Режим пожара — это закономерность, частота и интенсивность лесных и кустарниковых пожаров , которые преобладают на определенной территории в течение длительных периодов времени. [1] Это неотъемлемая часть экологии пожаров и возобновления определенных типов экосистем . Режим пожара описывает пространственные и временные закономерности и экосистемные воздействия пожара на ландшафт и обеспечивает комплексный подход к выявлению последствий пожара на уровне экосистемы или ландшафта. [2] Если пожары случаются слишком часто, растения могут погибнуть до того, как они созреют или до того, как они дадут достаточно семян для восстановления популяции. Если пожары случаются слишком редко, растения могут созреть, состариться и умереть, так и не выпустив свои семена.
Режимы пожаров могут меняться в зависимости от пространственных и временных изменений в топографии, климате и топливе. Понимание исторического режима пожаров важно для понимания и прогнозирования будущих изменений режима пожаров и взаимодействия между пожарами и климатом. [2]
Режимы пожаров характеризуются различными факторами, включая состав растительности, структуру топлива, климат и погодные условия, а также топографию . Поскольку режимы пожаров в значительной степени зависят от ландшафта и экосистемы, в которой они происходят, стандартной классификации режимов пожаров не существует. Однако характеристики, подобные описанным ниже, обычно используются для характеристики режимов пожаров в широком масштабе. [2] Другие факторы, такие как стадии сукцессии после нарушения и типы предыдущего управления ландшафтом, также могут использоваться для описания характеристик режима пожаров. Климат напрямую влияет на частоту, размер и интенсивность пожаров, а также на структуру и состав растительности. Режимы пожаров также зависят от топографии, экспозиции склонов, управления ландшафтом и возгорания (которое может быть вызвано человеком или молнией). [4] Животные являются еще одним агентом, способным влиять на режим пожаров и изменять его, изменяя факторы контроля пожаров, такие как количество, структура или состояние топлива. [5]
Хотя характеристики пожарных режимов могут различаться в зависимости от региональных различий, как минимум пожарные режимы характеризуются на основе оценки воздействия на растительность ( степень ) и того, когда и как часто происходят пожары в данном ландшафте (выраженные как интервал между пожарами и ротация пожаров ). Сила пожара - это воздействие пожара на экосистему , которое может включать в себя степень гибели растений, глубину ожога или другие факторы, которые могут быть специфичны для участка. Интервал между пожарами - это количество лет между пожарами, и он сильно зависит от пространственных масштабов. Ротация пожаров - это мера количества пожаров в ландшафте (количество времени, необходимое для сжигания площади размером с исследуемую территорию). Статистика ротации пожаров лучше всего подходит для больших территорий, на которых нанесены на карту исторические пожары. [6]
Другие классификации пожарных режимов могут включать тип пожара (например, низовые пожары, поверхностные пожары и верховые пожары), размер пожара, интенсивность пожара, сезонность и степень изменчивости в пределах пожарных режимов. Низовые пожары используют тлеющее горение для сжигания органического вещества в почве. Низовые пожары сжигают опавшие листья, опавшие ветки и наземные растения. Верховые пожары прожигают верхний слой листвы деревьев. [7] Интенсивность линии огня — это энергия, выделяемая на единицу измерения за единицу времени, и обычно является описанием пламенного горения. [4] Сезонность — это период времени в течение года, в течение которого может воспламеняться топливо определенной экосистемы. [8]
Режимы пожаров могут характеризоваться широким спектром пространственных и временных масштабов, которые могут варьироваться от узкоспециализированных до региональных масштабов и от нескольких лет до тысяч лет. Понимание изменчивости режима пожаров в этих масштабах имеет решающее значение для понимания режимов пожаров и достижения целей сохранения или управления. [9] Следует проводить различие между «историей пожаров» и «историческими режимами пожаров». История пожаров — более общий термин, который измеряет частоту пожаров в ландшафте. Не всегда возможно описать тип или серьезность этих прошлых пожаров в зависимости от доступности данных. Исторические режимы пожаров описывают характеристики пожаров в ландшафте, а также взаимосвязь и взаимодействие между структурой и процессами экосистемы. [2]
Недавняя история пожаров может быть записана на пожарных картах и атласах, часто с использованием дистанционного зондирования . Канадская национальная база данных пожаров представляет собой запись крупных пожарных событий с 1980 года, является первой общенациональной базой данных такого рода. Она включает точечные местоположения всех пожаров площадью более 200 га с 1959 по 1999 год. В Соединенных Штатах есть проект «Мониторинг тенденций в интенсивности пожаров» (MTBS), который использует спутниковые данные для картирования пожаров с 1984 года и далее. MTBS отображает интенсивность пожаров в пределах выжженных территорий и предоставляет стандарт по периметрам пожаров и интенсивности для всех пожаров в США. Заявки для таких проектов используются при моделировании взаимодействий между климатом пожаров и растительностью. [10]
Классификация Landscape Fire and Resource Management Planning Tools (LANDFIRE) — еще один пример системы картирования и моделирования, используемой в США, которая собирает и анализирует растительные, пожарные и топливные характеристики пожарных режимов в различных ландшафтах. LANDFIRE уникальна тем, что использует как исторические пожарные режимы, так и текущие пожарные режимы для анализа различий между прошлыми и настоящими характеристиками. Она описывает пожарные режимы на основе их частоты и интенсивности пожаров, что помогает обнаруживать изменения в пожарных режимах с течением времени, что полезно для оценки последствий пожарного климата в региональном и ландшафтном масштабах. [11]
Понимание исторических пожарных режимов может быть сложным, поскольку данные об истории пожаров не всегда надежны или доступны. Прошлые пожары можно идентифицировать с помощью анализа следов пожара на деревьях, возрастного распределения насаждений, образцов древесного угля или изменений растительности, наблюдаемых в течение длительных периодов времени. Изучение прошлых пожаров и исторических пожарных режимов дает возможность изучить тенденции в растительности и взаимодействиях пожаров и климата в течение длительного периода времени. Изменчивость и взаимодействие пожаров, климата и растительности в пожарных режимах можно изучить более подробно и в течение гораздо более длительных периодов времени (тысячи лет), а не только десятилетий, как это было сделано при изучении исторических записей о пожарах. Исследования обнаружили сильные корреляции между прошлым климатом и частотой и масштабом пожаров с использованием этих исторических методов старения пожаров. [12]
Хотя данные по истории пожаров полезны для понимания прошлых режимов пожаров, изменения в управлении пожарами, климате и растительности не позволяют продолжать те же самые режимы пожаров в будущем. Модели, которые изучают прошлые связи между пожарами и климатом, являются лучшими предикторами будущих изменений режима пожаров. [12]
Биота , способная выживать и адаптироваться к своим особым режимам пожаров, может получить значительные преимущества: способность восстанавливаться сильнее, большую защиту от пожаров и болезней или новое пространство для роста на ранее занятых местах. [1] По мере изменения режима пожаров виды могут начать страдать. [1] [13] Сокращение интервалов между пожарами отрицательно влияет на способность видов, погибших от пожаров, восстанавливаться до уровня, существовавшего до нарушения, что приводит к более длительному времени восстановления. Некоторые виды, такие как повторно прорастающие , лучше выдерживают изменяющиеся режимы пожаров по сравнению с облигатными сеятелями. Однако многие виды, погибшие от пожаров, могут быть неспособны восстановиться, если со временем сохраняются сокращенные интервалы между пожарами. [13] Удлиненные интервалы между пожарами отрицательно повлияют на виды, адаптированные к пожарам , некоторые из которых зависят от огня для размножения. В адаптированных к пожарам растительных сообществах с верховыми пожарами, заменяющими насаждения, пополнение происходит в первый год после пожара. [ необходима ссылка ]
Изменение климата повлияло на режимы пожаров во всем мире, при этом модели прогнозируют более высокую частоту пожаров и снижение роста растений в результате более теплого и сухого климата. Прогнозируется, что это повлияет, в частности, на невыносимые к пожарам древесные виды, в частности, за счет снижения пополнения, роста и выживания растений, что сокращает интервалы между пожарами в этих ландшафтах, вызывая уничтожение или вымирание растений. Недавняя модель, определяющая воздействие изменения климата и измененных режимов пожаров и растительных сообществ, прогнозирует, что вымирание древесных растений увеличится, что приведет к изменениям в структуре экосистемы, составе и хранении углерода. Прогнозируется, что взаимодействие пожаров и климата при изменяющемся климате снизит восстановление популяции растений, зависящих исключительно от производства семян для повторного заселения. По мере того, как климат становится более теплым и сухим, пополнение сеянцев может стать слабым или отсутствовать. Этот сдвиг пополнения после пожара означает, что уменьшение осадков приводит к увеличению засушливых или подверженных засухе лет, что приводит к снижению вероятности пополнения семян. Это снижение пополнения семян также усугубляется увеличением интенсивности пожаров. [15]
Прогнозируется, что более теплый климат увеличит пожарную активность и увеличит продолжительность пожарных сезонов во всем мире. Прогнозируется, что ежегодное количество дней с экстремальной пожарной погодой увеличится, поскольку повышение температуры, снижение относительной влажности, увеличение скорости ветра и увеличение количества сухого топлива приведут к более высокой интенсивности и серьезности пожаров. Эти изменения сократят интервалы между пожарами, что сократит время, необходимое растениям для накопления семян, и потенциально позволит отобрать более легковоспламеняющиеся виды. [16] Результат этих сдвигов интервалов между пожарами изучался во всем мире. Исследование, проведенное на юго-востоке Австралии, показало, что широко распространенные потери рябины после продолжительных сезонов лесных пожаров привели к сожжению 87% видового ареала. Последующие повторные сжигания незрелой рябины привели к полному отказу от регенерации и превращению лесного покрова в кустарники и луга. [17] Эти закономерности также были замечены в средиземноморских лесах западных регионов Северной Америки, где обитают чапарали . Эти климатические сдвиги в сочетании с повышенной частотой пожаров и более короткими интервалами между пожарами заставляют растительные сообщества изменять темпы роста, воспроизводства и снижать темпы пополнения после нарушения. [15]
Лесной пожар особенно важен в Австралии , где большая часть растительности развивалась в условиях регулярных пожаров, вызванных аборигенской практикой земледелия с использованием огненных палок . В результате компоненты растительности адаптируются и зависят от определенного режима пожара. Нарушение этого режима пожара может повлиять на их выживание. Примером вида, зависящего от режима пожара, является вид Banksia , который является как чувствительным к огню, так и поздним . У вида Banksia огонь также вызывает высвобождение семян, обеспечивая восстановление популяции. В идеальном режиме пожара растению необходимо иметь достаточно времени, чтобы созреть и сформировать достаточно большой банк семян, прежде чем следующий пожар убьет его и вызовет высвобождение семян. [ необходима цитата ]
Экорегион чапараля и лесов Калифорнии , охватывающий большую часть штата США , зависит от периодических естественных лесных пожаров для оптимального здоровья и обновления. [3] Исследование показало, что увеличивающееся взаимодействие сельской местности и городов и методы тушения лесных пожаров в прошлом веке привели к повышенной уязвимости к менее частым, более сильным лесным пожарам. Исследование утверждало, что тушение пожаров увеличило количество топлива в хвойных лесах. [4] При анализе базы данных истории пожаров штата Калифорния за 1910–1999 годы было фактически обнаружено, что частота пожаров и площадь выгорания не снизились, более того, размер пожара не увеличился. [18] Согласно исследованию, проведенному Геологической службой США , тушение пожаров чапараля, в отличие от тушения пожаров в хвойных лесах, не повлияло на естественный режим пожаров.
Одним из примеров инвазивного вида , изменившего режим пожаров в западной части Северной Америки, является Bromus tectorum . [19] Исторические интервалы повторения пожаров в полыни Snake River Plain составляли 60–110 лет, но в настоящее время из-за присутствия чира горит каждые 5 лет. [19] Чира является постоянным источником топлива, тем самым изменяя топливные характеристики экосистемы. Частые пожары затрудняют или делают невозможным полное восстановление местной растительности. [19]
Другой пример инвазивных видов, влияющих на режимы пожаров, можно найти в распространении бразильского перечного дерева ( Schinus terebinthifolia ) на местных растительных сообществах. Растение, произрастающее в Бразилии, Аргентине и Парагвае, было введено в качестве декоративного вида и теперь обосновалось в районах, находящихся далеко за пределами его естественного ареала. Популяции существуют в Австралии, Южной Африке, Средиземноморье, Южной Азии и юго-востоке Соединенных Штатов. Бразильский перец часто встречается на нарушенных почвах и субстратах и часто вытесняет местные растительные сообщества, создавая условия, подобные монокультуре . Южная Флорида около национального парка Эверглейдс особенно пострадала от его распространения, при этом некоторые исследования сообщают только о 7 видах на (6) участках площадью 100 м2 . По мере того, как бразильский перец перемещается в область, он создает подпологовый слой, который часто вытесняет травы и виды почвопокровных растений. Это изменяет растительный покров и плотность ландшафта, способствуя изменению режима пожаров. [21]
Бразильский перец адаптирован к пожарам и дает быстрорастущие побеги после пожаров, хотя размер растения и плотность насаждений важны для определения реакции после пожара, при этом молодые растения имеют более высокий уровень смертности. [21] Частота пожаров играет определенную роль в укоренении бразильского перца, при этом области частых пожаров демонстрируют более низкую численность растения по сравнению с областями, которые не регулярно сжигаются. Недавняя модель показала, что 4-летний интервал между пожарами уничтожит первоначальную популяцию из 100 женских особей перца в течение 25 лет. [22] В областях, где произрастает бразильский перец, режимы пожаров были значительно изменены из-за исключения пожаров и человеческого поселения. Исторически эти области подвергались частым пожарам низкой интенсивности. Бразильский перец может создавать затененный влажный подлесок и уменьшать мелкие топливные нагрузки в областях исторически частых пожаров, что, следовательно, увеличивает интервал между пожарами, тем самым отрицательно влияя на адаптированное к пожарам растительное сообщество. [21]
