревьев. [10]

Большинство отечественных и зарубежных исследователей сходятся во мнении, что массовое заселение насаждений энтомовредителями происходит после средних по силе и сильных пожаров, слабая интенсивность огня существенного влияния на численность насекомых не оказывает.

По наблюдениям А.И. Аверинского (1971, 1974), в юго?западных районах Якутии на участках, пройденных лесными пожарами, наблюдается концентрация и активное размножение стволовых вредителей. При этом прослеживается тенденция первоначальной их локализации в сильно ослабленных и поваленных в результате пожара деревьев, то есть эти места становятся первоначальными очагами дальнейшего расширения ареала вредной для леса энтомофауны. Причем наибольшую опасность в качестве таких очагов представляют спелые древостои после продолжительных низовых пожаров. [18]

В практике ведения охотничьего хозяйства издавна отмечено, что лесные пожары. Вызывая на гарях бурное развитие травянистой и кустарниковой растительности, способствуют увеличению численности крупных млекопитающих (лосей, оленей, косуль) и зайца?беляка, а так же мелких грызунов. Другими словами, гарях улучшаются условия питания этих животных, что, в свою очередь, по пищевой связи обуславливает и появление плотоядных представителей фауны. Их экскременты в определенной мере стимулируют развитие почвенной микрофлоры в лесу. Это, безусловно, положительный экологический фактор. Вместе с тем нередко пожары, точнее их последствия, могут быть причины появления и интенсивного развития энтомовредителей, которые играют решающую роль в опаде древостоев после пожаров и в снижении товарных их качеств.

4. Влияние пирогенного фактора на почвенный покров

В результате природных пожаров наравне с флорой и фауной страдает и почвенный покров. Степные и лесные пожары зачастую наносят невосполнимый урон этому сложному органо?минеральному комплексу, тысячилетиями формирующимся из останков животных, отмерших растений и измельчённой материнской породы, под действием сложных химических процессов. Почва как постоянно развивающееся биокосное вещество нуждается в постоянной подпитке, а вследствие пирогенной деятельности и выгорания растительного покрова теряет главный источник материала для своего саморазвития. Так же почвенный слой теряет защиту в виде растений и сразу после её уничтожения огнём он подвергается водной, ветровой эрозии и другим неблагоприятным последствиям, в результате чего полностью меняет свою структуру морфологию и свойства.

Влияние огня на один из важнейших компонентов леса - почву, чрезвычайно сложно и неоднозначно, и зависит от множества факторов: характеристик пожара, особенностей растительности, рельефа и самой почвы. Послепожарные изменения свойств почвы происходят вследствие быстрой минерализации ее органической части, лесной подстилки и опада. Образующиеся продукты частично усваиваются растениями через корни, а частично в виде растворения соединений выщелачиваются в почву, выходя из ризосферы, или вымываются с площади водами поверхностного стока, а также грунтовыми водами. Кроме того, продукты огневой минерализации в виде дыма уносятся ветром на большие расстояния от лесного пожара. [1]

Пожарам в системе деградации растительного и почвенного покрова принадлежит особое место, что обусловлено их специфическим воздействием на окружающую среду.

Формирование растительного покрова таежной зоны повсеместно сопровождается лесными пожарами различной силы и интенсивности. Н.П. Курбатский (1964) показал, что с начала голоцена ежегодно возникает несколько тысяч лесных пожаров, которые способны быстро распространяться на большие территории. Причем молнии являются причиной лишь 8-9% пожаров от общего числа в нашей стране (Софронов, Вакулов, 1981). Остальные пожары полностью связаны с деятельностью человека. Большинство лесоводов пожары рассматривают как мощный экологический фактор формирования лесов (Колесников и др., 1973; Фуряев, 1974, 1977; Roe, beufait, 1971; Rowe, Scotter, 1973; Viereck, 1973). Пожары вызывают смену древесных пород, влияют на возрастное строение древостоев, нарушают и изменяют видовой состав травяно-кустарничкового яруса (Новосельцева, 1965). По данным Р. Дажо (1975), лесные пожары ежегодно уничтожают 2 млн т органических веществ. [3]

Велико влияние лесных пожаров на почвообразование. Имеется достаточно много работ, как у нас в стране, так и за рубежом, в которых показаны изменения физических, химических, физико-химических, биохимических и биологических свойств почв под влиянием пожаров (Арефьева, 1963; Арефьева, Колесников, 1964; Фирсова, 1969; Орфанитский, Орфанитская, 1971; Каплюк, Поляков, 1980; Horwood, Jackon, 1975; Christensen, 1977; Flinn, Hormans, Farrel, Jamec, 1979; Ellis, Graley, 1983).

Всесторонние исследования по влиянию лесных пожаров разной интенсивности на почву были проведены лабораторией лесного почвоведения Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН на Братском стационаре в Среднем Приангарье (Попова, 1978, 1979, 1980; Горбачев и др., 1982).

Характер воздействия на окружающую среду обусловлен типом пожаров. В лесоводстве выделяют три группы пожаров: верховые, низовые и подземные. Около 80% всех пожаров составляют низовые пожары. Именно при этих пожарах горят не только нижние ярусы леса, но и повреждаются корневые системы, выгорает подстилка, гумус.