Лесная пирология и её задачи

ВВЕДЕНИЕ Важнейшей функцией лесного хозяйства является сбережение и приумножение лесных ресурсов. Лесные пожары ежегодно наносят огромный экологический и экономический ущерб. Предотвратить возникновение лесных пожаров, использовать эффективные методы и средства борьбы с ними, принять адекватные меры снижения ущерба от пожаров – важнейшие задачи современного лесохозяйственного производства. Помочь в их решении призвана наука о лесных пожарах – лесная пирология. Настоящее учебное пособие подготовлено с учетом опыта преподавания лесной пирологии на кафедре лесоводства Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета. Пособие предназначено для студентов бакалавриата Института леса и природопользования по направлению 35.03.01 “Лесное дело”, а также для преподавателей – руководителей и консультантов бакалаврских выпускных работ. 1. Лесная пирология и её задачи Лесная пирология – наука о природе лесных пожаров и вызываемых ими последствиях, о методах профилактики лесных пожаров и способах борьбы с ними. В Лесотехническом университете “Лесная пирология” как самостоятельная учебная дисциплина была выделена из курса «Лесоводство» в 1978 году. Её преподавание стало возможным благодаря накопленным в результате активных научных исследований знаниям по лесопожарной проблеме. Научная разработка проблемы борьбы с лесными пожарами в нашей стране получила развитие с 1930-х годов. В 30-е и послевоенные годы проводились широкие исследования природы лесных пожаров и их последствий, закладывались теоретические основы лесной пирологии (И.С. Мелехов, А.А. Молчанов, П.П. Серебренников, В.В. Матрёнинский, В.Г. Нестеров). В ЛенНИИЛХе были начаты опыты по тушению пожаров с применением химических средств борьбы при помощи опрыскивателей. Впервые в мировой практике в борьбе с пожарами начали применять десантирование пожарных с помощью парашютов. Работы в этом институте были значительно расширены в 60-е годы прошлого века, сначала под руководством Г.А. Мокеева, а затем Е.С. Арцыбашева. Обширные исследования проводились также в Институте леса и древесины Сибирского отделения АН СССР под руководством Н.П. Курбатского. Лесная пирология опирается на комлекс наук о лесе (лесоведение, лесоводство, лесное почвоведение, лесные культуры и др.) и общенаучные дисциплины – метеорологию, физику, химию, математику. Наибольшее развитие лесная пирология получила в России, США и Канаде. Сложность решения проблемы борьбы с лесными пожарами, необходимость использования арсенала современных технических средств определяют потребность в подготовке высококвалифицированных специалистов в этой области. Основными задачами лесной пирологии являются: - выявление причин горимости лесов; - изучение условий возникновения и развития лесных пожаров; - изучение последствий лесных пожаров; - разработка мер противопожарной профилактики в лесу; - разработка эффективных методов обнаружения, локализации и туше- ния лесных пожаров; - совершенствование технических средств тушения пожаров; - оптимизация структуры и деятельности лесопожарных служб; - оценка ущерба от лесных пожаров и лесохозяйственные меры его снижения; - использование в лесохозяйственной практике управляемого огня. 2. ЛЕСОПОЖАРНАЯ ПРОБЛЕМА По масштабу и характеру воздействия на леса пожары являются одним из доминирующих факторов, определяющих структуру и динамику лесного фонда России. Предотвратить возникновение лесных пожаров, использовать эффективные методы и средства борьбы с ними, принять адекватные меры снижения ущерба от пожаров – важнейшие задачи современного лесохозяйственного производства. Лесные пожары были в прошлом и будут в обозримом будущем, так как невозможно вырастить леса невосприимчивыми к огню. Лес не может не гореть – он представляет собой сплошь органическое вещество. Пожары характерны для всех лесных стран, но наибольшая острота лесопожарной проблемы – в государствах с континентальным климатом и преобладанием в лесах хвойных пород. Огонь – и разрушитель, и созидатель леса. Уничтожая толстую лесную подстилку, моховой и травяной покров, огонь создаёт благоприятные условия для прорастания семян древесных пород, появления самосева ценных хвойных видов, особенно сосны, лиственницы. С другой стороны, в огне гибнет молодняк хвойных пород; после пожаров нередко происходит возобновление малоценных видов. Пожары вносят существенные и часто противоречивые изменения в численность и состав лесной фауны. Огонь уничтожает полезных представителей фауны и тем самым понижает устойчивость леса, но одновременно он уничтожает вредных насекомых. Огонь влияет на санитарное состояние леса, причем и здесь его роль неоднозначна. Травмируя деревья и их корневые системы, огонь способствует образованию ветровала и бурелома, возникновению болезней деревьев, размножению вредной энтомофауны. Но одновременно пожар уничтожает источники грибной инфекции, приводит к отмиранию отставших в росте деревьев, ускоряет естественное самоизреживание древостоя. Площади, пройденные лесными пожарами, называют горельниками. Огонь в лесу – друг, нередко спаситель человека, когда огонь послушен его разуму и умелым рукам. Но он становится страшным и безжалостным врагом человека, если вырвется из повиновения ему. Огонь как экологический фактор периодически воздействует на растения – с тех пор, как на суше появилась растительность (около 400 млн. лет назад). Причинами пожаров чаще всего были грозы. На единицу поверхности суши, покрытой лесами, приходится почти в 100 раз больше ударов молний, чем на ту же площадь в океане. Причина в том, что растения ионизируют воздух, снижая его электрическое сопротивление. В тропических лесах количество молниевых разрядов достигает за год 50 на один квадратный километр. В лесах умеренной зоны – на порядок меньше. Образование значительной части видов растений на протяжении сотен миллионов лет происходило “в огне пожаров”. В результате лесные экосистемы оказались приспособленными к влиянию этого фактора. Например, в бореальных лесах под влиянием пожаров большие площади занимают пирогенные породы – сосна, лиственница. Сформировались характерные циклы послепожарных сукцессий – смены темнохвойных, теневыносливых, неустойчивых к огню пород (ель, пихта) на светолюбивые светлохвойные (сосна, лиственница) и лиственные (берёза, осина). Типичны и обратные смены – при длительном отсутствии пожаров теневыносливые, появляясь под пологом светолюбивых пород, постепенно их вытесняют. До новых пожаров. Таким образом, биологическое разнообразие в девственных лесах поддерживалось благодаря динамике лесных экосистем, существовавшей в условиях естественной повторяемости лесных пожаров. С появлением человека, с развитием подсечной системы земледелия, при выжигании прошлогодней травы и стерни огонь начал перекидываться на леса, и в засушливые годы лесные пожары принимали характер бедствий. Особенно резко ухудшилась ситуация с появлением человека цивилизованного – царя и одновременно врага природы. Количество пожаров на планете возросло, по сравнению с естественным фоном, на порядок. К тому же леса оказались неприспособленными к резко возросшей частоте пожаров. Так, в неосвоенных лесах Восточной Сибири часто встречается прекрасное возобновление лиственницы на гарях, где не осталось ни одного старого живого дерева. Усыхающие после верхового пожара лиственницы успели до своего полного отмирания обсеменить гарь. При естественной частоте пожаров, возникающих от молний, через 50-100 лет, молодые лиственницы успевают до очередного пожара приобрести устойчивость к огню (толстая кора в нижней части ствола, высоко поднятая крона). В освоенных лесах возросшая частота пожаров (через 20-30 лет) губит лиственничный молодняк. При этом источники обсеменения отсутствуют, и горельник надолго превращается в безлесное пространство (кустарниковые заросли, болота и т.д.). Однако человек цивилизованный не только является виновником пожаров, он вынужден и тушить их. Пожары нарушают ведение хозяйства в лесах и их эксплуатацию, уничтожают природные ресурсы – древесину, ягодники, лекарственные растения, органическое вещество почвы и торф, создают угрозу поселениям и жизни людей, отравляют атмосферу. Последние данные мировой лесопожарной статистики свидетельствуют о том, что в большинстве лесных стран мира число пожаров за последние десятилетия резко возросло. Пожары повреждают или полностью уничтожают ежегодно в среднем не менее одного процента общей площади лесов, выбрасывают в атмосферу миллионы тонн продуктов сгорания. В последние годы, в связи с потеплением климата на планете, особое внимание уделяется влиянию массовых лесных пожаров на содержание углекислого газа в атмосфере. Согласно исследованиям американских ученых (Университет Аризоны), количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу при лесных пожарах, может достигать 50% от промышленных выбросов (в результате сжигания углеводородов). Ранее это количество оценивалось в 19%. Кроме того, исследователи отмечают, что пока ещё слабо изучено воздействие пожаров на верхние слои атмосферы. Частицы сажи, занесённые туда воздушными потоками, нагреваются прямой радиацией Солнца и дополнительно нагревают воздух. Всё это, вместе взятое, усиливает парниковый эффект атмосферы и влияет на глобальное потепление климата. Потепление климата, в свою очередь, является одной из причин увеличения количества и площади лесных пожаров. Другой причиной возрастания количества пожаров является рост мобильности населения, усиление антропогенной нагрузки на лесные территории. Возрос приток людей в леса для отдыха, сбора даров леса (ягод, грибов, лекарственных растений и т.п.), для охоты, рыбной ловли, туризма. Растёт количество различных изыскательских экспедиций (геолого-разведочных, геодезических и др.), усиливается эксплуатация недр, появляются новые населенные пункты в отдалённых лесных районах. Поэтому следует ожидать увеличения вероятности возникновения и распространения лесных пожаров в мировом масштабе. В США в 1894 г. лесные пожары уничтожили 6 городов и унесли сотни человеческих жизней. Пожар 1933 г. в штате Орегон охватил площадь около 130 тыс. га, огонь погубил леса из дугласии и других ценных пород, унёс человеческие жизни, погубил миллионы животных. Летом 1977 г. в штате Калифорния уничтожено огнём более 150 тыс. га лесов. В 2000 г. из-за крупных лесных пожаров в окрестностях Лос-Аламоса пришлось эвакуировать 20 тыс. человек, сгорело более 200 домов и погибло несколько человек. Эти пожары угрожали Лос-Аламосскому ядерному центру США. В 2002 г. общая площадь пожаров в США достигла 2,9 млн. га, сгорело более 2 тыс. домов и погибло 22 человека. В октябре 2008 г. в Калифорнии огонь уничтожил 165 тыс. га леса, сгорело около 2 тыс. домов, погибло 8 человек. Более миллиона человек были вынуждены покинуть свои дома. В США в последние годы ежегодно регистрируются десятки тысяч возгораний леса, а площадь, пройденная огнём, в среднем составляет 2,5 млн. га. В 2012 г. эта площадь достигла 3,8 млн. га. В октябре 2017 г. в результате лесных пожаров в штате Калифорния в огне погибли по меньшей мере 40 человек, еще около 900 пропали без вести. По числу жертв эти пожары стали самыми страшными в истории Калифорнии. Огнем были уничтожены не менее 5,7 тысяч домов и построек. Пожары в Калифорнии возобновлялись далее в ноябре-декабре 2017 г. Бедственный характер лесных пожаров в США в основном связан с характером самих лесов – наличием смолистых хвойных пород с длинной, легко воспламеняющейся хвоей. В Австралии периодически возникают крупные лесные пожары в эвкалиптовых лесах. Так, в 1953 г. публикация ФАО ООН, посвященная лесным пожарам в этой стране, начиналась словами: “Семьдесят одна человеческая жизнь потеряна. Шестьдесят девять заводов сгорели. Миллионы акров прекрасного леса почти неисчислимой ценности были уничтожены или сильно повреждены. Населённые пункты были стёрты в несколько минут. Заводы, дома, мосты, трамваи, машины сгорели до основания; люди, коровы, лошади, овцы уничтожались пожарами или задыхались в дыму”. Зимой 2008 г. в огне пожаров в эвкалиптовых лесах погибло более 160 человек. В отдельные годы территория уничтоженного и повреждённого огнём леса в этой стране превышает 2% всей лесопокрытой площади. Площадь лесов, пройденная огнём в Канаде, в последнее десятилетие составляет в среднем около 600 тыс. га в год. В 2012 г. эта площадь достигла 1,8 млн. га. Средняя площадь одного пожара составила 268 га. Из европейских стран высокая горимость лесов характерна для Испании, Португалии, Франции и Италии; низкая – для Норвегии, Швеции и Финляндии, где длительные засухи – редкое явление. На Ближнем Востоке высокая горимость наблюдается в Израиле и Турции. Лесные пожары – обычное явление для горных районов Чили, Перу, Аргентины, Бразилии и Кубы. Даже в странах с влажным субтропическим климатом в сухие периоды горят леса (Вьетнам, Лаос, Камбоджа и др.). Лесные пожары были всегда и на территории современной России. Никоновская Патриаршая летопись отмечает: 1094 год: “мнози боры возгорахуся сами и болота…”; 1364 год: “земля и воздух курящиеся над землёй…”; 1371 год: “сухомень же бысть тогда великая и зной и жар мног, яко за едину сажень пред собой не видети … а птицы падаху с воздуха на землю … звери не видяще по селом ходяху и по градам…”. В 1882 г. пожарами было охвачено всё Приморье. В 1908 г. горели леса от Томска до Красноярска вдоль железной дороги, пожар распространялся по 200 верст за день. В 1915 г. в Сибири пожары бушевали на территории в 14 млн. га с охватом древесного запаса не менее 1 млрд. м3. Дымом была покрыта площадь, равная территории Европы. Дым продержался до 50 дней, на три недели вызвав запоздание созревания хлебов. Много погибло людей; медведи в панике бродили возле сёл и городов. Олени спасались в реках рядом с людьми. Трава на лугах была покрыта слоем сажи. Очень сильно пострадали леса в европейской России в 20-е годы прошлого столетия. В 1920 г. бушевали пожары на севере Вологодской губернии, сгорело 2,7 млн. га лесов. В 1921 г. засуха охватила Поволжье, пожары погубили 300 тыс. га лесов. В 1923 г. в России сгорело 700 тыс. га, в 1924-м – 880, в 1925-м – 645, в 1926-м – 715 тыс. га лесов. В 1932 г. только на европейском Севере нашей страны лесные пожары охватили площадь более 700 тыс. га. Катастрофические лесные пожары возникли в Хабаровском крае в октябре 1976 г. Им предшествовала длительная засуха и высокая для октября температура воздуха (до +22оС). Ураганные ветры вызвали массовый ветровал; высокая температура и сухость воздуха увеличили скорость подсушки хвои и ветвей. Вместе с ураганным ветром со стороны китайских лесов пришёл вал огня, который быстро охватил большие площади лесов края. Местами скорость пожара составляла 30-40 км/ч, разлёт горящих углей достигал 700 м. Зарегистрирован случай, когда за 1 ч выгорела площадь около 150 тыс. га. Задымлённость атмосферы достигала 500 км в поперечнике. Пожары причинили колоссальный ущерб, были небывалыми по своей интенсивности и размерам. В центральных районах европейской части России в последние полвека наиболее крупные пожары бушевали в 1972, 1989, 1996 и 2010 гг. Они явились следствием экстремальных погодных условий, когда после сильной засухи возникали штормовые ветры. В таких условиях любой оставленный без присмотра очаг быстро превращался в верховой пожар огромной разрушительной силы. Летом 2010 г. температура воздуха в 38 субъектах европейской части РФ в течение 2-2,5 месяцев держалась значительно выше средних многолетних величин, что привело к сильнейшей атмосферной и почвенной засухам. Массовые верховые пожары начались в июле. 6 августа в Москве концентрация угарного газа в воздухе превышала допустимую норму в 3,6 раза. Дым от пожаров в отдельных местах поднялся до высоты 12 км, что бывает только при извержении вулканов. Катастрофические пожары уничтожили более миллиона гектаров лесных площадей в густонаселённых регионах Европейской России. По официальным данным, полностью или частично сгорело не менее 150 населенных пунктов, не считая дачных посёлков. Погибло в огне более 70 человек. Десятки тысяч человек стали жертвами совместного губительного влияния дыма и жары. Масштабные верховые лесные пожары действовали в Приморском крае в ноябре-декабре 2017 г. Причина – поджоги травы населением. Пожары возобновились в январе-феврале 2018 г. В ряде поселков повреждены линии электропередач, горят и жилые дома. Обычно пожароопасный период в регионе начинается не раньше весны, но в этом году из-за малоснежной ветреной зимы первые возгорания зафиксировали уже в январе.  Россия – одна из стран, где количество пожаров, возникших в результате деятельности человека, самое высокое. Причина этого – недостатки в воспитании, низкий уровень культуры, а также либерализм по отношению к нарушителям правил пожарной безопасности в лесах. Ущерб от пожаров в России усиливается труднодоступностью лесов, отсутствием дорог, недостатком сил и средств лесопожарных формирований. Высокая горимость наших лесов кроется также в несовершенстве лесного законодательства. До 2007 г. охрана лесов от пожаров осуществлялась централизованной государственной лесной службой. Лесной кодекс 2006 г. эту службу ликвидировал, ответственность за охрану лесов от пожаров возложил на субъекты РФ. За Агентством лесного хозяйства (Рослесхоз) осталось право распоряжаться субвенциями (т.е. средствами на проведение тех или иных работ), осуществлять пожарный надзор в лесах и координировать деятельность по охране лесов. МЧС России имеет свои задачи, не вправе бороться с пожарами в лесах, и подключается лишь тогда, когда ситуация становится катастрофической, пожары угрожают населённым пунктам, промышленным объектам и жизни людей. В настоящее время из 1,2 млрд. га лесного фонда России охраняется от пожаров лишь 65%. По данным космического мониторинга, в неохраняемых лесах ежегодно фиксируются пожары на 2-5 млн. га, а общая площадь пройденных пожарами лесов составляет 7-10 (до 14) млн. га в год. Если брать за основу объективные данные космического мониторинга, по относительной площади пожаров горимость только охраняемых лесов составит не менее 5 тыс. га на 1 млн. га лесной площади, т.е. даже в среднем является высокой (табл. 2.1). Т а б л и ц а 2.1 Оценка фактической горимости лесов Фактическая горимость Количество пожаров в расчёте на 1 млн. га за сезон (частота пожаров) Относительная площадь пожаров за сезон площадь пожаров, га на 1 млн. га % Низкая менее 5 менее 100 менее 0,01 Пониженная 6…20 101…300 0,01…0,030 Средняя 21…70 301…1000 0,03…0,10 Повышенная 71…200 1001…3000 0,10…0,3 Высокая 201…600 3001…10000 0,31…1 Чрезвычайная более 600 более 10000 более 1 В отдельные годы горимость достигает чрезвычайной степени (площадь горельников составляет более 1% территории лесного фонда страны). Увеличение количества возгораний в лесах России связано как с объективными процессами, такими, как глобальное потепление климата и хозяйственное освоение новых территорий, так и с низкой экологической культурой населения. Увеличение площади лесных пожаров в 2007-2017 гг., объясняется, в первую очередь, ликвидацией лесной охраны в стране. Таким образом, вопреки существовавшей ранее концепции самоотмирания проблемы лесных пожаров с ростом сознания и культуры населения, наблюдается её резкое обострение. В ближайшем будущем, если не принять решительных мер, эти негативные тенденции могут только усиливаться. Лесные пожары наносят огромнейший ущерб окружающей природной среде и лесному хозяйству. Виды ущерба можно условно разделить на экологический, лесоводственный и экономический. Экологический ущерб: • повреждение или полное разрушение лесных экосистем, что со- провождается нарушением их средообразующих и социальных функций, снижением устойчивости и биологического разнообразия лесов; - загрязнение атмосферного воздуха продуктами сгорания, что вызывает усиление парникового эффекта атмосферы, снижение энергетической освещённости прямой солнечной радиации, поглощение ультрафиолетовой части спектра, образование “грязных” туманов; - ухудшение микроклимата лесов и населенных пунктов, ухудшение ионизации воздуха; повышение концентрации в воздухе окиси углерода (угарного газа СО); - уничтожение ягодников, мест гнездований дичи. Лесоводственный ущерб: - ухудшение санитарного состояния повреждённых огнем насаждений; возникновение ветровала, бурелома; • повреждение или полное уничтожение подроста ценных хвойных пород; • повреждение или уничтожение органогенного слоя почвы, что вы- зывает заболачивание или эрозию почвы, снижение её плодородия, уменьшение ветроустойчивости деревьев; - разрастание на горельниках густого травяного (злаки, осоки) и мохового (кукушкин лён, сфагнум) покрова, что часто препятствует возобновлению хвойных пород; - распространение на горельниках очагов энтомовредителей и болезней леса. Экономический ущерб: - огромные затраты госбюджетных средств на борьбу с лесными пожарами; - повреждение или уничтожение домов и других строений в населенных пунктах; - повреждение или уничтожение растущей, а также заготовленной древесины на лесосеках и верхних складах(в штабелях); - сокращение запасов торфа – ценнейшего сырья в производстве удобрений, красителей, спиртов, кислот, ростовых веществ и др.; - ухудшение видимости в атмосфере, что приводит к затруднению движения на дорогах, в воздушном пространстве, по рекам и водоемам.