УДК 502.57(252.51):614.84
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-968-975
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ПОЖАРОВ В ЮЖНЫХ СТЕПЯХ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ И МУГОДЖАР
SPATIO-TEMPORAL HETEROGENEITY OF FIRES IN THE SOUTHERN STEPPES OF THE NORTHERN CASPIAN AND MUGODZHAR
Павлейчик В.М., Сивохип Ж.Т.
Pavleychik V.M., Sivohip Zh.T.
Институт степи УрО РАН, Оренбург, Россия
Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia
E-mail: vmpavleychik@gmail.com
Аннотация. Выявлены особенности формирования и многолетней динамики травяных пожаров на территории, охватывающей преимущественно южно-степные ландшафты мелкосопочного массива Мугоджары, равнин Северного Прикаспия и Тургая. Выявлена существенная неоднородность пирологических обстановок, выделено три фазы: низкой (1986–2000), высокой (2001–2010) и средней (2011–2021) активности. Сопоставление полученных данных с результатами аналогичных исследований, проведенных авторами ранее по северным степям, свидетельствует о высокой степени сходства в многолетней динамике природных пожаров. Наблюдаемые смены в характере пожароопасных обстановок обусловлены изменениями в интенсивности использования растительных и земельных ресурсов, главным образом – в ходе сельскохозяйственного освоения региона. Одним из факторов пирогенности является видовой состав растительных сообществ и плотность травостоя. Ухудшение пирологической ситуации в южных степях (также, как и в других степных подзонах) стало специфичным региональным откликом на изменившиеся условия.
Ключевые слова: степные пожары, пожароопасная обстановка, многолетняя динамика, Северный Прикаспий, Мугоджары.
Abstract. The features of the formation and long-term dynamics of grass fires in a vast territory covering mainly the southern steppe landscapes of the small-scale Mugodzhar massif, the plains of the Northern Caspian and Turgay are revealed. A significant heterogeneity of the pyrologic conditions under review was revealed, three phases were identified: low (1986–2000), high (2001–2010) and medium (2011–2021) activity. A comparison of the data obtained with the results of similar studies conducted by the authors earlier on the northern steppes indicates a high degree of similarity in the long-term dynamics of wildfires. The observed changes in the nature of fire–hazardous situations are due to changes in the intensity of use of plant and land resources, mainly during the agricultural development of the region. One of the factors of pyrogenicity is the floral composition of plant communities and the density of herbage. The deterioration of the pyrological situation in the southern steppes (as well as in other steppe subzones) has become a specific regional response to the changed conditions.
Key words: steppe fires, fire-hazardous situation, long-term dynamics, Northern Caspian, Mugodzhar.
Введение. Природные пожары, характерные для большинства регионов Земли, представляют собой значимую угрозу безопасности населения, целостности хозяйственных объектов, ресурсному потенциалу, качеству компонентов окружающей среды, устойчивости ландшафтов и экосистем, популяционно-видовой структуре биоты. Особенностью травяных пожаров является быстрое развитие в пространстве и относительно непродолжительное восстановление растительного покрова вплоть до состояния, по которому невозможно с достаточной достоверностью идентифицировать площади горелых территорий геоинформационными способами с использованием спутниковых изображений.
Ранее на примере серии ключевых территорий, расположенных в подзоне северных степей Заволжско-Уральского региона, были выявлены характерные черты многолетней динамики травяных пожаров, доказывающие тесную обусловленность их развития от состояния степных участков [1]. Несмотря на полученные результаты, осталось понимание того, что в других природных условиях (в первую очередь обусловленных широтно-зональными отличиями) и при другой структуре степного природопользования динамика пожаров может существенно отличаться.
Для анализа общности и различий в многолетней динамике природных пожаров Северной Евразии был выбран ключевой участок, располагающийся на стыке средних и южных степей (согласно [2]) на площади 32,9 тыс. км². Территория охватывает большую часть мелкосопочного массива Мугоджары (Мугалжар) и примыкающие к нему равнинные пространства Северного Прикаспия и Тургая (рисунок 1). Ниже по тексту этот регион мы будем обозначать как Прикаспийско-Мугоджарская ключевая территория.
Рисунок 1. Схема расположения Прикаспийско-Мугоджарской ключевой территории и обобщенная информация о распространении природных пожаров: А – обзорная схема; Б – общие сведения о ключевой территории; В – схема накопленных пожаров за 1986-2021 годы. Условные обозначения: 1 – ключевая территория; 2 – ключевые участки, рассмотренные ранее [Pavleichik, Chibilev, 2018]; 3 – ботанико-географические зональные границы [Зоны и типы..., 1999] (С- Ст – северные степи; Ср-Ст – средние степи; Ю-Ст – южные степи; С-П – северные пустыни; ЮУ – горы Южного Урала); 4 – населенные пункты; 5 – ландшафтно-геоморфологические границы мелкосопочного массива Мугоджар (I), прилегающих к ним макросклонов (II), слабодренируемых денудационных равнин Северного Прикаспия (III) и Тургая (IV); 6 – отводы газоконденсатного месторождения Жанажол; 7 – развеваемые песчаные массивы; 8 – населенные пункты; 9 – места фотофиксации, соответствуют рисунку 2.
Основными задачами исследования стало: а) выявление региональных особенностей развития природных пожаров в условиях южных степей; б) определение сходства и различий в многолетней динамике травяных пожаров (в сопоставлении с полученными ранее результатами по северным и средним степям); в) оценка ведущих факторов пространственно-временной неоднородности пожаров; г) выявление особенностей формирования пирологических обстановок в условиях ландшафтного разнообразия территории.
Представляемые материалы и доклад основаны на результатах исследования, опубликованных ранее [3].
Материалы и методы исследования. В качестве основного источника сведений о природных пожарах стали временные серии спутниковых изображений земной поверхности Landsat (1986-2021) и снимки MODIS (2001-2021). Отображение площадей пожаров производилось визуальным дешифрированием. Влияние ландшафтно-ботанического разнообразия, потенциально влияющего на неоднородность распространения пожаров, оценена сопоставлением обобщенной схемы пожаров за 1986-2021 годы с тематическим картографическим материалом и схемами распределения вегетационного индекса NDVI низкого разрешения (MODIS). Сведения о численности и составе поголовья сельскохозяйственного скота приняты по данным Бюро национальной статистики Агентства по стратегическому планированию и реформам Республики Казахстан и Food and Agriculture Organization of the United Nations FAO. Учтены сведения об особенностях геологического строения, пространственной структуре ландшафтов и растительного покрова, содержащаяся в [4]. Значимым дополнением к проведенному исследованию послужило участие авторов в серии экспедицией Института степи УрО РАН в период 2005-2017 годы, охвативших в том числе и рассматриваемую ключевую территорию, что позволило сформировать представление об особенностях ландшафтной структуры и системе природопользования.
Пространственная неоднородность пирогенных обстановок. Одной из гипотез стало предположение о том, что ландшафтное разнообразие Прикаспийско-Мугоджарской ключевой территории и непосредственно связанная с ним неоднородность растительного покрова не могут не влиять на формирование пожароопасных обстановок. Применительно к рассматриваемой территории к наиболее значимым факторам формирования тех или иных исходных растительных сообществ можно отнести степень дренированности территории (способствующая выносу солей из почвенно-грунтового горизонта), гранулометрический и солевой состав почвообразующих пород. Предполагалось, что доминирование и участие представителей семейства злаковых (особенно плотнодерновинных злаков) в составе растительных сообществ может благоприятствовать возникновению возгораний и устойчивому распространению пожаров ввиду высокой степени сомкнутого травяного покрова, пирологической структуры и особенностей накопления сухой растительной массы в виде ветоши и войлока.
К разнотравно-ковыльным зональным степям можно отнести лишь небольшую северо- восточную окраину. Остальная часть принадлежит южным (опустыненным) степям, в целом для которых характерны меньшие показатели продуктивности и сомкнутости растительного покрова, сокращение доли злаков и нарастание роли полыней и кустарничковых форм. На этом фоне возвышенное положение мелкосопочного массива Мугоджар и прилегающих к нему равнин способствует несколько лучшему атмосферному увлажнению и дренированности территории, что, в сочетании с легким гранулометрическим составом покровных отложений, определяет формирование благоприятных условий для произрастания ковыльных степей.
Несомненно, что на общее состояние растительности существенно влияют факторы, связанные с хозяйственной деятельностью и с системой расселения. В совокупности природные условия и антропогенные факторы создают довольно неоднородную пожароопасную обстановку (рисунок 2).
В качестве исходной основы, отражающей особенности дифференциации растительного покрова принята карта растительности [5], содержащая обобщенную информацию о 16 типах растительных сообществ (для рассматриваемой территории). Нумерация сообществ, контуры которых отображены на схеме (рисунок 3), соответствует литературному источнику для удобства при обращении к нему. Для каждого из 22 выделов были рассчитаны площади участков с различным количеством пройденных пожаров за рассматриваемый период, исходя из сводной схемы (см. рисунок 1, В). Приведенные диаграммы отражают общий уровень подверженности пожарам и равномерность распределения пожаров в пределах контуров. Ранжирование контуров, соответствующих определенным сообществам, с присвоением степени подверженности пожарам (от I до IV) проведено исходя из доли негоревших территорий от площади каждого из контуров (без земель населенных пунктов и горных отводов газодобывающего предприятия). Этот простейший показатель в большинстве случаев коррелирует с другими возможными вариантами интерпретации полученных данных для целей ранжирования.
Наиболее очевидная взаимосвязь между растительными сообществами и подверженности пожарам отмечается для ландшафтов, изначально характеризующихся отсутствием постоянно сомкнутого растительного покрова. Для рассматриваемой территории таковыми являются крупные очаги развеваемых полузакрепленных песков (массивы Кокжиде, Кумжарган и др.), развитые вдоль правобережья р. Эмба (соответствуют контурам 54 и 55 на рисунке 3). Локальные возгорания связаны здесь с локальными или периферийными участками, благоприятными для произрастания сомкнутых псаммофитных травостоев, зарослей кустарников и отдельных групп деревьев – склоны песчаных бугров и межбугровые понижения, придолинные и пойменные участки.
Подтвердилось предположение о повышенной пирогенности сообществ с доминирующим положением плотнодерновинных злаков (ковыль Лессинга) (контуры 35, 61а, 65а, 77а). Но, одновременно, довольно стабильное распространение пожаров наблюдается и в ряде других ландшафтов. К таким можно отнести участки развития бессточных (сезонно обводненных) западин (контур 132), постоянные возгорания на которых мы связываем с активной сельскохозяйственной деятельностью – здесь располагаются традиционные сенокосы и несколько летних лагерей скота. Аналогичная пожароопасная обстановка наблюдается на довольно обширных слабодренируемых участках приводораздельных пространств, занятых комплексной растительностью с преобладанием полынно-тырсовых и полынно-злаковых сообществ (контуры 53а и 62).
Рисунок 2. Характерные ландшафты и пирологические состояния растительности исследуемой территории (фото В.М. Павлейчик).
Условные обозначения: А – мелкосопочный массив Мугоджары с петрофитноразнотравно- ковылковой растительностью с кустарниками; Б – холмисто-увалистые равнины на дренированных склонах с псаммофитной (разнотравно-перистоковыльной) растительностью в постпирогенном состоянии; В – придолинный ландшафт (р. Шийли) в верховьях р. Орь с лерхополынными сообществами на глинистом субстрате; Г – полынная стадия пастбищной деградации (песчаные почвы); Д – петрофитная кустарничковая степь на щебнистом субстрате; Е – склоновая ландшафтная катена; Ж – сбитое пастбище на водораздельном пространстве с глинистыми засоленными почвами; З – долина сезонного водотока с деградированным растительным покровом в окружении развеваемых песков; И – слабозакрепленные пески в пойме р. Эмба.
Рисунок 3. Дифференциация территории по степени подверженности пожарам применительно к растительным сообществам. Графики распределения площадей (ось Y, доли площади контуров, шкала от 0 до 100%), подверженных различному количеству повторяющихся пожаров (ось X, столбцы белого цвета – не горевшие, столбцы черного цвета – горевшие, от 1 до 8 раз).
Условные обозначения: СТЕПЕНЬ ПОДВЕРЖЕННОСТИ ПОЖАРАМ (по доли негоревших территорий): I – 50–100%; II – 25–50%; III – 10-25%; IV – 0–10%.
РАСТИТЕЛЬНОСТЬ (согласно [Растительность..., 2010], нумерация соответствует источнику): Степи. Равнинные разнотравно-ковыльные степи: 34а – пахотные земли на месте типчаково- ковылковых, грудницево-типчаково-ковылковых; 35 – ромашниково-ковылковые и ломкоколосниковые; 43а – полынно-типчаково-тырсовые со спиреей; 44 – типчаково-тырсовые и псаммофитнодерновинно-злаковые. Равнинные полынно-ковыльные степи: 48а – лерхополынно- тырсиковые; 53а – полынно-тырсовые; 54 – полынно-песчаноковыльные; 55 – овсяницевые, песчаноковыльные и кустарниковые сообщества. Мелкосопочные разнотравно-ковыльные степи: 57а – разнотравно-тырсово-типчаковые и разнотравно-злаково-кустарниковые; 61а – лессинговополынно-тырсиковые, типчаково-ковылковые, петрофитно-разнотравные и спирейно- тырсовые; 62 – галопетрофитные полынно-злаковые и многолетнесолянковые. Мелкосопочные полынно-ковыльные: 65а – лессинговополынно-тырсиковые. Горные разнотравно-ковыльные и сухие типчаково-ковыльные: 77а – лессинговополынные, петрофитноразнотравные и тырсовые в сочетании с березовыми лесами.
Пустыни. Равнинные северные пустыни: 79а – комплексные мятликово-лерхополынные, чернополынные и биюргуновые.
Галофитная растительность: 125 – кокпековые, шренкиановополынные и чернополынные, местами в сочетании с галофитно-сочносолянковыми сообществами
Растительность долин рек, озер и водохранилищ (в равнинных степях): 132 – ряды сообществ: кустарниковые заросли – галофитные ситниково-злаковые с кермеком луга в сочетании с болотницево-клубнекамышево-тростниковыми травяными болотами и многолетнесолянковые в комплексе с чернополынными сообщества.
Заметим, что рассмотренные выше крайние (минимальные и максимальные, I и IV) уровни подверженности пожарам во многом достигаются пространственной однородностью в периодичности пожаров. В то время как средний уровень подверженности пожарам (II и III) для части контуров складывается как ввиду объективно меньшей подверженности пожарам (пирологические качества растительности), так и в результате разнообразия пожароопасных обстановок, прямо или косвенно связанных с хозяйственной деятельностью. Применительно к территории исследования к последним можно отнести: а) довольно обширные зоны деградации растительного покрова вокруг населенных пунктов и вдоль водотоков; б) территории, прилегающие к объектам хозяйственной инфраструктуры, на которых, несомненно, проводятся противопожарные мероприятия; в) локальные земледельческие районы на северо-западе рассматриваемой территории.
Применительно к мелкосопочному массиву Мугоджар зафиксирована зависимость частоты прохождения пожаров от условной плотности травостоя (по вегетационному индексу NDVI). Выявлено существование различий в плотности травостоя для макросклонов мелкосопочника. Склон восточной экспозиции ввиду большей затененности характеризуется как повышенной плотностью растительных сообществ (в том числе за счет зарослей степных кустарников и отдельных групп деревьев), так и заметно более высокой подверженностью пожарам, чем склон западной экспозиции. Для остальной равнинной территории явной зависимости между пирогенностью и плотностью травостоя не наблюдается.
Резюмируя вышесказанное, можно сделать предварительное заключение о том, что использование за основу контуров из карт растительности среднего и мелкого масштаба обоснованно и дает общее представление о степени пирогенности тех или иных сообществ, занимающих контрастные ландшафтные местоположения. Одновременно следует учитывать ряд важнейших факторов, влияющих на возникновение и частоту прохождения пожаров, связанных с хозяйственной деятельностью человека и в целом освоенностью территорий.
Региональные особенности многолетней динамики пожаров. Как уже отмечалось выше, представляемые материалы и доклад основаны на результатах исследования [3], в связи с чем раздел, посвященный региональным особенностям многолетней динамики пожаров приведем аннотированно.
Сопоставление данных по Мугалжарскому району, Актюбинской области и в целом по Республике Казахстан показывает на высокую тесноту связей (коэффициент корреляции более 0,9), что свидетельствует об единообразии многолетней динамики и отсутствии значимых региональных особенностей. В связи с этим была проанализирована динамика поголовья крупного рогатого скота, коз и овец, лошадей в Актюбинской области, данные по которой с одной стороны максимально приближены к региону исследования, а с другой – имеют относительно полноценный ряд данных. Высокая межгодовая неоднородность рядов по пожарам в сочетании с запаздыванием начала резкой активизации пожаров из-за периода восстановления деградированного ранее растительного покрова не позволяет получить значимые статистические подтверждения взаимосвязи простым сопоставлением. Это было решено расчетом последовательных усреднений (скользящее среднее от 2 до 6 лет), каждое из которых усиливало значимость коэффициента корреляции. Такой подход в сочетании со сдвигом данных на 8 лет (1993 – последний год максимальных показателей поголовья, 2001 – год резкой активизации пожаров) позволили достичь значимых соответствий – коэффициенты корреляции составили 0,89 (по поголовью крупного рогатого скота) и 0,73 (по поголовью овец и коз). Таким образом, очередной раз считаем доказанным, что главным фактором формирования пожароопасных обстановок является интенсивность использования сельскохозяйственных угодий, применительно к рассматриваемой территории – поголовье выпасаемого скота. Последний 11-летний период (2011-2021) с пониженными показателями развития пожаров является, пожалуй, наиболее интересным и необъяснимым в плане выявления причин формирования такой пожароопасной обстановки. С 1998-1999-х годов наблюдается относительно стабильный рост поголовья выпасаемого скота, но его уровень еще крайне далек до максимальных показателей. При этом совершенно очевидным является повышение аномальности основных метеорологических показателей, как по величине, так и по частоте проявления; в этот период отмечались как аномально холодные и дождливые, так и экстремально жаркие и засушливые годы. Такое чередование ранее мы считали благоприятным для поддержания высокого уровня пирогенности, исходя из того, что во влажные годы растительность активно вегетирует, создавая основу для пожаров в последующие жаркие и засушливые годы. Но такого фактически не наблюдалось. Одной из немногих сходных черт развития пожаров в последние 11 лет, по сравнению с предшествующим периодом максимальных значений, является обширность их распространения.
Заключение. Пирологическая обстановка в степях Северной Евразии и на сопредельных территориях весьма неоднородна и складывается из множества взаимосвязанных природных и антропогенных факторов. Вместе с тем, что в странах, охватывающих европейско-зауральский сектор степей Северной Евразии (в первую очередь Россия и Казахстан), несмотря на специфику их географического положения и структуры сельскохозяйственного производства, между многолетними рядами наблюдается теснейшая взаимосвязь. Это позволяет предполагать наличие определенной общности в формировании пожароопасных обстановок на макрорегиональном уровне, в том числе и для постсоветских стран Средней Азии. Учитывая значимость связей между многолетней динамикой развития пожаров и показателями сельскохозяйственного производства, считаем доказанным, что главными факторами формирования пожароопасных обстановок является интенсивность использования сельскохозяйственных угодий и степень освоенности региона. Практически все остальные предполагаемые, прямые и опосредованные, факторы возникновения и распространение пожаров как правило не находят подтверждения, во всяком случае статистическими методами.
Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 23-27-00134 «Природные пожары в степных регионах Евразии как индикатор природных и социально-экономических изменений»
Список литературы