Лесные пожары как экологический фактор

Под последствиями лесных пожаров понимаются изменения в состоянии и развитии лесных насаждений и среде их обитания, которые наблюдаются после непосредственного воздействия на них пирогенного фактора или в последующие 5–7 лет после пожара.

Пожары оказывают глубокое и всестороннее влияние на лесные экосистемы, в результате которых происходит трансформация лесных ландшафтов, коренные изменения в составе и структуре лесов, прерываются многообразные сложившиеся взаимоотношения и связи между различными их компонентами. При этом нарушаются биогеохимические циклы, формируются новые сообщества. Отсюда следует огромная роль огня как фактора смены пород, то есть вторичных экологических сукцессий.

Последействия пожаров на лесных землях зависят от площади, вида и интенсивности пожара, типа леса и лесорастительных условий, лесоводственно-таксационной характеристики насаждений, метеорологических условий в послепожарный период и ряда других природных и антропогенных факторов.

В связи с тем, что основной причиной лесных пожаров является человек, их можно отнести к категории социальных и экологических факторов. В отличие от других факторов внешней среды, оказывающих постоянное влияние на состояние лесных насаждений, пожар воздействует внезапно, кратковременно и чрезвычайно агрессивно (С. Н. Санников). Воздействием пирогенного фактора пожар вызывает глубокие и длительные преобразования всех взаимосвязанных компонентов лесной экосистемы.

С точки зрения современной экологии лесной пожар рассматривается как экологический, периодически повторяющийся, интенсивно действующий фактор естественного отбора, специфический «экосистемный процесс» (С. Н. Санников).

Пожары оказывают прямое воздействие на лесные экосистемы (сообщество организмов биоценоза и окружающей их неживой природы, образующее устойчивую и динамическую систему), а также косвенное – через изменение экотопа (местообитание организмов, характеризующееся определенным сочетанием экологических факторов: почв, грунтов, микроклимата и др.). Вызывая глубокие изменения в лесных экосистемах, пожары могут иметь как отрицательное, так и положительное экологическое значение.

Влияние пожаров на формирование лесов проявляется в изреживании древостоев, изменении их состава, трансформации живого напочвенного покрова, воздействии на тепловой, водно-воздушный режимы и физико-химические свойства почв, фитоклимат, ход естественного возобновления, то есть на все процессы, протекающие в лесных насаждениях (Курбатский Н. П.).

При лесных пожарах погибает не только флора и фауна, но и наблюдаются значительные потери в почве и лесной подстилке органического вещества, азота и других зольных элементов минерального питания растений. И. В. Гуняженко (1971), В. А. Матвеев (1978) отмечают, что под воздействием пирогенного фактора лесных пожаров ухудшаются лесорастительные условия, снижается микробиологическая активность почвы и ухудшаются ее физико-химические свойства.

Низовые пожары слабой и средней интенсивности оказывают влияние на состав и строение древостоев, подрост и подлесок, видовое разнообразие живого напочвенного покрова, мозаичность растительности, запасы органического вещества, физико-химические свойства почвы и другие процессы. В результате устойчивых низовых пожаров сильной интенсивности, а также верховых и почвенных пожаров, основные компоненты лесных насаждений погибают практически полностью.

В поврежденных пожарами насаждениях возникают вспышки очагов массового размножения энтомовредителей (короеды, усачи, златки, долгоносики и др.), приводящих к гибели оставшуюся после воздействия пирогенного фактора жизнеспособную часть древостоя.

При сгорании лесной подстилки и живого напочвенного по­крова в почву поступает большое количество зольных элементов, что изменяет ее химические свойства. В первый год после пожара кислотность лесных почв изменяется от кислой и слабокислой до нейтральной и щелочной. В почве увеличивается содержание валового азота и обменных катионов калия, что способствует формированию благоприятного для лесовозобновления субстрата.

Крупные лесные пожары оказывают влияние на нижние (приземные) слои атмосферы. Происходит задымление воздуха, повышается содержание в нем окиси и двуокиси углерода. В результате задымления, особенно при образовании смога при длительном действии крупных очагов лесных или торфяных пожаров, снижается видимость, которая приводит к ограничению работы наземного и воздушного транспорта. Ухудшаются условия труда работающих.

Смог, образуемый дымами лесных и торфяных пожаров, в отличие от промышленного, характеризуется наличием в составе твердой конденсированной фазы дыма значительного количества продуктов горения (тления) материалов, составляющих пожарную нагрузку в природных экосистемах. Американские исследователи отмечают, что выброс твердых частиц в твердую фазу дыма во время управляемых палов на юге США составлял 8 кг, а при стихийных пожарах – 26 кг на 1 т горючих материалов.

Твердые частицы дыма адсорбируют на своей поверхности токсичные вещества, которые, попадая в организм человека, могут явиться причиной его сильных отравлений даже при небольших концентрациях. Количество образующихся газообразных продуктов и их характеристики зависят от вида и интенсивности пожара. Раскаленные частицы дыма, образующиеся в процессе пожаров, попадая в систему дыхания человека, вызывают ожог и повреждение легких, бронхов, альвеол и других органов, приводят к увеличению количества пульмонологических заболеваний и опосредованно к гибели людей. По данным D. J. Shusterman, до одной трети людей, получивших в результате пожара сильные ожоги, страдают также от поражения дыхательных путей, а риск одновременного повреждения легких напрямую связан с площадью поверхности ожогов. Ингаляционное повреждение может значительно усиливать частоту дыхательной недостаточности и острого дыхательного дистресс-синдрома. Связанная с ожогами смертность людей на пожаре может возрастать еще до 20 % при сочетании ингаляционного повреждения и ожогов кожи.

Вдыхание дыма наблюдается у каждого, кто находился в ограниченном пространстве или потерял сознание во время пожара, особенно при сильном задымлении. Поражение может быть ограничено верхними дыхательными путями или привести к повреждению тканей трахеи, бронхов и альвеол. По данным C. J. Young, J. Moss, поражение системы дыхания частицами дыма может быть практически у всех людей, побывавших в зоне задымления. Отмечается тесная взаимосвязь между вспышками лесных пожаров и увеличением количества пульмонологических заболеваний у населения, подвергшегося ингаляционному поражению.

Чрезвычайно важным экологическим последствием пожаров является их воздействие на углеродный баланс атмосферы и лесных экосистем, которое определяется пожарными эмиссиями углерода, являющимися результатом горения органического вещества, аккумулированного в различных компонентах лесных биогеоценозов.

В России наибольшие массы сгорающего при лесных пожарах органического вещества и, следовательно, потерь углерода характерны для регионов северной и средней тайги. По экспертной оценке В. В. Фуряева, Д. М. Киреева, масса ежегодно сгораемой органики в бореальных лесах Средней Сибири может достигать 16 млн. т. Вследствие этого возможно региональное увеличение количества выбрасываемого в атмосферу углекислого газа и твердых аэро­зольных частиц, содержащихся в дыму лесных пожаров. Эти процессы могут обусловить более высокое содержание углерода в атмосфере и вызвать дополнительное потепление климата (Цветков, 2008).

В процессе пожаров происходят кратковременные обширные выбросы углерода в атмосферу с последующей активизацией его депонирования при восстановительных процессах в лесных экосистемах. Воздействие лесных пожаров на углеродный баланс атмосферы происходит, в основном, двумя основными процессами: физико-химическим процессом «быстрого» выделения углерода при горении органических материалов (пожарные эмиссии) и биологическим процессом «медленного» высвобождения углерода в результате послепожарного разложения (деструкции и гниения) погибших, но не сгоревших при пожарах растений (послепожарные эмиссии).

Количественные показатели эмиссии углерода при лесных пожарах в определяющей степени зависят от площади, вида и интенсивности пожара, величины послепожарного отпада и степени деструкции лесных горючих материалов, а также изменения структуры растительности после пожаров. Лесные пожары сильной интенсивности на одной и той же площади приводят к увеличению эмиссии углерода в пять раз по сравнению с пожарами слабой интенсивности. Количество углерода, поступающего в атмосферу в результате пожаров, определяется массой сгорающих лесных горючих материалов и их химическим составом.

В бореальных лесах на земном шаре запас углерода составляет 66–127 млрд. тонн в растительном покрове и 135–247 млрд. тонн в почве, крупных древесных остатках и опаде, что составляет 10–17 % глобальных континентальных запасов углерода в почве и растительном материале (2100–2200 млрд. тонн).

Негативное воздействие лесных пожаров может проявляться также в виде послепожарной эмиссии углерода от разложения и минерализации погибшей растительности. Масштабы послепожарных эмиссий углерода, в значительной степени, зависят от продолжительности периода биологической деструкции древесного отпада, который определяется природно-климатическими и лесорастительными условиями конкретного региона.

В лесных сообществах, и в особенности в бореальных лесах, по сравнению с луговой растительностью, послепожарная деструкция погибших растений происходит длительное время. В связи с этим, обширные эмиссии углерода в экстремальные пожароопасные сезоны с повышенной горимостью лесов могут оказаться некомпенсированными его депонированием в течение продолжительного периода.

Проведенные Институтом леса НАН Беларуси исследования по оценке воздействия пожаров на экологический потенциал лесов Беларуси показали, что суммарные годичные эмиссии углерода (пожарная и послепожарная) от пожаров в лесном фонде на протяжении последних лет составляют ежегодно, в среднем, около 90 тыс. тонн.

Наряду с отрицательным влиянием пожаров на лесные биогеоценозы (греч. «биос» – жизнь, «гео» – земля, «ценос» – общий) – устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва), например, озеро, сосновый лес, горная долина, отмечается и их положительная роль. Пожар стимулирует быстрое и полное высвобождение из шишек сосны оставшихся в них семян, обеспечивая дополнительное обсеменение подготовленного огнем почвенного субстрата.

У некоторых видов сосен американского континента без воздействия пирогенного фактора пожара семена вообще не высыпаются из шишек. Так, у сосен Банкса, скрученной, широкохвойной и некоторых других, чешуйки шишек залиты смолой и в обычных климатических условиях не раскрываются. Под воздействием пожара шишки нагреваются, чешуйки расходятся и семена высвобождаются, обсеменяя территорию. При этом шишки могут находиться под воздействием температуры даже 900 °С в течение 30 секунд, сохраняя высокую жизнеспособность семян.

В целом же, по масштабам влияния на все компоненты лесных биогеоценозов, пожары в них оставляют значительные экономические, экологические и социальные последствия (таблица 6.1).

В результате сильных пожаров снижается конкуренция всех ярусов лесного биоценоза, уменьшается деятельность мышевидных грызунов и других животных-семеноедов. Поэтому в первые годы пожар может создавать для самосева хвойных и лиственных пород благоприятную экологическую нишу. С этим связаны «вспышки» или, как еще их называют, «волны» послепожарного естественного возобновления.

Таблица 6.1 – Возможные последствия лесных пожаров

Низовые пожары слабой и средней интенсивности способствуют также обновлению ягодников. После низовых пожаров слабой и средней интенсивности наблюдаются благоприятные условия для произрастания и плодоношения зарослей ягодников, в то время как после верховых и низовых пожаров сильной интенсивности процесс восстановления ягодников растягивается на длительный период. На гари 12-летней давности средний возраст кустарничков черники составляет 8 лет, в то время как в естественных условиях он равен лишь 6 годам. На пройденных пожаром площадях отмечается также интенсивное разрастание брусники, её проективное покрытие на гарях выше, чем под пологом насаждений.