Введение

Степное Придонье – распространенное наименование важного аграрного региона, расположенного на юге Европейской России, преимущественно в административных границах Ростовской области (Доно-Донецкий лесомелиоративный район), площадью 101 тыс. км², пашни 8.8 млн. га, с населением более 4 млн. человек. Для борьбы с процессами опустынивания и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий здесь были созданы полезащитные насаждения общей площадью свыше 125 тыс. га, обеспечивающие защитную лесистость пашни в пределах 1.92 % – 3.28 %. Основная часть лесополос (72%) образована Robínia pseudoacácia L. В основном это ветрорегулирующие насаждения, плотной конструкции, III класса бонитета, I - III классов состояния, созданные по общепринятой для степной зоны технологии [3,4].

Антропогенная деятельность, жаркое степное лето (средняя температура воздуха +23 ⁰С), с преобладанием ясной погоды (продолжительность солнечного сияния 907 часов, суммарная солнечная радиация 2017 МДж/м²), количеством осадков около 152 мм / год и суховейными ветрами восточного румба скоростью 4-5 м/с, обуславливают высокий риск возникновения в агролесоландшафтах низовых пожаров средней и сильной интенсивности [2,3,11,13]. Аналогичная проблема отмечается и зарубежными авторами [15,16,17,18,19,20,21,22,23].

По официальным данным ГУ МЧС России по Ростовской области, в 2016 г. площадь ландшафтных пожаров в регионе составляла 1320 га, в 2015 г. – 1048 га, в 2014 г. – 1895 га [2]. Значительная часть возгораний в регионе фиксируется в районах протекания степных рек, в их излучинах. Это объясняется активным сельскохозяйственным использованием таких земель [2,3,14]. Наряду с общеизвестными хозяйственными (повреждение жилищ, уничтожение культурной растительности) и экологическими последствиями, огонь приводит к снижению мелиоративной эффективности полезащитных лесополос [3,7,8,12].

Требуют уточнения особенности пирогенного повреждения полезащитных лесонасаждений и закономерности распространения низовых пожаров в степных агролесоландшафтах, что необходимо для эффективной профилактики и борьбы согнём [1,12]. Для региона не дана оценка ущерба, причиняемого пожарами сельскохозяйственным землям, что препятствует определению размера инвестиций в агролесомелиорацию. Эти вопросы прорабатывались в ходе наших научных исследований, проводившихся в 2016 г.– 2019 г. на лесомелиорированных сельскохозяйственных угодьях Неклиновского и Матвеево-Курганского районов Ростовской области.

Методы исследования

Классы пожарной опасности в зависимости от условий погоды (КПО) устанавливали в июле –августе в соответствии со шкалой, утверждённой приказом Рослесхоза от 5.07.2011 г., № 287. Скорость распространения пожаров в агролесоландшафтах определяли в ходе их тушения, по высоте пламени и нагара на стволах деревьев лесополос [10], также пользовались инструкцией Рослехоза (приказ от 03.04.98 г., № 53), данными «ИСДМ-Рослесхоз». Площади пожаров устанавливали в соответствии с приказом МПР от 23.06.2014 г., № 275.

Пирогенные повреждения полезащитных насаждений оценивали по адаптированной классификации гарей [3,8]:

а) лесополосы - горельники с числом жизнедеятельных деревьев не более 10% - сильно повреждённые насаждения;

б) лесополосы, в которых сохранилось свыше 10 % жизнедеятельных деревьев - средне повреждённые насаждения;

в) насаждения, где полностью сохранился древостой или произошло единичное отмирание деревьев - слабо повреждённые насаждения.

В типичных робиниевых лесополосах - горельниках региона (таксационные показатели насаждений до пожаров устанавливались по данным инвентаризации агролесомелиоративных насаждений, выполненной в 2006 г. ООО НПЦ «Кадастр», уточнённым нами в 2016 г.) в соответствии с общепринятой методикой [9], были заложены по 5 пробных площадей, соответственно, в сильно, средне и слабо повреждённых огнём насаждениях. Перечислительная таксация на пробных площадях проводилась по апробированной методике, с определением запаса повреждённых огнём деревьев [3,4]. Классы состояния лесных полос оценивались по шкале [6].

Для учета надземной фитомассы в разной степени повреждённых лесополосах, в течение месяца после пожара по линии условного поперечного профиля в каждом ряду отбирали модельные деревья, массу которых разделяли на 3 фракции (ствол с корой, ветви, древесная зелень). Содержание сухого вещества устанавливали термовесовым методом в лабораторных условиях. Полученные значения сопоставляли с ранее опубликованными данными по фитомассе лесополос, не подвергавшихся воздействию пожаров в регионе, определяя количество выгоревшей растительной массы [4].

Живой напочвенный покров робиниевых полезащитных насаждений исследовали в соответствии с общепринятой методикой  на метровых пробных площадях, заложенных в трехкратной повторности в центральной части каждой из лесополос - горельников. Здесь изучали как видовое разнообразие травостоя, так и его надземную фитомассу в пересчёте на воздушно-сухое состояние [5].

При оценке ущерба от потерь насаждениями древесины руководствовались приказом Рослесхоза от 03.04.98, № 53 и постановлением правительства Ростовской области от 26.04.2012 г., № 316. Ущерб от снижения средообразующих функций лесных полос рассчитывали как произведение ущерба от потерь древесины на коэффициент экологической значимости насаждений (2.0). Оценивая ущерб окружающей среде от загрязнения продуктами горения лесополос, применяли постановление Правительства РФ от 13.09.2016 г. № 913, а так же коэффициент экологической ситуации и значимости состояния атмосферного воздуха для Ростовской области – 1.6 (утверждены Минприроды Российской Федерации 27 ноября 1992 г.). Расчёты вели в ценах 2019 г.

Результаты исследования

Низовые пожары возникали на неудобьях и сельскохозяйственных полях агролесоландшафтов в июле – сентябре. Основные горючие материалы на сельхозугодиях – сухостой травянистой растительности (Elytrigia repens L., Koeleria pyramidata L., Poa pratensis L., Festuca pratensis H., Dactylis glomerata L. и Phleum pratense L.), пожнивные остатки. Возгорания происходили в период с 11.00 до 17.00 по московскому времени, при КПО = III-IV и преобладающей скорости ветра восточного румба 4-5 м/с. Причина воспламенений – неосторожное обращение с огнём, работа сельскохозяйственной техники и автомобилей. В ходе исследований были изучены ландшафтные пожары площадью 240.63 га. Площади отдельных пожаров изменялись от 3.77 га до 38.91 га. Фронт огня на безлесных участках распространялся со скоростью 1-3 м/мин в западном направлении, заходя в полезащитные насаждения.

Анализ материалов лесоинвентаризации, а так же собственные исследования [3] позволили установить средние таксационные показатели робиниевых (основных) ветрорегулирующих лесополос места проведения исследований до повреждения низовыми ландшафтными пожарами: трассы лесополос расположены в направлении север – юг; состав 10Рб; высота насаждений 10.5 ± 0.2 м; диаметр стволов 11.0 ± 0.2 см; запас древесины 64.0 ± 0.8 м³/га; класс возраста IV; конструкция – плотная; количество рядов 4; ширина 12 м; средняя площадь 2.17 га; классы состояния I–III, насаждения IV класса в субрегионе исследований отсутствовали.

Математический анализ экспериментальных данных позволил получить зависимость распространения фронта низового ландшафтного пожара в полезащитных робиниевых лесонасаждениях от класса их состояния (1):

     (1)

где V_плп – скорость распространения фронта низового ландшафтного пожара в полезащитных робиниевых лесонасаждениях, м/мин; К – класс состояния полезащитных лесных полос. Графическое решение линейного уравнения (1) приводится на рисунке 1.

Риc. 1. Связь скорости распространения фронта низового ландшафтного пожара в полезащитных лесополосах с классом их состояния (состав насаждений 10 Рб; класс возраста IV; ширина 12 м; КПО = III - IV, скорость ветра 4-5 м/с.)

Особенности низовых пожаров в робиниевых лесополосах показаны в таблице 1.

Таблица 1

 Особенности пожаров в робиниевых полезащитных лесополосах степного Придонья

В лесополосах I класса состояния (инв. №№ 25, 26, 28, 30, 36), с участием здоровых деревьев в древостое свыше 75 %, скорость распространения пожара, по сравнению с открытыми участками сельскохозяйственных угодий, снижалась, практически, в 2 раза (менее 1 м/мин). В 3 случаях из 5 здесь происходила локализация низового огня. Это объясняется тем, что древесного горючего материала в виде валежника и сухостойных деревьев в таких лесополосах, практически, нет. Полог сомкнутых здоровых насаждений пропускает мало света к почве, что препятствует проникновению в лесополосы дополнительного горючего материала - степной травянистой растительности (её фитопродуктивность не превышает 106 г/м²), сухостойной к середине лета. Такие насаждения эффективно задерживают ветровой поток [3], что так же препятствует раздуванию огня в самих лесополосах. После низового ландшафтного пожара древостой насаждений жизнедеятельный, без признаков существенных пирогенных повреждений, что позволяет оценить лесополосы как слабо повреждённые.

В полезащитных лесополосах II класса состояния (инв. №№ 8,24,50,51,54; сухостойных деревьев в насаждениях 24 % - 49 %) низовой ландшафтный пожар распространяется со скоростью до 3 м/мин. Это объясняется тем, что такие лесополосы несущественно влияют на скорость ветрового потока [3], а количество горючего материала, по сравнению с насаждениями 1 класса состояния, здесь выше: сухостойная древесная растительность, среднепродуктивный (107 г/м² - 335 г/м²) живой напочвенный покров из степных трав, опад. Во всех 5 повторностях отмечался транзит низового пожара через робиниевые лесополосы, шириной 12 м. Жизнедеятельных деревьев после пирогенного повреждения здесь более 10%; живой напочвенный покров выгорает, практически, полностью. Это позволяет оценивать данные насаждения как средне повреждённые.

В полезащитных робиниевых насаждениях III класса состояния (инв. №№ 1,3,18,20,23; здоровых деревьев в лесополосах до пожара менее 50 %) скорость распространения низового огня возрастает практически в 2 раза (до 7 м/мин) по сравнению с сельскохозяйственными угодьями. Этому способствует захламлённость сухостойными и ослабленными деревьями робинии, температура горения которых достигает 708⁰С, активное зарастание подпологового пространства корневищными и корнеотпрысковыми сорняками с фитомассой более 336 г/м², сильная ветропроницаемость лесополос [3]. Во всех пяти повторностях низовой огонь быстро переходил через четырёхрядные робиниевые насаждения на примыкающие к ним с заветренной стороны сельскохозяйственные угодья – поля с пожнивными остатками и неудобья со степной травянистой растительностью. Жизнедеятельных деревьев в данных насаждениях после пожаров менее 10%; живой напочвенный покров выгорает. Такие лесополосы оценивались нами как сильно повреждённые.

Регрессионный анализ данных по динамике распространения низового огня в агролесоландшафтах Ростовской области позволил получить уравнение множественной регрессии, с высокой достоверностью описывающее зависимость площади пожаров от их длительности и класса состояния полезащитных лесополос: