Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 1185

Старожилы, которые помнят: годичные кольца рассказывают об истории лесных пожаров

Международный коллектив ученых занимается изучением истории и динамики пожаров в бореальных лесах в связи с климатическими изменениями

Международный коллектив ученых в связи с климатическими изменениями занимается изучением истории и динамики пожаров в бореальных лесах. Дендрохронологические исследования показали, что огонь был основным фактором развития лесных экосистем.  Это важно учитывать при разработке стратегий по защите лесов от пожаров и сохранению биоразнообразия.

Дендрохронологические данные позволяют изучить режим пожаров бореальных ландшафтов и проанализировать их свойства, включая сезонность пожара, цикл пожара и интервал возгорания. Информация о происхождении динамики пожара требует восстановления или реконструкции его исторического прошлого в контексте развития лесных экосистем. Такие сведения расширяют понимание эволюционных процессов и характеризуются точностью и достоверностью. Поскольку существуют различия в характере и динамике пожарных режимов между северным и южным бореальными лесами. Количественные оценки пожара позволяют построить циклические и сезонные модели лесных пожаров и сделать вывод о воздействии человека и климата на режимы огня.

Российские и зарубежные учёные изучают особенности пожарной динамики в бореальных лесах и роль климата в формировании региональной пожарной активности Северной Европы. При Институте леса Федерального исследовательского центра "Карельский научный центр РАН" (г. Петрозаводск) действует дендрохронологическая лаборатория, являющаяся частью международной сети, в которой участвуют исследователи из России, Канады, Швеции, Франции. Первый шаг к сотрудничеству был предпринят в 2014 году, когда состоялась совместная экспедиция в национальный парк «Калевальский» (Республика Карелия). Группа собирала данные динамики пожаров на протяжении голоцена.  Нынешняя работа лаборатории полностью посвящена вопросам изучения и истории лесных пожаров, в ходе которой исследуются годичные кольца и повреждения камбиальной ткани. Лаборатория также использует палеохронологические данные, а именно – реконструкции, основанные на анализе углей в озерных отложениях.

Институт леса КарНЦ РАН совместно с коллегами из Института биологии Коми научного центра УрО РАН, Института экологии растений и животных УрО РАН, Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН, Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, а также дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института проводят реконструкцию истории лесных пожаров на территории России. Сейчас научная команда специалистов проводит обобщение данных по таежной зоне России и пытается определить связь между климатом и пожарной активностью. 

Международная (Россия, Франция, Швеция, Канада) экспедиция в НП «Калевальский», 2014 г. В первом ряду слева-направо: проф. Адам Али (Франция-Канада), проф. И. Дробышев (Швеция-Канада), проф. Кристель Эли (Франция), PhD студентка Н. Рыжкова (Россия-Канада)

Международная (Россия, Франция, Швеция, Канада) экспедиция в НП «Калевальский», 2014 г. В первом ряду слева-направо: проф. Адам Али (Франция-Канада), проф. И. Дробышев (Швеция-Канада), проф. Кристель Эли (Франция), PhD студентка Н. Рыжкова (Россия-Канада)

Исследования лаборатории поддержаны в рамках проекта по гранту РФФИ «Динамика пожарной активности в таежных лесах на Северо-Западе России: дендрохронологический анализ и моделирование пожаров при изменениях климата» (с 2020 по 2023 гг.). Руководитель работ – Игорь Дробышев, ответственные исполнители – аспирант и младший научный сотрудник лаборатории динамики и продуктивности таежных лесов Института леса КарНЦ РАН Нина Рыжкова и к. б.н.,  научный сотрудник Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (г. Москва) Алексей Алейников. Полевые экспедиции пройдут в пределах европейской части России: национальный парк «Калевальский», Печоро-Илычский биосферный заповедник, Онежское Поморье, заповедник «Пасвик» Мурманской области, а также на территории «Вепсский лес». Ранее работы международной группы были поддержаны такими авторитетными научными фондами, как Belmont Forum, Nordic Council of Ministers и Swedish Research Council.

На фото – Игорь Дробышев – доктор биологических наук, доцент дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института (Алнарп) с аспиранткой Ниной Рыжковой

На фото – Игорь Дробышев – доктор биологических наук, доцент дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института (Алнарп) с аспиранткой Ниной Рыжковой

Одним из руководителей международной научной группы является Игорь Дробышев – доктор биологических наук, лидер исследований и фактический организатор дендрохронологической лаборатории в Институте леса Карельского научного центра РАН, доцент дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института (Алнарп). Он рассказал об изучении динамики пожаров, а также о том, как климат влияет на пожары и какова их роль в эволюции экосистем.

«Важность изучения лесных пожаров определяется несколькими обстоятельствами.   В первую очередь, пожар – это фактор естественной динамики лесов. Динамика пожаров в значительной степени определяет возобновление лесов и биохимические циклы в лесных экосистемах, оборот веществ, благодаря которому лес растет. Пожары создают эволюционный экологический контекст, в котором развиваются виды. Пожары свойственны любой экосистеме, где есть горючее, однако их интенсивность, частота и размеры варьируют. Бореальные (таежные) леса особенно подвержены пожарам, так как они находятся в том климате, который летом достаточно сухой. Они продуцируют большое количество материала, который хорошо горит, и находятся под воздействием тех относительно «сухих» воздушных масс, которые благоприятствуют возникновению пожаров.  То есть для пожаров нужны 3 предпосылки: горючее, условия, когда горючее может поддерживать горение, и источник возгорания.

Игорь Дробышев пояснил, какое значение имеет изучение динамики пожаров в бореальных лесах.

Пожары – один из процессов, которые приводят к выбросу СО2 и аэрозолей в атмосферу. И аэрозоли, и углерод влияют на температурный баланс. В случае аэрозолей меняется отражательная способность атмосферы, и фактически земля получает меньше солнечной энергии. Например, во время мощных извержений вулканов в год извержения и в последующий год наблюдается маленький прирост и негативная аномалия роста растений. Часто влияние климата происходит опосредованно, например, через изменение частоты и интенсивности пожаров.  В моделях мы видим, что такие опосредованные (не прямые) эффекты являются, в своем роде, катализатором климатически обусловленных изменений в жизни лесных экосистем».

Пожарище, возникшее после самого крупного лесного пожара в современной Швеции, случившегося в муниципалитете Сала (Sala) в 2014 году.  Пожар уничтожил лес на территории 14 000 га

Пожарище, возникшее после самого крупного лесного пожара в современной Швеции, случившегося в муниципалитете Сала (Sala) в 2014 году. Пожар уничтожил лес на территории 14 000 га

В чем состоит специфика региона Карелии для исследования бореальных лесов, в частности, для изучения пожарной активности?

«Особенность карельских лесов в том, что здесь много хвойных пород, которые в целом благоприятствуют пожарной активности. В то же время, в Карелии сохранилось много старых лесов, как на охраняемых территориях, так и за их пределами. Старые леса – важный источник материала для дендрохронологических исследований. В таких лесах наши хронологии охватывают, как правило, последние 400-700 лет и имеют сезонное разрешение. Длина хронологии определяется, прежде всего, наличием мёртвой древесины, так как возраст живых деревьев не превышает, как правило, 200 лет. В перспективе, это даст нам возможность восстановить историю пожаров на значительной части территории Республики Карелия. Большой интерес будет представлять анализ этих данных совместно с данными по заселению региона, его культурному и экономическому развитию», – отмечает ученый.

Говоря о причине лесных пожаров, Игорь Дробышев обращает внимание, что «пожары – это, прежде всего, естественный процесс.  Хотя причиной большинства пожаров в современных лесах является антропогенный фактор, существуют естественные источники возгорания, например сухие грозы. Важно иметь в виду, что для того чтобы огонь распространился на большую территорию,   нужен ряд условий. Прежде всего, сухое горючее на значительной части лесного ландшафта и сухая ветреная погода. Оба фактора определяются климатом и погодными условиями, на которые человек не оказывает прямого воздействия.

В Канаде 3 % пожаров ответственны за 95-97% пройденных огнем территорий. Эти пожары возникают благодаря погодным условиям, которые высушили «лесное горючее» на значительных территориях. Подход к тушению пожаров должен быть основан на анализе эффективности, доступности ресурсов для тушения и рисков для пожарников. Во всей таежной зоне тушение больших пожаров отличает низкая эффективность и большие риски для жизни людей, занимающихся их тушением. В Канаде, например, много пожаров не тушится вообще, так как они распространяются по территориям, где нет ни поселений, ни инфраструктуры. Самый большой пожар в современной Швеции, распространившийся в муниципалитете Сала в 2014 году, был потушен только после того, как на смену сухой и ветреной погоде пришли дожди».

Чтобы понять, какие факторы определяют динамику роста бореальных лесов, специалисты занимаются дендрохронологической реконструкцией пожарного режима. Игорь Дробышев разъясняет, как собираются данные для таких реконструкций:

«В каждом из районов исследований мы создаем сеть участков, покрывающую территории размером в несколько сотен квадратных километров. На участках, размер которых составляет от одного до нескольких гектаров, мы ищем деревья, которые пережили пожары и «записали» их в виде пожарных подсушин. Подавляющее большинство наших образцов – это мёртвая древесина: пни, колоды и сушины. Мёртвая древесина позволяет нам уходить с нашими реконструкциями в глубину веков. В большинстве исследованных регионов мы реконструируем пожары на протяжении последних 500 лет. Реконструкции дают информацию о размере пожаров, их сезонности, а также площади, которая сгорела в разные периоды. Узнать непосредственную причину каждого пожара невозможно, однако совместный анализ пожарной хронологии с реконструкциями климата, позволяет достаточно точно оценить роль погодных условий в их возникновении. Понимание того, как совместное влияние климата и человеческой деятельности формирует пожарный режим, исключительно важно для прогнозирования пожаров в будущем. Модели, основанные на исторических данных, позволяют нам откалибровать влияние обоих факторов и проанализировать разные сценарии развития ландшафта – как в плане климата, так при разных режимах лесопользования».

Пожарная подсушина на образце сосны.  Подсушины возникают при повреждении камбия высокими температурами при пожарах

Пожарная подсушина на образце сосны. Подсушины возникают при повреждении камбия высокими температурами при пожарах

Образец сосны из Печеро-Илычского заповедника с отмеченными “pointer years”,  реперными годами 1531 и 1538, отличающихся блеклой поздней древесиной кольца.  Такие годы часто помогают датировать образцы мёртвой древесины

Образец сосны из Печеро-Илычского заповедника с отмеченными “pointer years”, реперными годами 1531 и 1538, отличающихся блеклой поздней древесиной кольца. Такие годы часто помогают датировать образцы мёртвой древесины

Как подчеркивает ученый, «климат меняется, но эти изменения варьируют от региона к региону. Во многих из них мы прогнозируем усиление пожарной активности, что, скорее всего, еще больше уменьшит наши возможности в плане тушения пожаров. Изменение структуры лесов, например, увеличение доли лиственных пород в древостоях, может быть одной из наиболее экономически и экологически оправданных стратегий».

Образец сосны с многочисленными пожарными подсушинами

Образец сосны с многочисленными пожарными подсушинами

В ходе исследований, проведенных группой Дробышева, была выдвинута гипотеза о существовании связи между климатом, состоянием Северо-Атлантического океана и динамикой лесных пожаров в лесах Северной Скандинавии.

Как холодный климат способствует пожарной активности?

По словам Дробышева, «похолодание Северной Атлантики уменьшает западный перенос, т.е. интенсивность переноса влажного воздуха к Скандинавскому полуострову из Атлантики. Он, в свою очередь, смещается в более южные регионы Европы, и на севере, в результате этого начинают доминировать сухие массы арктического происхождения, формируя зоны высокого атмосферного давления. В результате, в лесах Скандинавии устанавливается сухая погода, благоприятствующая пожарам. Интересно, что корреляция между пожарной активностью и температурой воды Северной Атлантики наблюдается уже ранней весной, в марте и апреле, т. е. до начала сезона пожаров. Эта закономерность прослеживается как на уровне отдельных сезонов, так и на уровне десятилетий и столетий. Насколько данные закономерности определяют пожарную активность Карелии еще не известно».

Каковы главные результаты дендрохронологических исследований лесных экосистем Республики Карелия?

«Главный результат может звучать парадоксально. В лесах Северной Европы  пожарная активность была значительно выше в прошлом, чем сейчас. Это связано как с климатом, который был более благоприятным для пожаров, так и с исчезновением практики использования огня в лесном хозяйстве. В первую очередь, это относится к подсечному земледелию и углежжению – обе практики  приводили к пожарам. Сегодня в североевропейских лесах мало пожаров, хотя климат движется в сторону большей сухости и пожарная активность будет расти. В силу важности пожаров для поддержания лесных экосистем лесные службы многих стран проводят контролируемые, преимущественно низовые, пожары. Такая практика распространена, например, в Швеции, где лесные компании должны проводить пожары на определенной доли территории, находящейся под их управлением. Охрана леса от пожара имеет как положительные, так и отрицательные стороны. К последним относятся чрезмерное накопление «лесного горючего», исчезновение видов, возобновляющихся на гарях и, как результат, смена пород в древостое. Требуется более гибкий и экологически обоснованный подход к проблеме лесных пожаров. В частности, стратегии, допускающие беглые низовые пожары, особенно в природных охраняемых территориях, могут рассматриваться как одна из альтернатив, которая уменьшит вероятность возникновения больших неконтролируемых пожаров», – размышляет Игорь Дробышев.

Так выглядит лес в южной Швеции через десять лет после контролируемого пожара, проведенного с целью сохранения биоразнообразия.  Природный резват Смедиевик (NR Smedjevik)

Так выглядит лес в южной Швеции через десять лет после контролируемого пожара, проведенного с целью сохранения биоразнообразия. Природный резват Смедиевик (NR Smedjevik)

 

бореальные леса игорь дробышев – доктор биологических наук лидер исследований и фактический организатор дендрохронологической лаборатории в институте леса «карельского научного центра ран» изменение климата институт биологии коми научного центра уро ран институт биологических проблем криолитозоны со ран институт леса карнц ран институт экологии растений и животных уро ран лесные пожары лесные экосистемы сибирский институт физиологии и биохимии растений со ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.