stringtranslate.com

Пожарная экология

Старый пожар , горящий в горах Сан-Бернардино (снимок сделан с Международной космической станции )

Экология пожаров — научная дисциплина, изучающая воздействие пожаров на природные экосистемы . [1] Многие экосистемы, особенно прерии , саванны , чапараль и хвойные леса , развивались с учетом того, что огонь является важным фактором, способствующим жизнеспособности и обновлению среды обитания . [2] Многие виды растений в условиях пожара используют огонь для прорастания, укоренения или размножения. Подавление лесных пожаров ставит под угрозу не только эти виды, но и животных, которые от них зависят. [3]

Кампании по тушению лесных пожаров в Соединенных Штатах исторически сформировали общественное мнение, утверждающее, что лесные пожары вредны для природы. Однако экологические исследования показали, что огонь является неотъемлемым компонентом функционирования и биоразнообразия многих естественных сред обитания и что организмы в этих сообществах адаптировались, чтобы противостоять природным лесным пожарам и даже использовать их. В более общем плане пожар теперь рассматривается как «естественное нарушение», подобное наводнениям , ураганам и оползням , которое стимулирует эволюцию видов и контролирует характеристики экосистем. [4]

Тушение пожаров в сочетании с другими антропогенными изменениями окружающей среды могло привести к непредвиденным последствиям для природных экосистем. В некоторых крупных лесных пожарах в Соединенных Штатах винят многолетнюю борьбу с пожарами и продолжающуюся экспансию людей в адаптированные к пожарам экосистемы, а также изменение климата . [5] Землепользователи сталкиваются с трудными вопросами относительно того, как восстановить естественный режим пожара , но разрешение лесным пожарам гореть, вероятно, является наименее дорогостоящим и наиболее эффективным методом во многих ситуациях. [6]

История

Огонь сыграл важную роль в формировании растительности мира. Биологический процесс фотосинтеза начал концентрировать атмосферный кислород, необходимый для горения, в девонском периоде примерно 350 миллионов лет назад. Затем, примерно 125 миллионов лет назад, огонь начал влиять на среду обитания наземных растений .

В 20-м веке эколог Чарльз Купер выступил с призывом признать пожар экосистемным процессом.

Компоненты пожарной безопасности

Панорамная серия фотографий последовательности сосновых лесов Флориды
Комбинация фотографий, сделанных в фотозоне Florida Panther NWR. Фотографии панорамные и охватывают обзор на 360 градусов с точки наблюдения. Эти фотографии варьируются от периода до ожога до двух лет после ожога.

Пожарный режим описывает характеристики огня и то, как он взаимодействует с конкретной экосистемой. [7] «Серьезность» — это термин, который экологи используют для обозначения воздействия пожара на экосистему. Обычно его изучают с помощью таких инструментов, как дистанционное зондирование, которые могут определить оценку площади выгоревших территорий, серьезность и риск пожара, связанный с данной территорией. [8] Экологи могут определить это по-разному, но один из них — оценка смертности растений.

Пожары могут гореть на трех уровнях высоты. Низовые пожары прожигают почву, богатую органическими веществами. Поверхностные пожары сжигают живые и мертвые растительные материалы на уровне земли. Верхние пожары охватят верхушки кустарников и деревьев. Экосистемы обычно сочетают в себе все три фактора. [9]

Пожары часто вспыхивают в засушливый сезон, но в некоторых районах лесные пожары также часто случаются в то время года, когда преобладают молнии. Частота возникновения пожаров в определенном месте в течение нескольких лет является мерой того, насколько распространены лесные пожары в данной экосистеме. Он определяется либо как средний интервал между пожарами на данном участке, либо как средний интервал между пожарами на эквивалентной указанной территории. [9]

Интенсивность лесного пожара , определяемая как энергия, выделяемая на единицу длины линии пожара (кВт м -1 ), может быть оценена либо как

Плантация лучистой сосны сгорела во время лесных пожаров в горах Восточной Виктории в 2003 году , Австралия.

Абиотические реакции

Пожары могут воздействовать на почву посредством процессов нагрева и горения. В зависимости от температуры почвы в процессе горения будут происходить различные эффекты — от испарения воды в более низких температурных диапазонах до сгорания органического вещества почвы и образования пирогенного органического вещества, например древесного угля. [11]

Пожары могут вызвать изменения в питательных веществах почвы посредством различных механизмов, которые включают окисление, улетучивание, эрозию и выщелачивание водой, но для того, чтобы произошла значительная потеря питательных веществ, обычно событие должно происходить при высоких температурах. Однако количество биодоступных питательных веществ в почве обычно увеличивается из-за образующейся золы по сравнению с медленным высвобождением питательных веществ в результате разложения. [12] Растрескивание породы (или термическое отслаивание ) ускоряет выветривание породы и потенциально высвобождение некоторых питательных веществ.

Обычно наблюдается повышение pH почвы после пожара, скорее всего, из-за образования карбоната кальция и последующего разложения этого карбоната кальция до оксида кальция, когда температура становится еще выше. [11] Это также может быть связано с повышенным содержанием катионов в почве из-за золы, которая временно повышает pH почвы . Микробная активность в почве также может увеличиться из-за нагрева почвы и увеличения содержания питательных веществ в почве, хотя исследования также обнаружили полную потерю микробов в верхнем слое почвы после пожара. [12] [13] В целом, почвы становятся более щелочными (более высокий уровень pH) после пожаров из-за кислотного сгорания. Запуская новые химические реакции при высоких температурах, огонь может даже изменить текстуру и структуру почвы, влияя на содержание глины и пористость почвы .

Удаление растительности после пожара может вызвать несколько последствий для почвы, например, повышение температуры почвы в течение дня из-за увеличения солнечной радиации на поверхности почвы и усиление охлаждения из-за потери лучистого тепла в ночное время. Меньшее количество растений, способных перехватывать дождь, позволит большему количеству воды достичь поверхности почвы, а чем меньше растений будет поглощать воду, тем больше будет содержание воды в почве. Однако в сухом состоянии зола может быть водоотталкивающей, поэтому содержание и доступность воды могут фактически не увеличиться. [14]

Биотические реакции и адаптации

Две фотографии одного и того же участка соснового леса; у обоих видна почерневшая кора, по крайней мере, на полпути к деревьям. На первом снимке заметно не хватает поверхностной растительности, а на втором изображена небольшая зеленая трава на лесной подстилке.
Экологическая последовательность после лесного пожара в бореальном сосновом лесу рядом с болотом Хара, национальный парк Лахемаа , Эстония . Снимки были сделаны через год и два после пожара.

Адаптации к пожару — это черты растений и животных, которые помогают им пережить лесной пожар или использовать ресурсы, созданные в результате лесного пожара. Эти черты могут помочь растениям и животным повысить выживаемость во время пожара и/или воспроизвести потомство после пожара. И растения, и животные имеют множество стратегий выживания и размножения после пожара. Растения в экосистемах , подверженных лесным пожарам, часто выживают за счет адаптации к местному режиму пожаров . Такие приспособления включают физическую защиту от жары, усиление роста после пожара и использование легковоспламеняющихся материалов, которые способствуют возгоранию и могут устранить конкуренцию .

Например, растения рода эвкалипт содержат легковоспламеняющиеся масла, которые способствуют огню, а твердые склерофилловые листья устойчивы к жаре и засухе, обеспечивая их доминирование над менее огнестойкими видами. [15] [16] Плотная кора, опадание нижних ветвей и высокое содержание воды во внешних конструкциях также могут защитить деревья от повышения температуры. [17] Огнестойкие семена и резервные побеги , прорастающие после пожара, способствуют сохранению видов, олицетворением которых являются виды-пионеры . Дым, обугленная древесина и тепло могут стимулировать прорастание семян в процессе, называемом серотином . [18] Воздействие дыма от горящих растений способствует прорастанию других видов растений, вызывая выработку бутенолида апельсина . [19]

Растения

Ложковые сосновые шишки

Растения выработали множество приспособлений для борьбы с огнем. Из этих адаптаций одной из наиболее известных, вероятно, является пирисценция , при которой созревание и высвобождение семян полностью или частично запускаются огнем или дымом; такое поведение часто ошибочно называют серотином , хотя на самом деле этот термин обозначает гораздо более широкую категорию высвобождения семян, активируемую любым стимулом. Все пирицентные растения являются серотиновыми, но не все серотиновые растения являются пирицентными (некоторые из них являются некрисцентными, гирисцентными, ксерицентными, солисцентными или их комбинацией). С другой стороны, прорастание семян, активируемое триггером, не следует путать с пирисценцией; это известно как физиологический покой .

Например, в общинах чапараля в Южной Калифорнии листья некоторых растений покрыты легковоспламеняющимися маслами, которые способствуют сильному пожару. [20] Эта жара приводит к прорастанию активированных огнем семян (пример покоя), и молодые растения могут затем извлечь выгоду из отсутствия конкуренции в выжженном ландшафте. У других растений есть семена, активируемые дымом, или бутоны, активируемые огнем. Шишки сосны лоджовой ( Pinus contorta ), наоборот, пирицентные: они запечатаны смолой, которая плавится в огне, высвобождая семена. [21] Многим видам растений, в том числе теневыносливой гигантской секвойе ( Sequoiadendron giganteum ), требуется огонь, чтобы проделать в растительном пологе промежутки, пропускающие свет, что позволяет их саженцам конкурировать с более теневыносливыми саженцами других видов. и так утвердиться. [22] Поскольку их стационарный характер исключает возможность предотвращения пожара, виды растений могут быть только пожароустойчивыми, огнестойкими или огнестойкими. [23]

Непереносимость огня

Неустойчивые к огню виды растений, как правило, легко воспламеняются и полностью уничтожаются огнем. Некоторые из этих растений и их семена могут просто исчезнуть из сообщества после пожара и не вернуться; другие адаптировались, чтобы гарантировать, что их потомство доживет до следующего поколения. «Облигатные сеялки» - это растения с большими, активируемыми пожаром банками семян, которые быстро прорастают, растут и созревают после пожара, чтобы воспроизвести и обновить банк семян до следующего пожара. [23] [24] Семена могут содержать рецепторный белок KAI2, который активируется гормоном роста каррикином, выделяемым при пожаре. [25]

Устойчивость к огню. Типичное возобновление роста после лесного пожара в Австралии.

Огнестойкость

Огнестойкие виды способны выдерживать определенную степень горения и продолжать расти, несмотря на ущерб от огня. Эти растения иногда называют « респрутерами ». Экологи показали, что некоторые виды респатеров запасают в своих корнях дополнительную энергию, необходимую для восстановления и повторного роста после пожара. [23] [24] Например, после лесного пожара в Австралии дерево «Горная серая камедь» ( Eucalyptus cypellocarpa ) начинает давать массу побегов листьев от основания дерева до самой верхушки, придавая ему вид как черная палка, полностью покрытая молодыми зелеными листьями.

Огнестойкость

Огнестойкие растения мало повреждаются при характерном пожарном режиме. К ним относятся большие деревья, легковоспламеняющиеся части которых находятся высоко над поверхностью очага пожара. Взрослая сосна пондероза ( Pinus ponderosa ) является примером древесной породы, крона которой практически не страдает от повреждений во время пожара слабой силы, поскольку по мере взросления она сбрасывает свои нижние, уязвимые ветви. [23] [26]

Животные, птицы и микробы

Смешанная стая ястребов охотится внутри и вокруг лесного пожара.

Как и растения, животные обладают рядом способностей справляться с огнем, но они отличаются от большинства растений тем, что, чтобы выжить, им приходится избегать настоящего огня. Хотя птицы могут быть уязвимы во время гнездования, обычно им удается спастись от огня; действительно, они часто получают выгоду от возможности поймать добычу, спасающуюся от пожара, и быстро после этого повторно заселить сгоревшие районы. Фактически, многие виды диких животных во всем мире зависят от повторяющихся пожаров в пожарозависимых экосистемах, которые создают и поддерживают среду обитания. [27] Некоторые антропологические и этноорнитологические данные свидетельствуют о том, что некоторые виды хищников, добывающих огонь, могут намеренно разводить огонь, чтобы спугнуть добычу. [28] [29] Млекопитающие часто способны спастись от огня или искать укрытие, если могут зарыться. Земноводные и рептилии могут избегать огня, зарываясь в землю или используя норы других животных. В частности, земноводные способны укрываться в воде или очень влажной грязи. [23]

Некоторые членистоногие также укрываются во время пожара, хотя жара и дым могут привлечь некоторых из них, что приведет к их опасности. [30] Микробные организмы в почве различаются по своей жароустойчивости, но с большей вероятностью они смогут пережить пожар, чем глубже они находятся в почве. Также поможет низкая интенсивность огня, быстрое прохождение пламени и сухая почва. Увеличение количества доступных питательных веществ после тушения пожара может привести к образованию более крупных микробных сообществ, чем до пожара. [31] В целом более высокая жароустойчивость бактерий по сравнению с грибами позволяет разнообразию микробной популяции почвы меняться после пожара в зависимости от тяжести пожара, глубины проникновения микробов в почву и наличия растительного покрова. . [32] Некоторые виды грибов, такие как Cylindrocarpon destructans, по-видимому, не подвержены влиянию загрязнителей горения, которые могут препятствовать повторному заселению сожженной почвы другими микроорганизмами и, следовательно, имеют более высокие шансы пережить пожар, а затем повторно заселиться и вытеснить их. другие виды грибов впоследствии. [33]

Огонь и экологическая преемственность

Поведение пожара различно в каждой экосистеме, и организмы в этих экосистемах адаптировались соответствующим образом. Одним из общих выводов является то, что во всех экосистемах пожар создает мозаику различных участков среды обитания , причем участки варьируются от тех, которые только что сгорели, до тех, которые не были затронуты огнем в течение многих лет. Это форма экологической преемственности , при которой недавно сожженный участок проходит непрерывные и направленные фазы колонизации после разрушений, вызванных пожаром. [34] Экологи обычно характеризуют сукцессию через последовательно возникающие изменения в растительности. После пожара первыми видами, которые повторно заселятся, будут те виды, семена которых уже присутствуют в почве, или виды, у которых есть семена, смогут быстро проникнуть в сгоревшую зону. Как правило, это быстрорастущие травянистые растения, требующие света и не переносящие затенения. Со временем более медленно растущие, теневыносливые древесные породы будут подавлять некоторые травянистые растения. [35] Хвойные деревья часто являются ранними сукцессионными видами, а широколиственные деревья часто заменяют их в отсутствие пожара. Следовательно, многие хвойные леса сами зависят от повторяющихся пожаров. [36] Как природные, так и антропогенные пожары затрагивают все экосистемы: от торфяников и кустарников до лесов и тропических ландшафтов. Это влияет на структуру и функционирование экосистемы. Хотя естественным образом лесные пожары случались всегда, в последние годы частота лесных пожаров возросла быстрыми темпами. Во многом это связано с уменьшением количества осадков, повышением температуры и увеличением количества возгораний в результате деятельности человека. [37]

Различные виды растений, животных и микробов специализируются на использовании разных стадий этого процесса сукцессии, и, создавая эти разные типы участков, огонь позволяет большему количеству видов существовать в ландшафте. Характеристики почвы будут фактором, определяющим специфический характер адаптированной к пожару экосистемы, равно как и климат и топография. Разная частота пожаров также приводит к разным путям сукцессии; короткие интервалы между пожарами часто уничтожают виды деревьев из-за времени, необходимого для восстановления банка семян, что приводит к их замене более легкими видами деревьев, такими как травы и разнотравье. [38]

Примеры пожаров в разных экосистемах

Леса

doi.org/..

В лесном подлеске горят легкие и умеренные пожары , уничтожающие небольшие деревья и травянистый покров . Пожары высокой интенсивности охватывают кроны деревьев и уничтожают большую часть доминирующей растительности. Верховые пожары могут потребовать поддержки наземного топлива для поддержания огня в пологе леса (пассивные верховые пожары), или огонь может гореть в пологе независимо от какой-либо поддержки наземного топлива (активный верховой пожар). Сильные пожары создают сложную среду обитания ранних серальных лесов или коряги с высоким уровнем биоразнообразия. Когда лес часто горит и, следовательно, в нем накапливается меньше растительного мусора, температура подземной почвы повышается лишь незначительно и не будет смертельной для корней, которые лежат глубоко в почве. [30] Хотя на воздействие пожара на него влияют и другие характеристики леса, такие факторы, как климат и топография, играют важную роль в определении тяжести и масштабов пожара. [39] Пожары наиболее широко распространяются в засушливые годы, наиболее сильны на верхних склонах и зависят от типа растущей растительности.

Леса Британской Колумбии

В Канаде леса покрывают около 10% площади суши и при этом служат убежищем для 70% видов птиц и наземных млекопитающих страны. Режимы естественных пожаров важны для поддержания разнообразия видов позвоночных в двенадцати различных типах лесов Британской Колумбии . [40] Различные виды приспособились использовать различные стадии сукцессии, возобновления роста и изменения среды обитания, которые происходят после эпизода пожара, например, поваленных деревьев и мусора. Характеристики первоначального пожара, такие как его размер и интенсивность, приводят к тому, что среда обитания впоследствии развивается по-разному и влияет на то, как виды позвоночных могут использовать выгоревшие территории. [40] Изменение интенсивности лесных пожаров с течением времени изучалось за период с 1600 года в районе центральной части Британской Колумбии и согласуется с тушением пожаров с момента введения правил. [41]

Кустарники

Лесные пожары, вызванные молниями, являются частым явлением в кустарниках и лугах Невады .

Кустарниковые пожары обычно концентрируются в пологе и непрерывно распространяются, если кусты расположены достаточно близко друг к другу. Кустарники обычно засушливы и склонны к скоплению легколетучих видов топлива, особенно на склонах холмов. Пожары будут идти по пути наименьшего количества влаги и наибольшего количества мертвого горючего материала. Температура поверхности и подземной почвы во время пожара обычно выше, чем при лесных пожарах, поскольку очаги горения расположены ближе к земле, хотя она может сильно различаться. [30] Распространенные растения в кустарниках или чапарале включают мансаниту , сорочку и кисть койота .

Калифорнийские кустарники

Калифорнийский кустарник, широко известный как чапараль , представляет собой широко распространенное растительное сообщество низкорослых видов, обычно на засушливых склонах Калифорнийских прибрежных хребтов или западных предгорьях Сьерра -Невады . В этой ассоциации есть ряд распространенных кустарников и древесно-кустарниковых форм, в том числе салал , тойон , кофейная ягода и западный ядовитый дуб . [42] Восстановление после пожара обычно является основным фактором в ассоциации этих видов.

Южноафриканские кустарники Финбос

Кустарники финбос встречаются в небольшом поясе по всей Южной Африке . Виды растений в этой экосистеме весьма разнообразны, однако большинство из этих видов являются облигатными сеятелями, то есть пожар вызовет прорастание семян, и благодаря этому растения начнут новый жизненный цикл. Эти растения, возможно, одновременно превратились в облигатные сеялки в ответ на пожар и бедные питательными веществами почвы. [43] Поскольку пожары в этой экосистеме являются обычным явлением, а почва имеет ограниченное количество питательных веществ, для растений наиболее эффективно производить много семян, а затем погибать при следующем пожаре. Вложение большого количества энергии в корни, чтобы пережить следующий пожар, когда эти корни смогут извлечь небольшую дополнительную пользу из бедной питательными веществами почвы, будет менее эффективным. Вполне возможно, что быстрое время генерации, которое демонстрируют эти облигатные сеялки, привело к более быстрой эволюции и видообразованию в этой экосистеме, что привело к ее очень разнообразному растительному сообществу. [43]

Луга

Луга горят легче, чем лесные и кустарниковые экосистемы: огонь распространяется по стеблям и листьям травянистых растений и лишь слегка нагревает нижележащую почву, даже в случаях высокой интенсивности. В большинстве лугопастбищных экосистем огонь является основным способом разложения , что делает его решающим фактором в переработке питательных веществ . [30] В некоторых лугопастбищных системах огонь стал основным способом разложения только после исчезновения крупных мигрирующих стад бродячей или пасущейся мегафауны под давлением хищников. В отсутствие функциональных сообществ крупных мигрирующих стад травоядной мегафауны и сопутствующих хищников чрезмерное использование огня для поддержания луговых экосистем может привести к чрезмерному окислению, потере углерода и опустыниванию в уязвимых климатических условиях. [44] Некоторые луговые экосистемы плохо реагируют на пожар. [45]

Североамериканские луга

В Северной Америке адаптированные к пожарам инвазивные травы, такие как Bromus tectorum, способствуют увеличению частоты пожаров, что оказывает селективное давление на местные виды. Это вызывает беспокойство по поводу лугов на западе Соединенных Штатов . [45]

На менее засушливых пастбищах пожары в поселениях действовали совместно [46] с выпасом, создавая здоровую экосистему пастбищ [47], о чем свидетельствует накопление органического вещества почвы, значительно измененного пожаром. [48] ​​[49] [50] Экосистема высокотравных прерий во Флинт-Хиллз на востоке Канзаса и Оклахомы положительно реагирует на нынешнее использование огня в сочетании с выпасом скота. [51]

Южноафриканская саванна

В саванне Южной Африки на недавно выжженных участках появляются новые поросли, которые дают вкусный и питательный корм по сравнению со старыми и жесткими травами. Этот новый корм привлекает крупных травоядных животных с участков несгоревших и выпасаемых пастбищ, которые были сокращены из-за постоянного выпаса. На этих несгоревших «лужайках» способны сохраняться только те виды растений, которые приспособлены к интенсивному выпасу; но отвлечение внимания, создаваемое недавно сожженными участками, позволяет травам, непереносимым к выпасу, снова вырасти на временно заброшенных лужайках, что позволяет этим видам сохраняться в этой экосистеме. [52]

Длиннолистные сосновые саванны

Растение желтого кувшина зависит от повторяющихся пожаров в прибрежных равнинных саваннах и равнинах.

Большая часть юго-востока Соединенных Штатов когда-то была открытым длиннолистным сосновым лесом с богатым подлеском из трав, осоки, хищных растений и орхидей. В этих экосистемах наблюдалась самая высокая частота пожаров среди всех сред обитания - один раз в десятилетие или меньше. Без огня вторгаются лиственные лесные деревья, а их тень уничтожает и сосны, и подлесок. Некоторые из типичных растений, связанных с огнем, включают желтый кувшин и розовую погонию . Обилие и разнообразие таких растений тесно связано с частотой пожаров. Редкие животные, такие как черепахи-суслики и змеи цвета индиго, также зависят от этих открытых лугов и равнинных лесов . [53] Таким образом, восстановление пожаров является приоритетом для сохранения видового состава и биологического разнообразия. [54]

Пожар на заболоченных территориях

Многие виды водно-болотных угодий также подвергаются воздействию пожаров. Обычно это происходит в периоды засухи. В ландшафтах с торфяными почвами, например на болотах, сам торфяной субстрат может сгореть, оставляя ямы, которые наполняются водой в виде новых прудов. Менее интенсивные пожары удалят накопленный мусор и позволят другим водно-болотным растениям восстановиться из закопанных семян или корневищ. Водно-болотные угодья, подвергающиеся воздействию пожара, включают прибрежные болота , влажные прерии, торфяники , поймы рек , степные болота и равнинные леса . [55] Поскольку водно-болотные угодья могут хранить большое количество углерода в торфе, частота пожаров на обширных северных торфяниках связана с процессами, контролирующими уровень углекислого газа в атмосфере, а также с явлением глобального потепления. [56] Растворенный органический углерод (РОУ) в изобилии присутствует на водно-болотных угодьях и играет решающую роль в их экологии. Во Флориде Эверглейдс значительная часть DOC представляет собой «растворенный древесный уголь», что указывает на то, что огонь может играть решающую роль в экосистемах водно-болотных угодий. [57]

Пожаротушение

Огонь выполняет множество важных функций в экосистемах, адаптированных к пожару. Огонь играет важную роль в круговороте питательных веществ, поддержании разнообразия и структуре среды обитания. Подавление пожаров может привести к непредвиденным изменениям в экосистемах, которые часто оказывают неблагоприятное воздействие на растения, животных и людей, зависящих от этой среды обитания. Лесные пожары, которые отклоняются от исторического режима пожаров из-за тушения пожара, называются «нехарактерными пожарами». [ нужна цитата ]

Сообщества Чапараля

Пожарная машина приближается к тлеющим кустам во время пожара в Тамблвиде недалеко от Лос-Анджелеса, июль 2021 года.

В 2003 году в южной Калифорнии произошли мощные лесные пожары чапараля . Сотни домов и сотни тысяч акров земли загорелись. Экстремальные пожароопасные погодные условия (низкая влажность, низкая влажность топлива и сильный ветер) и накопление отмершего растительного материала в результате восьмилетней засухи способствовали катастрофическому исходу. Хотя некоторые утверждают, что тушение пожара способствовало неестественному накоплению запасов топлива, [58] подробный анализ исторических данных о пожарах показал, что это могло быть не так. [59] Мероприятия по тушению пожара не смогли исключить возгорание в чапарале южной Калифорнии. Исследования, показывающие различия в размере и частоте пожаров между южной Калифорнией и Нижней Калифорнией, использовались для предположения, что более крупные пожары к северу от границы являются результатом тушения пожаров, но это мнение было оспорено многочисленными исследователями и экологами. [60]

Одним из последствий пожаров 2003 года стало увеличение плотности инвазивных и чужеродных видов растений, которые быстро заселили выгоревшие территории, особенно те, которые уже сгорали в предыдущие 15 лет. Поскольку кустарники в этих сообществах адаптированы к определенному историческому режиму пожаров, измененные режимы пожаров могут изменить селективное давление на растения и отдать предпочтение инвазивным и чужеродным видам, которые лучше способны использовать новые послепожарные условия. [61]

Воздействие рыбы

Национальный лес Бойсе — национальный лес США, расположенный к северу и востоку от города Бойсе, штат Айдахо . После нескольких нетипично крупных лесных пожаров было отмечено немедленное негативное воздействие на популяции рыб, что представляет особую опасность для небольших и изолированных популяций рыб. [62] Однако в долгосрочной перспективе пожары, по-видимому, омолаживают среду обитания рыб, вызывая гидравлические изменения, которые усиливают наводнения и приводят к удалению ила и отложению благоприятного субстрата для среды обитания. Это приводит к увеличению популяций рыб после пожара, которые могут повторно заселить эти улучшенные районы. [62]

Огонь как инструмент управления

Прописанный ожог в Дубовой Саванне в Айове

Экология восстановления — это название, данное попытке обратить вспять или смягчить некоторые изменения, которые люди вызвали в экосистеме. Контролируемое сжигание – это один из инструментов, которому в настоящее время уделяется значительное внимание как средству восстановления и управления. Применение огня в экосистеме может создать среду обитания для видов, на которые негативно повлияло тушение пожара, или огонь может использоваться как способ борьбы с инвазивными видами, не прибегая к гербицидам или пестицидам. Однако ведутся споры о том, к чему должны стремиться землепользователи, чтобы восстановить свои экосистемы, особенно относительно того, будут ли это дочеловеческие или доевропейские условия. Использование огня коренными американцами , наряду с природным огнем, исторически сохраняло разнообразие саванн Северной Америки . [63] [64]

Короткотравная прерия Великих равнин

Сочетание интенсивного выпаса скота и тушения пожаров радикально изменило структуру, состав и разнообразие экосистемы короткотравных прерий на Великих равнинах , позволив древесным видам доминировать во многих областях и способствуя развитию непереносимых к огню инвазивных видов. В полузасушливых экосистемах, где разложение древесного материала происходит медленно, огонь имеет решающее значение для возврата питательных веществ в почву и позволяет лугам сохранять свою высокую продуктивность.

Хотя пожар может возникнуть в период вегетации или в период покоя, управляемый пожар в период покоя наиболее эффективен для увеличения травяного покрова и разнотравья , биоразнообразия и поглощения питательных веществ растениями в короткотравных прериях. [65] Однако менеджеры также должны учитывать, как инвазивные и неместные виды реагируют на пожар, если они хотят восстановить целостность местной экосистемы. Например, огонь может контролировать инвазивный василек пятнистый ( Centaurea maculosa ) в высокотравных прериях Мичигана только летом, потому что это время жизненного цикла василька, которое наиболее важно для его репродуктивного роста. [66]

Смешанные хвойные леса в Сьерра-Неваде США.

В смешанных хвойных лесах в Сьерра-Неваде США интервалы повторения пожаров колебались от 5 до 300 лет, в зависимости от региона. На более низких высотах интервалы повторения пожаров, как правило, были более частыми, тогда как на более высоких и влажных участках интервалы между пожарами были более длительными. Коренные американцы, как правило, устраивали поджоги осенью и зимой, а земли на возвышенностях обычно занимались коренными американцами только летом. [67]

Финские бореальные леса

Уменьшение площади и качества среды обитания привело к тому, что многие популяции видов были занесены в красный список Международного союза охраны природы . Согласно исследованию по управлению бореальными лесами Финляндии, улучшение качества среды обитания за пределами заповедников может помочь в усилиях по сохранению находящихся под угрозой исчезновения жуков, зависящих от валежной древесины. Этим жукам и различным видам грибов для выживания необходимы мертвые деревья. Старовозрастные леса могут обеспечить эту особую среду обитания. Однако большая часть бореальных лесных массивов Фенноскандинавии используется для заготовки древесины и поэтому не охраняется. Изучено применение контролируемого выжигания и сохранения деревьев на лесной территории с валежем и его влияние на находящихся под угрозой исчезновения жуков. Исследование показало, что после первого года содержания численность и богатство видов увеличились по сравнению с допожарной обработкой. В следующем году численность жуков продолжала увеличиваться на участках, где сохраняемость деревьев была высокой и было много валежной древесины. Взаимосвязь между борьбой с лесными пожарами и увеличением популяций жуков является ключом к сохранению этих видов, занесенных в Красную книгу. [68]

Эвкалиптовые леса Австралии

Большая часть старых эвкалиптовых лесов в Австралии предназначена для сохранения. Управление этими лесами важно, потому что такие виды, как Eucalyptus grandis, для выживания полагаются на огонь. Есть несколько видов эвкалипта, у которых нет лигнотубера — структуры, набухающей корня, содержащей почки, из которых затем могут прорастать новые побеги. Во время пожара лигнотубер помогает восстановить растение. Поскольку у некоторых эвкалиптов нет этого конкретного механизма, борьба с лесными пожарами может быть полезна, создавая плодородную почву, убивая конкурентов и позволяя семенам высвободиться. [69]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Крайдер, Марк Р.; Яффе, Мелисса Р.; Берки, Джулия К.; Паркс, Шон А.; Ларсон, Эндрю Дж. (2023). «Научное значение огня в дикой природе». Пожарная экология . 19 (1): 36. Бибкод : 2023FiEco..19a..36K. дои : 10.1186/s42408-023-00195-2 .
  2. ^ Делласала, Доминик А.; Хэнсон, Чад Т. (7 июля 2015 г.). Экологическое значение пожаров различной степени тяжести . Эльзевир Наука. ISBN 9780128027493.
  3. ^ Хатто, Ричард Л. (1 декабря 2008 г.). «Экологическое значение сильных лесных пожаров: некоторым нравится погорячее». Экологические приложения . 18 (8): 1827–1834. Бибкод : 2008EcoAp..18.1827H. дои : 10.1890/08-0895.1 . ISSN  1939-5582. ПМИД  19263880.
  4. ^ Экология природных нарушений и динамика участков . Пикетт, Стюард Т., 1950-, Уайт, П.С. Орландо, Флорида: Academic Press. 1985. ISBN 978-0125545204. ОСЛК  11134082.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  5. ^ Вестерлинг, Алабама; Идальго, ХГ; Кайан, ДР; Светнэм, ТВ (18 августа 2006 г.). «Потепление и более ранняя весна увеличивают активность лесных пожаров на западе США». Наука . 313 (5789): 940–943. Бибкод : 2006Sci...313..940W. дои : 10.1126/science.1128834 . ISSN  0036-8075. ПМИД  16825536.
  6. ^ Носс, Рид Ф.; Франклин, Джерри Ф.; Бейкер, Уильям Л.; Шеннагель, Таня ; Мойл, Питер Б. (1 ноября 2006 г.). «Управление пожароопасными лесами на западе США». Границы в экологии и окружающей среде . 4 (9): 481–487. doi :10.1890/1540-9295(2006)4[481:MFFITW]2.0.CO;2. ISSN  1540-9309.
  7. ^ Уитлок, Кэти; Игера, ЧП; МакВети, Д.Б.; Брилес, CE (2010). «Палеоэкологические перспективы экологии пожаров: новый взгляд на концепцию пожарного режима». Открытый экологический журнал . 3 (2): 6–23. дои : 10.2174/1874213001003020006 .
  8. ^ Шпаковски, Дэвид; Дженсен, Дженнифер (12 ноября 2019 г.). «Обзор применения дистанционного зондирования в экологии пожаров». Дистанционное зондирование . 11 (22): 2638. Бибкод : 2019RemS...11.2638S. дои : 10.3390/rs11222638 . ISSN  2072-4292.
  9. ^ Аб Бонд и Кили, 2005 г.
  10. ^ Байрам, 1959 г.
  11. ^ Аб Сантин, Кристина; Дорр, Стефан Х. (05 июня 2016 г.). «Воздействие пожаров на почвы: человеческое измерение». Фил. Пер. Р. Сок. Б.​ 371 (1696): 20150171. doi :10.1098/rstb.2015.0171. ISSN  0962-8436. ПМЦ 4874409 . ПМИД  27216528. 
  12. ^ аб Пивелло, Ваня Регина; Оливерас, Имма; Миранда, Элоиза Синатора; Харидасан, Мундайатан; Сато, Маргарет Наоми; Мейреллес, Сержио Тадеу (1 декабря 2010 г.). «Влияние пожаров на наличие питательных веществ в почве в открытой саванне в Центральной Бразилии». Растение и почва . 337 (1–2): 111–123. Бибкод : 2010PlSoi.337..111P. дои : 10.1007/s11104-010-0508-x. ISSN  0032-079Х. S2CID  24744658.
  13. ^ Матэ-Солера, Дж.; Серда, А.; Арсенеги, В.; Джордан, А.; Завала, Л.М. (2011). «Влияние пожара на агрегацию почвы: обзор». Обзоры наук о Земле . 109 (1–2): 44–60. Бибкод : 2011ESRv..109...44M. doi :10.1016/j.earscirev.2011.08.002.
  14. ^ Робишо, Питер Р.; Вагенбреннер, Джозеф В.; Пирсон, Фредрик Б.; Спэт, Кеннет Э.; Ашмун, Луиза Э.; Моффет, Кори А. (2016). «Скорость инфильтрации и межручьевой эрозии после лесного пожара в западной Монтане, США». КАТЕНА . 142 : 77–88. Бибкод : 2016Caten.142...77R. дои : 10.1016/j.catena.2016.01.027 .
  15. ^ Сантос, Роберт Л. (1997). «Раздел третий: Проблемы, заботы, экономика и виды». Эвкалипт Калифорнии . Калифорнийский государственный университет. Архивировано из оригинала 2 июня 2010 года . Проверено 26 июня 2009 г.
  16. ^ Огонь. Австралийский опыт , 5.
  17. ^ Стивен Дж. Пайн. «Как растения используют огонь (и используются им)». НОВА онлайн. Архивировано из оригинала 8 августа 2009 года . Проверено 30 июня 2009 г.
  18. ^ Кили, Дж. Э. и Си Джей Фотерингем (1997). «Выбросы следовых газов при проращивании, вызванном дымом» (PDF) . Наука . 276 (5316): 1248–1250. CiteSeerX 10.1.1.3.2708 . дои : 10.1126/science.276.5316.1248. Архивировано из оригинала (PDF) 6 мая 2009 года . Проверено 26 июня 2009 г. 
  19. ^ Флематти GR; Гисалберти Э.Л.; Диксон К.В.; Тренгове Р.Д. (2004). «Соединение дыма, способствующее прорастанию семян». Наука . 305 (5686): 977. doi : 10.1126/science.1099944 . PMID  15247439. S2CID  42979006.
  20. ^ «Пожар (Служба национальных парков США)» .
  21. ^ Лесная служба Министерства сельского хозяйства США
  22. ^ Служба национальных парков США
  23. ^ abcde Kramp et al. 1986 год
  24. ^ аб Нокс и Кларк, 2005 г.
  25. ^ «Дымовые сигналы: как горящие растения приказывают семенам восстать из пепла» . Исследователи Салика . Институт биологических исследований Солка. 29 апреля 2013 года . Проверено 30 апреля 2013 г.
  26. ^ Пайн 2002
  27. ^ Харпер, Крейг А.; Форд, В. Марк; Лэшли, Маркус А.; Мурман, Кристофер Э.; Стамбо, Майкл К. (август 2016 г.). «Воздействие пожаров на дикую природу в центральных лиственных лесах и регионах Аппалачей, США». Пожарная экология . 12 (2): 127–159. Бибкод : 2016FiEco..12b.127H. doi : 10.4996/fireecology.1202127 . hdl : 10919/95485 . ISSN  1933-9747.
  28. ^ Госфорд, Роберт (ноябрь 2015 г.). «Орнитогенный пожар: хищники как распространители огня в австралийской саванне» (PDF) . Ежегодная конференция Фонда исследований хищников 2015 г., 4–8 ноября, Сакраменто, Калифорния . Проверено 23 февраля 2017 г.
  29. ^ Бонта, Марк (2017). «Намеренное распространение огня хищниками-огненными ястребами в Северной Австралии». Журнал этнобиологии . 37 (4): 700–718. дои : 10.2993/0278-0771-37.4.700. S2CID  90806420.
  30. ^ abcd Дебано и др. 1998 год
  31. ^ Харт и др. 2005 г.
  32. ↑ Андерссон, Майкл (5 мая 2014 г.). «Тропические саванны: влияние экспериментального пожара на почвенные микроорганизмы и выбросы углекислого газа в почву». Биология и биохимия почвы . 36 (5): 849–858. doi :10.1016/j.soilbio.2004.01.015.
  33. ^ Видден, П. (март 1975 г.). «Влияние лесного пожара на почвенные микрогрибы». Биология и биохимия почвы . 7 (2): 125–138. дои : 10.1016/0038-0717(75)90010-3.
  34. ^ Бегон и др. 1996, с. 692
  35. ^ Бегон и др. 1996, стр. 700.
  36. ^ Кедди 2007, Глава 6
  37. ^ Шестой оценочный отчет МГЭИК
  38. ^ "Калифорнийское общество местных растений".
  39. ^ Бити и Тейлор (2001)
  40. ^ Аб Баннелл (1995)
  41. ^ Брукс, Уэсли; Дэниэлс, Лора Д.; Коупс-Гербитц, Келси; Бэррон, Дженнифер Н.; Кэрролл, Аллен Л. (28 июня 2021 г.). «Нарушенный исторический режим пожаров в Центральной Британской Колумбии». Границы экологии и эволюции . 9 . дои : 10.3389/fevo.2021.676961 .
  42. ^ К.Майкл Хоган (2008) «Западный ядовитый дуб: Toxicodendron diversilobum». Архивировано 21 июля 2009 г., на Wayback Machine , GlobalTwitcher, изд. Никлас Стрёмберг
  43. ^ аб Вишеу и др. (2000)
  44. ^ Сэвори, Аллан; Баттерфилд, Джоди (10 ноября 2016 г.). Целостное управление: революция здравого смысла для восстановления нашей окружающей среды (Третье изд.). Вашингтон. ISBN 9781610917438. ОКЛК  961894493.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  45. ^ Аб Браун, Джеймс К.; Смит, Джейн Каплер (2000). «Природные пожары в экосистемах: влияние пожара на флору». Генерал Тех. Реп. РМРС-ГТР-42-об. 2 . Министерство сельского хозяйства, Лесная служба, Исследовательская станция Роки-Маунтин. дои : 10.2737/RMRS-GTR-42-V2 . Архивировано из оригинала 5 июля 2017 г. Проверено 4 января 2019 г. стр. 194-5: Частота пожаров во многих районах увеличилась из-за нашествия читграсса и медузы, ввоза однолетних растений, которые рано заживляют и остаются легковоспламеняющимися в течение длительного пожароопасного сезона. Увеличение частоты пожаров оказывает сильное селективное давление на многие местные растения (Кин и др., 1999).
  46. ^ «Огонь и выпас в прерии». Служба национальных парков США. 2000 . Проверено 4 января 2019 г. Равнинные индейцы разводили костры, чтобы привлечь дичь к новым травам. Иногда они называли огонь «Красным Бизоном».
  47. ^ Браун, Джеймс К.; Смит, Джейн Каплер (2000). «Природные пожары в экосистемах: влияние пожара на флору». Генерал Тех. Реп. РМРС-ГТР-42-об. 2 . Министерство сельского хозяйства, Лесная служба, Исследовательская станция Роки-Маунтин. дои : 10.2737/RMRS-GTR-42-V2 . Архивировано из оригинала 5 июля 2017 г. Проверено 4 января 2019 г. (о: распространении растений) с. 87: Бизоны предпочитают выгоревшие пастбища несожженным пастбищам для выпаса в течение вегетационного периода и могут способствовать распространению выгораний в прериях (Винтон и др., 1993).
  48. ^ Круг, Эдвард С.; Холлингер, Стивен Э. (2003). «Идентификация факторов, способствующих секвестрации углерода в сельскохозяйственных системах Иллинойса» (PDF) . Шампейн, Иллинойс: Служба водных ресурсов штата Иллинойс. п. 10. Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 г. Проверено 4 января 2019 г. Частые пожары в поселениях в Иллинойсе создали многоуровневую систему положительной обратной связи для связывания ПОУ и повышения плодородия почвы.
  49. ^ Гонсалес-Перес, Хосе А.; Гонсалес-Вила, Франсиско Х.; Альмендрос, Гонсало; Никер, Хайке (2004). «Влияние огня на органическое вещество почвы — обзор» (PDF) . Интернационал окружающей среды . 30 (6). Эльзевир: 855–870. doi :10.1016/j.envint.2004.02.003. hdl : 10261/49123. ПМИД  15120204 . Проверено 4 января 2019 г. В целом ЧУ составляет от 1 до 6% общего органического углерода почвы. Она может достигать 35 %, как в Terra Preta Oxisols (Бразильская Амазония) (Glaser et al., 1998, 2000), до 45 % в некоторых черноземных почвах Германии (Schmidt et al., 1999) и до 60 % в черной Чернозем из Канады (Саскачеван) (Пономаренко и Андерсон, 1999)
  50. ^ Браун, Джеймс К.; Смит, Джейн Каплер (2000). «Природные пожары в экосистемах: влияние пожара на флору». Генерал Тех. Реп. РМРС-ГТР-42-об. 2 . Министерство сельского хозяйства, Лесная служба, Исследовательская станция Роки-Маунтин. дои : 10.2737/RMRS-GTR-42-V2 . Архивировано из оригинала 5 июля 2017 г. Проверено 4 января 2019 г. p86: Исторически коренные американцы вносили свой вклад в создание и поддержание экосистемы высокотравных прерий, часто сжигая эти экосистемы, которые контролировали древесную растительность и поддерживали доминирование травянистых растений. В восточных высокотравных прериях коренные американцы, вероятно, были гораздо более важным источником возгорания, чем молния. Поскольку трава оставалась зеленой до конца лета, а количество засушливых гроз было небольшим, пожары, вызванные молниями, вероятно, были относительно редкими. Было проведено мало исследований высокотравных прерий доевропейско-американского периода.
  51. ^ Клинкенборг, Верлин (апрель 2007 г.). «Великолепие травы: хватка прерий на Флинт-Хиллз в Канзасе не ослабевает». Национальная география . Архивировано из оригинала 26 февраля 2018 г. Проверено 4 января 2019 г. Биом высокотравных прерий зависит от степных пожаров, формы лесных пожаров, для своего выживания и обновления. ... [и] ...прерия — естественная среда обитания огня.
  52. ^ Арчибальд и др. 2005 г.
  53. ^ Минс, Д. Брюс. 2006. Разнообразие фауны позвоночных в саваннах длиннолистных сосен. Страницы 155–213 в книге С. Хосе, Э. Джокелы и Д. Миллера (ред.) «Экосистемы длиннолистной сосны: экология, управление и восстановление». Спрингер, Нью-Йорк. xii + 438 стр.
  54. ^ Пит, Р.К. и Аллард, ди-джей (1993). Растительность длиннолистной сосны южной Атлантики и восточного побережья Мексиканского залива: предварительная классификация. В книге «Экосистема длиннолистной сосны: экология, восстановление и управление» под ред. С. М. Герман, стр. 45–81. Таллахасси, Флорида: Исследовательская станция Tall Timbers.
  55. ^ Кедди 2010, с. 114-120.
  56. ^ Витт и др. 2005 г.
  57. ^ «Куда уходит древесный уголь или черный углерод в почве?». Выпуск новостей 13-069. Национальный научный фонд. 13 апреля 2013 г. Проверено 9 января 2019 г. Удивленные открытием, исследователи сосредоточили свое внимание на происхождении растворенного древесного угля.
  58. ^ Минних 1983
  59. ^ Кили и др. 1999 год
  60. ^ Хэлси, RW; Твид, Д. (2013). «Почему крупные лесные пожары в южной Калифорнии? Опровержение парадигмы пожаротушения» (PDF) . Чапарралиан . 9 (4). Калифорнийский институт Чапараля, Калифорния: 5–17.
  61. ^ Кили и др. 2005 г.
  62. ^ Аб Бертон (2005)
  63. ^ Макдугалл и др. (2004)
  64. ^ Уильямс, Джеральд В. (12 июня 2003 г.). «ССЫЛКИ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОГНЯ В ЭКОСИСТЕМАХ АМЕРИКАНСКИМ ИНДИЙЦАМИ» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2008 г. Проверено 31 июля 2008 г.
  65. ^ Броквей и др. 2002 г.
  66. ^ Эмери и Гросс (2005)
  67. ^ АНДЕРСОН, М. КАТ; МАЙКЛ Дж. МОРАТТО (1996). «9: Практика землепользования коренных американцев и экологические последствия». Проект экосистемы Сьерра-Невады: Заключительный отчет Конгрессу, том. II, Оценки и научная основа вариантов управления . Дэвис: Калифорнийский университет, Центры водных и диких ресурсов. стр. 191, 197, 199.[ постоянная мертвая ссылка ]
  68. ^ Хиваринен, Эско; Коуки, Яри; Мартикайнен, Петри (1 февраля 2006 г.). «Пожары и сохранение зеленых деревьев в сохранении занесенных в Красную книгу и редких жуков, зависящих от валежника, в бореальных лесах Финляндии». Биология сохранения . 20 (6): 1711–1719. дои : 10.1111/j.1523-1739.2006.00511.x. PMID  17181806. S2CID  22869892.
  69. ^ Тнг, Дэвид Ю.П.; Гусем, Стив; Джордан, Грег Дж.; Боуман, Дэвид MJS (2014). «Позволить гигантам быть - переосмысление активного управления пожарами в старовозрастных эвкалиптовых лесах в австралийских тропиках». Журнал прикладной экологии . 51 (3): 555–559. Бибкод : 2014JApEc..51..555T. дои : 10.1111/1365-2664.12233 .
  70. ^ Документальный фильм «Правила Серенгети»: пример Серенгети/gnu

Библиография

Обзор федеральной политики и программ управления лесными пожарами (FWFMP).
http://www.fs.fed.us/land/wdfire.htm.
Национальные парки Секвойя и Кингс-Каньон. 13 февраля 2006 г. «Гигантские секвойи и огонь».
https://www.nps.gov/seki/learn/nature/fic_segi.htm

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме экологии лесных пожаров .