МОНИТОРИНГ ПИРОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭКОСИСТЕМ: ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДЫ, ПОДХОДЫ

УДК 58.00 ББК 72 я 43 М77

Рецензент Христофорова Н.К., д.б.н., проф. ДВФУ

Мониторинг и биоразнообразие экосистем Сибири и Дальнего Востока: сборник научных статей. – Находка: Институт технологии и бизнеса, 2012. – 140 с. ISBN 978-5-89694-136-1

Редакционная коллегия: Долгалева Л.М., к.б.н.; Беликович А.В., д.б.н.; Галанин А.В., д.б.н., проф; Петропавловский Б.С., д.б.н.

В сборнике представлены результаты научно-исследовательской и практической работы ученых, преподавателей, аспирантов Дальневосточного региона, в которых отражены глобальные изменения климата и трансформация экосистем, флора, биология и экология растений Сибири и Дальнего Востока, экология природных сообществ, информационные технологии и системы в исследовании экосистем, экологические проблемы сохранения биоразнообразия природных систем Сибири и Дальнего Востока, проблемы охраны и рационального использования животного мира Сибири и Дальнего Востока.
Предназначен для студентов, аспирантов, ученых, специалистов и профессорско-преподавательского состава колледжей и университетов.

© НОУ ВПО «Институт технологии и бизнеса», 2012

Н.Р. Сухомлинов

N.R. Sukhomlinov. MONITORING PYROGENIC ECOSYSTEM TRANSFORMATION: PROBLEMS, METHODS, APPROACHES. The proposed approach to monitor postfire ecosystem transformation in-cludes two levels of indication: (a) phytocoenosis, and (b) landscape. The first level allows to identify contribution of the pyrogenic factor in formation of spe-cial composition of phytocoenosis; the second one helps to estimate a degree of pyrogenic transformation of zonal vegetation on the landscape level. Tabl. 1. Bibl. 5.

В нашу эпоху дивергенции наук информация о системе расчленяется и максимально детализируется. Накопление информации о частных проявлениях функционирования системы позволяет проследить причинно-следственные связи в различных процессах, однако этого недостаточно для того, чтобы судить о целом, в нашем случае – о состоянии и динамике экосистем. Мониторинг таких сложных систем на данном этапе развития науки нуждается не столько в сборе детальных данных, что в целом налажено, сколько в выработке интегрированных показателей, оценка которых позволила бы делать оперативные выводы о состоянии экосистемы в целом, ее динамике и, главное, направлении ее развития.

Мониторинг экосистем невозможен без мониторинга факторов их формирования и изменения. На большинстве территорий планеты лимитирующими факторами уже давно стали факторы антропогенные, особенность действия которых заключается в изменении видового состава и в формировании нового вектора развития экосистем.

Есть довольно широко распространенное мнение о том, что на территории Сибири и российской части Дальнего Востока, антропогенный фактор относительно слаб и не перешел в категорию лимитирующего. Это мнение основано, прежде всего, на том, что здесь не развито земледелие, невысокая плотность населения, мало крупных городов и промышленных центров и, якобы, много мест, где не ступала нога человека. Однако для присутствия антропогенного фактора как значимого фактора эволюции экосистем не обязательно наличие людей на данной территории, поскольку существуют такие его проявления, для которых нет границ и для реализации которых на данной территории присутствие человека не обязательно. Прежде всего, к таким факторам относятся все виды загрязнений. Пожары в природе, казалось бы, не обладают столь выраженной экстерриториальностью, поскольку какие-то преграды для них все-таки существуют. Однако тем не менее, пирогенный фактор способен разрушать экосистемы, находящиеся далеко за пределами нахождения виновников пожаров, то есть там, где «не ступала нога человека».

Большинство лесных экосистем планеты в настоящее время, впрочем, как и в прошлом, регулярно подвергаются пирогенному воздействию, по причине существования пиротехнического стереотипа природопользования, то есть привычки общества применять огонь в природопользовании. Палы, то есть преднамеренные поджоги травы и опада, изменяют состояние экосистем далеко за пределами селитебных территорий и сельскохозяйственных угодий. По этой причине пирогенный фактор все в большей степени становится «фоновым» фактором наряду с влажностно-температурным режимом данной природной зоны. Следовательно, любой мониторинг наземных экосистем, особенно лесных, должен учитывать степень воздействия пожаров на их эволюцию. Это связано с определенными трудностями методического характера, особенно при выявлении долговременного воздействия пирогенного фактора.

Предлагаемый ниже подход к оценке участия пирогенного фактора в динамике экосистем Сибири и Дальнего Востока явился результатом многолетних исследований в условиях Среднего Приамурья, где палы являются традиционной причиной пожаров, уходящих далеко за пределы сенокосов, пастбищ и прочих объектов преднамеренной пирогенной регуляции. Методом пробных площадей, которые закладывались на модельных участках, выявлялись основные индикаторы пирогенной трансформации, определялся пожарный режим, в котором происходило развитие экосистем, и оценивались последствия воздействия пирогенного фактора на уровне биоты, биоценозов, ландшафта.

Таблица

Сочетание пирознаков как индикаторов пожарного режима и роли пожаров в сукцессионном процессе.

Исследования происходили в условиях зонального экотона, сформированоого взаимопроникновением темнохвойной и неморальной растительности, поэтому основой биоценотической индикации сукцессионной зрелости экосистемы являлся набор видов растений, относящихся к различной зональной растительности. Поскольку в экотоне наблюдается повышенный уровень биоразнообразия с набором видов, часто обладающих противоположными реакциями на изменение среды и воздействие огня, биоценотическими индикаторами пирогенной трансформации экосистем, является набор видов, обладающих разным уровнем пиротолерантности [2].

Среди экосистем Сибири и Дальнего Востока изначально преобладали леса с участием хвойных растений, которые заведомо обладают низкой пиротолерантностью, то есть сильно страдают от пожаров и элиминируются из биоты в пожарном режиме не регулярных низовых пожаров, то есть происходящих с интервалом раз в 25–30 лет и реже. При более частых низовых пожарах хвойные виды исчезают из биоты и экосистема переходит на более низкий уровень сукцессионного развития. В силу этого, присутствие хвойных видов в разных ярусах фитоценоза несет самостоятельную индикаторную нагрузку и означает, что пирогенный фактор в данной экосистеме не является лимитирующим и сукцессионный процесс можно считать естественным. Исключением из этого правила на Дальнем Востоке является лиственница, которая обладает высоким уровнем пиротолерантности прежде всего за счет общей толерантности и большой скорости роста на ранних стадиях онтогенеза. По уровню пиротолерантности лиственница находится в одной компании с березой плосколстной и дубом монгольским. Список биоценотических индикаторов в условиях экотона обширен, тем более, что каждый вид является индикатором того биоценоза, в котором находится. Формирование такого списка – это отдельная работа и тема для другой статьи, поскольку видовой состав, сформированный в пирогенных условиях, выполняет второстепенную индикаторную функцию, в то время как первостепенными индикаторами такой трансформации являются пирознаки, под которыми мы понимаем все пирологические индикаторы, представляющие собой совокупность прямых и косвенных признаков пожаров различной степени давности.
Все методы оценки величины пирогенного фактора можно разделить на две группы: прямые и косвенные. К прямым методам можно отнести непосредственную фиксацию наблюдателем прохождения пожаром данного участка территории в данный момент времени или использование подобной фиксации в официальных документах обязательной отчетности специально уполномоченных на то органов. К косвенным методам относится анализ совокупности признаков, которые позволяют выяснить величину пирогенного фактора, а именно: частоту огневого воздействия, силу огневого воздействия (высота пожара, длительность и температура воздействия на деревья на уровне качественной оценки), степень поражающего воздействия. Последнее представляет собой оценку воздействия пирогенного фактора на экосистемы, включая степень обратимости воздействия, то есть возможности демутационного процесса.

Таким образом, выявление степени участия пирогенного фактора в динамике экосистем включает в себя два этапа: определение роли пожарного режима в формирования экосистемы и степени пирогенной трансформации ландшафта. Под пожарным режимом нами понимаются качественные и
количественные характеристики пожаров в данном временном интервале. Пожарные режимы определяют интенсивность пирогенного фактора, то есть совокупность всех характеристик пожаров, позволяющих оценить степень давления этого фактора на живую природу. Основными единицами измерения пожарного режима являются частота пожаров, измеряемая во временном интервале отсутствия пожаров, и основные характеристики пожаров (верховые, низовые устойчивые, беглые и т.п.). В этой статье рассматриваются только низовые пожары как наиболее частые и потому наиболее разрушительные в целом для экосистем рассматриваемого региона.

Нами разработана шкала сочетания пирознаков и индикаторных групп видов, которые соответствуют определенному пожарному режиму (табл. 1).
Данная шкала позволяет выяснить, являются ли сукцессии пирогенными, определить величину пирогенного фактора и степень его участия в трансформации экосистем.

При определении степени пирогенной трансформации ландшафта, необходимо провести его деление на индикаторные пирогенные зоны, которые представляют собой различные варианты пирогенной трансформации фитоценозов [5]. Поскольку каждая из этих зон играет определенную роль в пирогенной трансформации ландшафта, необходимо ранжировать их следующим образом. Зоны максимальной трансформации. Как правило, к этой категории относятся зоны преднамеренной пирогенной регуляции, то есть те участки, которые преднамеренно выжигают каждый год. К этой категории следует отнести, прежде всего, сенокосы и пастбища. При длительной эксплуатации обширных сенокосных и пастбищных угодий они теряют способность к лесовозобновлению и представляют собой острова травяных сообществ с преобладанием злаков или осок.

Зоны параклимакса. В этот ранг попадают все пирогенные фитоценозы, сукцессионный процесс в которых остановился на определенном уровне и контролируется пожарами, длительное время происходящими с определенной периодичностью. Ярким примером такого параклимакса являются дубово-леспедецевые или дубово-лещиновые фитоценозы, демутационный процесс в которых крайне затруднен даже при устранении пирогенного фактора [4]. Чаще всего фитоценозы пирогенного параклимакса являются зонами – проводниками огня, соединяющими в единый огненный поток зоны преднамеренной пирогенной трансформации и фитоценозы от них отдаленные.

Зоны раннего омоложения. Сюда относятся все фитоценозы, подвергающиеся пирогенному воздействию, но с интервалами, позволяющими происходить процессу демутации. Как правило, это осветленные леса, возможно с присутствием хвойных видов, обладающие высоким уровнем мозаичности. Фитоценозы данного ранга выполняют функции буферных пирогенных зон, которые обычно примыкают к зонам – проводникам огня. Это непосредственное соседство способствует их постоянному омолаживанию, не позволяя завершиться сукцессионному восстановительному процессу. Зоны естественного климакса. К этой категории относятся все экосистемы, которые развиваются в условиях, когда пирогенный фактор не оказывает существенного воздействия на сукцессионный процесс.

Данное деление на зоны и ранги позволяет оценить масштабы влияния пирогенного фактора на ландшафт. Методической основой оценки являются пропорции участков с фитоценозами, относящимися к различным зонам и рангам. Например, при увеличении площадей зон - проводников огня и переходе фитоценозов из ранга раннего омоложения в ранг пирогенного параклимакса, уменьшается и количество фитоценозов естественного климакса, поскольку они переходят в иные категории. Критическим моментом здесь является фрагментация общей зоны естественного климакса на отдельные пирогенные рефугиумы, то есть островные экосистемы, не подверженные воздействию пожаров [3]. Это означает, что пирогенный фактор становится лимитирующим в масштабах целого ландшафта и зональная растительность превращается в азональную. Дальнейшую динамику экосистем нельзя рассматривать как естественную.

Таким образом, предлагаемый подход осуществления мониторинга пирогенной трансформации экосистем содержит два уровня индикации: фитоценотический и ландшафтный. Первый позволяет выявить участие пирогенного фактора в формировании видового состава фитоценоза, второй – оценить степень пирогенной трансформации зональной растительности на уровне ландшафта.

Литература

1. Киселев А.Н., Урусов В.М., Игнатова Н.К. Биологическое разнообразие российского Дальнего Востока // Географические исследования на Дальнем Востоке. Ч. 2. Итоги и перспективы 2001–2005 гг. К 35-летию Тихоокеанского института географии ДВО РАН. Отв. ред. акад. РАН П.Я. Бакланов, д.г.н. С.М. Говорушко. – Владивосток, Дальнаука, 2006. – С. 59–74.

2. Сухомлинова В.В. Пиротолерантность и пироадаптированность – грани взаимодействия. // Леса и лесное хозяйство в современных условиях: материалы Всерос. конф. с международным участием / отв. ред. А.П. Ковалев. – Хабаровск: Изд-во ФГУ «ДальНИИЛХ», 2011. – 358 с., с. 261–264.

3. Сухомлинов Н.Р. Пирогенные рефугиумы и условия их формирования // III Дружининские чтения: Комплексные исследования природной среды в бассейне р. Амур: Материалы межрегиональной научной конференции. Хабаровск, 6-9 окт.2009 г.: в 2 кн. – Хабаровск: ДВО РАН, 2009. – Кн. 2. – с. 153–157.

4. Урусов В.М. Генезис растительности и рациональное природопользование на Дальнем Востоке. – Владивосток: ДВО АН СССР, 1988. – 356 с.

5. Sukhomlinov N.R. The Experience of Territory Zoning in Connecting With Fire Impact. Land Cover and Land Use Changes in North East Asia: Problems of Sustainable Nature Management // Proceedings of the International Scientific Conference, September 6-12, 2009, Vladivostok, Russia. – Vladivostok: Dalnauka, 2009. – с. 266–269.