Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

АНАЛИЗ ПИРОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГЕОСИСТЕМЫ ПРИОЛЬХОНЬЯ ПО МАТЕРИАЛАМ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ

Бибаева А.Ю. 1
1 ФГБУН «Институт географии им. В.Б. Сочавы» СО РАН
В работе рассматривается изменение состояния геосистем Приольхонья под действием пирогенного фактора в 2013–2015 гг. Исследование площадей, пройденных огнем, проводилось методом обучаемой классификации в среде ГИС с использованием космоснимков Landsat 8. Выявлено увеличение площадей гарей: в 2015 г. зафиксирована наибольшая площадь, пройденная пожарами, за последние 13 лет, начиная с 2003 г. В породной структуре площади погибших насаждений доминируют кедровники – 36 %, в меньшей степени затронуты огнем лиственничные – 17 % и сосновые – 12 % леса. На фоне трансформирующих факторов среды (потепление климата, снижение уровня воды оз. Байкал и др.) и антропогенного влияния (рекреационная нагрузка, выпас скота) пирогенное воздействие на геосистемы Приольхонья значительно усиливается, что приводит к резкому изменению структуры и скорости протекающих в них физико-географических процессов. В условиях изменчивой среды геодинамически активной зоны это воздействие на геосистемы Приольхонья может оказаться катастрофическим и привести к их необратимой трансформации.
пирогенный фактор
динамика геосистем
трансформация
физико-географические процессы
1. Агафонов Б.П. Распространение и прогноз физико-географических процессов в Байкальской впадине // Динамика Байкальской впадины. – Новосибирск: Наука, 1975. – С. 59–138.
2. Буфал В.В. Климат Приольхонья / В.В. Буфал, Н.Л. Линевич, Л.Б. Башалханова // География и природные ресурсы. – 2005. – № 1. – С. 66–73.
3. Бычков И.В. Регулирование уровня озера Байкал: проблемы и возможные решения / И.В.Бычков, В.М. Никитин // География и природные ресурсы. – 2015. – № 3. – С. 5–15.
4. Григорьев А.А.Закономерности строения и развития географической среды. – М.: Мысль, 1966. – 382 с.
5. Краснощеков Ю.Н. Трансформация серогумусовых почв сосновых лесов под влиянием пожаров в юго-западном Прибайкалье // Лесоведение. – 2011. – № 2. – С. 3–12.
6. Ландшафты юга Восточной Сибири. Карта. – М 1:1 500 000 / В.С. Михеев, В.А. Ряшин / под общ. ред. В.Б. Сочавы. – М.: ГУГК, 1977.
7. Максютова Е.В. Тенденции гидроклиматических изменений на Байкальской природной территории / Е.В. Максютова, Н.В. Кичигина, Н.Н. Воропай, А.С. Балыбина, О.П. Осипова // География и природные ресурсы. – 2012. – № 4. – С.72–80.
8. Работнов Т.А. Фитоценология. – М.: Наука Изд-во МГУ, 1983. – 383 с.
9. Роль пирогенного фактора в трансформации степных и лесных экосистем [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.rusnauka.com/28_NPM_2013/Ecologia/2_145568.doc.htm (дата обращения: 20.09.2016).

Проблема сохранения уникальных геосистем и рационального природопользования на Байкальской природной территории (БПТ) остается актуальной и активно обсуждается в настоящее время. Благодаря климатическому фактору 2014 год для оз. Байкал оказался катастрофически маловодным, приток воды в озеро составил всего 67 % от нормы, что способствовало снижению уровня воды в озере ниже минимально установленной отметки в 456 м [3]. Это повлекло за собой ряд негативных последствий, связанных со снижением уровня грунтовых вод в водосборном бассейне озера, сокращением площади водного зеркала, изменением микроклимата различных местоположений, снижением количества осадков, усилением его засушливости и пр.

Гидроклиматические исследования последних лет на БПТ [7] показали устойчивый рост годовых температур воздуха со скоростью 0,2–0,5 °С/10 лет, что на порядок превышает аналогичные коэффициенты, рассчитанные в среднем для Северного полушария; преобладает тенденция к снижению в изменении годовых величин сумм осадков. Вместе с тем на фоне потепления отмечается уменьшение континентальности климата за счет уменьшения годовых амплитуд температуры. Последний фактор усугубляет пирогенную обстановку в регионе: в 2014–2015 гг. регистрируются значительные площади, пройденные лесными и степными пожарами разной интенсивности. Особенно обширные площади гарей за указанный период сосредоточены в Ольхонском и Качугском административных районах Иркутской области. Наиболее тяжелые и значительные негативные последствия сказываются на уникальных геосистемах Ольхонского района, территориально полностью относящегося к водосборному бассейну оз. Байкал и его центральной экологической зоне. Все эти факторы в сочетании с резко континентальным климатом и специфическим мезоклиматом в условиях барьерной тени Приморского хребта Приольхонья ведут к нарушению устойчивости геосистем уникального региона и могут способствовать их коренной трансформации.

В рамках предполевого этапа работ с целью инвентаризации данных о площадях, пройденных пожарами, и их локализации, выбора маршрута и точек комплексного физико-географического описания выполнялись дешифрирование и анализ данных дистанционного зондирования земли (ДДЗЗ).

Материалы и методы исследования

В качестве модельного участка выбрана территория Приольхонья, расположенная в средней части западного побережья оз. Байкал, непосредственно напротив о. Ольхон. Район включает территории технического участка № 2 (колхоз «20-го съезда КПСС») Бугульдейского участкового лесничества, Сарминской дачи Ольхонского участкового лесничества Ольхонского лесничества Иркутской области и Онгуренского лесничества Прибайкальского государственного природного национального парка.

Климатические условия формируются в значительной степени под влиянием местных физико-географических факторов, прежде всего орографии и водной массы озера [2], обеспечивающих проявление барьерно-теневого, аридно-котловинного и подгорного эффектов. Горный рельеф обеспечивает [4] однонаправленный характер протекающих здесь физико-географических процессов, неравномерность распределения и спорадичность проявления по территории. Все эти факторы позволяют существовать на ограниченной территории контрастным по природным условиям классам геомов [6]: гольцовым горнотундровым и подгольцовым Байкало-Джугджурским, горнотаежным Байкало-Джугджурским (светлохвойным) и Южносибирским (темнохвойным), центральноазиатским степным даурского типа, подгорным лугово-болотным.

Для выявления территорий, подверженных пирогенному фактору, вычисления площадей гарей использовались разновременные данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ) за период 2013–2015 гг. Источником информации о породном составе лесов, подверженных горению в указанный период, послужили лесотаксационные материалы М 1:25 000 Агентства лесного хозяйства Иркутской области (АЛХИО) и Прибайкальского государственного природного национального парка (ПНП). Дешифрирование ДДЗЗ выполнялось в рамках предполевого этапа работ по оценке ущерба и мониторингу восстановительных смен растительности и состояний геосистем выбранной территории, целью которого является выявление механизмов самоорганизации геосистем.

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно полученным данным общая площадь территорий, подверженных горению, составила: в 2013 г. – 0,29 км2, в 2014 г. – 24,7 км2, в 2015 г. – более 178 км2. Согласно карте «Мезоклиматы Приольхонья» [2] основная часть пожаров отмечена на территории с отсутствием или низким влиянием водной массы озера Байкал на мезоклимат геосистем. Обращает на себя внимание тот факт, что очаги возгорания фиксируются на территории Качугского района, откуда огонь переходит и распространяется на территорию Ольхонского административного района.

В 2014 году в Приольхонье воздействию огня подверглись геосистемы в границах Онгуренского лесничества ПНП в пределах водосборного бассейна р. Зундук (верховья рек Правый и Левый Зундук) на высотах 1000–1550 м над у.м. Их микроклиматические особенности определяются положением за пределами зоны влияния водной массы оз. Байкал и характеризуются [2] сравнительно низкими температурами воздуха в летний период (продолжительность безморозного периода – 70–90 дней, сумма положительных температур выше 10 °С – менее 800), повышенным количеством осадков (500–800 мм) и значительной повторяемостью сильных ветров (среднегодовая скорость ветра 3–4 м/с). Наиболее сильно пострадали геосистемы выровненных поверхностей редколесные из кедра (коренные) и склоновые кедровые с подлеском из кедрового стланика (мнимокоренные) на нижнепротерозойских породах иликтинской свиты (хлоритовых сланцах, филлитах, метаморфизированных полевошпатово-кварцевых песчаниках и гравелитах, порфиритах, доломитовых известняках). На их долю приходится более 71 % площади поражения огнем. Около 23 % площади горения приходится на геосистемы вершинных поверхностей и склонов подгольцовые кустарниковые с кедровым стлаником на нижнепротерозойских интрузиях (порфировидных, средне- и мелкозернистых аляскитоидных гранитах). Склоновые лиственничные травяно-кустарниковые и склоновые березовые травяно-кустарниковые леса восстановительной серии пострадали от пирогенного фактора в наименьшей степени – 4,5 % и 1,4 % соответственно. Долинные еловые перестойные, спелые и приспевающие леса на метаморфизированных песчаниках и гравелитах нижнего протерозоя практически не затронуты огнем – 0,03 % сгоревшей площади.

pic_61.tif

Площади, пройденные огнем в Приольхонье в период 2013–2015 гг. (по данным дешифрирования космоснимков Landsat 8)

В 2015 г. в Приольхонье зафиксирована наибольшая площадь, пройденная пожарами за последние 13 лет, начиная с 2003 года, – 178,5 км2. Пожары в лесном фонде на исследуемой территории отмечены в границах технического участка № 2 (колхоз «20-го съезда КПСС») Бугульдейского участкового лесничества, Сарминской дачи Ольхонского участкового лесничества Ольхонского лесничества Иркутской области и Онгуренского лесничества ПНП. В ландшафтном отношении деструктивному влиянию огня в этот период были подвержены геосистемы северо-восточной части Приольхонья от правого берега р. Улан-Хан до местности Зама – центральноазиатские горностепные, горнотаежные сосновые, горнотаежные темнохвойные ограниченного развития, подгольцовые темнохвойно-редколесные геомы.

В границах Сарминской дачи Ольхонского участкового лесничества прохождение пожаров фиксируется на площади 91 км2 в верховьях р. Сарма, р. Улан-Хан, в нижней части восточного макросклона Приморского хребта от правого берега р. Улан-Хан до юго-западной границы Онгуренского лесничества ПНП. На высотах 580–1300 м над у.м. горению подвержены геосистемы нижних частей склонов восточных экспозиций и подгорных равнин лиственнично-сосновые травяные остепненные на гнейсах, амфиболтитах и мраморах архея, на нижнепротерозойских породах иликтинской свиты (хлоритовых сланцах, филлитах, метаморфизированных полевошпатово-кварцевых песчаниках и гравелитах, порфиритах, доломитовых известняках). Согласно В.В. Буфалу с соавторами [2] мезоклимат характеризуется умеренным и слабым влиянием водной массы озера Байкал, большим количеством атмосферных осадков (250–400 мм в год) по сравнению с прибрежными территориями при той же теплообеспеченности.

В верхних частях склонов и водоразделах на высотах 1160–1600 м над у.м. воздействию огня были подвержены склоновые кедровые кустарниково-зеленомошные, подгольцовые редколесные из кедра, вершинных поверхностей и склонов с кедровым стлаником на нижнепротерозойских породах иликтинской свиты (хлоритовых сланцах, филлитах, метаморфизированных полевошпатово-кварцевых песчаниках и гравелитах, порфиритах, доломитовых известняках) и приморского комплекса (порфировидных, средне- и мелкозернистых аляскитоидных гранитах). Мезоклимат геосистем характеризуется сравнительно низкими температурами воздуха в летний период (ср. температура июля +12–14 °С), повышенным количеством осадков (500–800 мм) и значительной повторяемостью сильных ветров [2].

По ложбинам и долинам в верховьях водосборного бассейна р. Сарма воздействию огня подверглись долинные сосново-лиственничные с елью смешаннокустарниковые травяно-зеленомошные леса на аллювии пойм и низких надпойменных террас. Мезоклимат указанных таежных геосистем характеризуется как более теплый (средняя температура июля +15–17 °С) и влажный (годовая сумма осадков – 400–500 мм) по сравнению с предыдущим, ветры более слабые.

В пределах Бугульдейского участкового лесничества деструкции подвержены сосновые и лиственнично-сосновые с подлеском из рододендрона даурского травяные леса на биотитовых, биотитово-роговообманковых гнейсах, амфиболитах и кристаллических доломитах архея (мнимокоренные) – 91,5 % от площади горения, производные березовые травяно-кустарниковые леса восстановительной серии – около 3,5 %, мезоклимат которых определяется [2] пониженной теплообеспеченностью (ср. температура июля +12–14 °С, продолжительность безморозного периода 100–105 дней) и повышенным атмосферным увлажнением (годовая сумма осадков 300–400 мм). Степными пожарами было охвачено 0,58 км2 (58 га), что составляет около 5 %.

В границах Онгуренского лесничества ПНП на территории Приольхонья воздействию пожара подвержено около 87 км2 (8 665 га), что составляет более 42 %. В наибольшей степени пострадали подгольцовые редколесные из кедра (22 %), вершинных поверхностей и склонов с кедровым стлаником (32 %) на нижнепротерозойских породах приморского комплекса (порфировидных, средне- и мелкозернистых аляскитоидных гранитах) – 54 % от общей площади гарей. Склоновые лиственнично-сосновые травяные остепненные леса на нижнепротерозойских породах иликтинской свиты (хлоритовых сланцах, филлитах, метаморфизированных полевошпатово-кварцевых песчаниках и гравелитах, порфиритах, доломитовых известняках) – 38 %, производные березовые и осиновые травяно-кустарниковые леса восстановительной серии – около 8 %.

В контексте проводимого анализа следует отметить рост площадей, пройденных огнем, увеличение разрушительной силы лесных пожаров, причины которых могут лежать в изменении вещественно-энергетических потоков, ослаблении внутренних и внешних связей геосистем, вследствие ряда факторов – трендов глобального изменения климата, снижения уровня воды в оз. Байкал в период с 2014 по 2016 г. и связанных с ними изменений.

На фоне указанных трансформирующих факторов среды пирогенное воздействие на геосистемы значительно усиливается, что проявляется в ослабленности и, следовательно, повышенной горимости растительного компонента и приводит к резкому изменению структуры и скорости протекающих в них физико-географических процессов.

Согласно натурным наблюдениям Б.П. Агафонова [1] в гольцовом и подгольцовом поясах Приольхонья уничтожение огнем растительности и, прежде всего, кедрового стланика способствует резкой активизации ряда физико-географических процессов – выноса мелкозема путем поверхностного и внутригрунтового стока, формированию курумов, учащению обрушения одиночных глыб, более интенсивному метелевому переносу снега и формированию снежных карнизов, а следовательно, формированию еще больших снежных лавин; на субгоризонтальных поверхностях вследствие усиления испарения при обдувании ветрами и непосредственном воздействии солнечных лучей следует ожидать затухания процессов солифлюкции и массового смещения грунтов.

В пределах лесного пояса в верхних частях склонов и на водоразделах в кедровых кустарниково-зеленомошных лесах пирогенный фактор способствует таянию мерзлоты [1] как непосредственно при его термическом воздействии, так и через увеличение приходной части солнечной радиации вследствие сведения (возгорания, ветровала и др.) леса.

При уничтожении сосновых и лиственнично-сосновых травяных остепненных лесов огнем создаются условия для поверхностного сноса мелкозема и дефляции, на выпуклых и наветренных склонах уничтожаются рыхлые отложения вплоть до обнажения коренной породы. Вследствие засушливого климата в дальнейшем эти участки занимаются разреженной степной растительностью, при этом возобновление леса в течение длительного периода времени не наблюдается, что может свидетельствовать о трансформации геосистем, или развивается затяжная стадия, при которой восстановление проходит в несколько раз дольше [1].

Степень трансформационных изменений геосистем, скорость и полнота восстановления их исходного динамического состояния зависит также от типа пожара. При прохождении беглого низового пожара низкой интенсивности негативное влияние на геосистемы проявляется через эпизодическое изменение структуры фитоценозов, которая в дальнейшем восстанавливается до климаксового состояния. Это восстановление происходит быстрее в степных геосистемах, что связано с преобладанием здесь видов с органами вегетативного размножения, хорошо защищенными от действия огня (корневищные, луковичные, клубнекорневые).

Воздействие на геосистемы низовых устойчивых и беглых пожаров с высокой интенсивностью горения проявляется не только в структуре фитоценозов, но и в изменении качественного фракционного состава органогенных горизонтов почвы и их химических свойств [5]. Так, регулярные пожары в степях приводят к заметному уплотнению почвы, уменьшению ее водопроницаемости и воздухообмена, что способствует увеличению поверхностного стока [9] и развитию делювиального смыва и плоскостной эрозии.

Следует обратить внимание на интенсивность антропогенного воздействия в степях в связи с выпасом скота и рекреационной нагрузкой. Эти факторы крайне неблагоприятно сказываются на восстановлении внутренних и внешних связей геосистем и главным образом на восстановлении физических свойств поверхностного слоя почвы и надпочвенного покрова. По данным Т.А. Работнова [8], такое сочетание факторов может приводить к ухудшению физических свойств поверхностного слоя почвы и через 25 лет после прохождения пожара. Дальнейшее изменение климатических характеристик может привести к невосстановлению структуры геосистемы и ее трансформации при смене инварианта.

Верховые пожары в лесных геосистемах поражают древостой и способствуют образованию ветровала и бурелома, нарушают структуру комплекса физико-географических процессов.

Таким образом, современные и потенциальные физико-географические процессы в геосистемах Приольхонья после прохождения пожара разнообразны и зависимы от местных условий. Поскольку пожары, как правило, проходят в Приольхонье в летний и осенний период, когда содержание почвенной влаги минимально, то поражающее воздействие огня – как термическое, так и деструктивное – на структуру геосистем возрастает. Восстановление и трансформация геосистемной структуры территории после воздействия пирогенного фактора определяется также площадью, пройденной огнем. При этом степень потенциальной опасности невосстановления лесной растительности повышается с приближением к гольцовому поясу и на крутых склонах южной экспозиции.

Заключение

Огонь является одним из факторов, способствующих резкому изменению динамического состояния геосистем. При этом происходит ослабление или разрушение существующих взаимосвязей как в биоценозе, так и между компонентами геосистем.

Установлено, что за период с 2013 по 2015 годы деструктивному влиянию подверглось более 200 км2 территории Приольхонья. В породной структуре площади погибших насаждений доминируют кедровники – 36 %, в меньшей степени затронуты огнем лиственничные – 17 %, сосновые – 12 %, незначительно – березовые – 2 % и еловые – 0,07 % леса в силу их малого распространения.

Можно предположить, что резкий рост площадей, подверженных горению, в последние годы обусловлен комплексом факторов, включая увеличение засушливости климата Приольхонья в последние годы, рост популярности стихийного туризма в ранее мало доступные районы, слабую систему охраны лесов.

В условиях изменчивой среды геодинамически активной зоны и изменяющегося климата воздействие пирогенного фактора на уникальные геосистемы Приольхонья может оказаться катастрофическим и привести к их необратимой трансформации. Спрогнозировать смену состояний восстановительной динамики геосистем района исследований, согласованности процессов, способствующих изменению их самоорганизации – чрезвычайная сложная задача. Интерпретация данных, обеспечивающих всестороннюю характеристику современного состояния и возможных преобразований геосистем, представляет значительный интерес в понимании транформации геосистем Прибайкалья в целом.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-05-00902.


Библиографическая ссылка

Бибаева А.Ю. АНАЛИЗ ПИРОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГЕОСИСТЕМЫ ПРИОЛЬХОНЬЯ ПО МАТЕРИАЛАМ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 12-2. – С. 347-351;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36312 (дата обращения: 17.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074