Лесные пожары давно сформировали ландшафты Сьерра-Невады в Калифорнии, но масштабы и интенсивность недавних пожаров переписывают экологические правила. Понимание того, как эти пожары взаимодействуют с изменяющимися моделями растительности, имеет важное значение для лесных менеджеров, политиков и жителей, которые зависят от лесов региона для воды, отдыха и биоразнообразия. В этой статье исследуется исторический контекст, текущие тенденции и последствия сдвигов растительности, вызванных пожарами, в Сьерра-Неваде, опираясь на последние научные исследования и методы управления.

Исторический пожарный режим Сьерра-Невады

На протяжении тысячелетий огонь был естественным и частым посетителем лесов Сьерра-Невады. До евро-американского поселения молнии и преднамеренные ожоги индейских племен разжигали пожары низкой и умеренной тяжести каждые 5-20 лет во многих типах лесов. Эти поверхностные пожары очищали подлесок, перерабатывали питательные вещества и поддерживали открытые, похожие на парки трибуны гигантских секвой, сосны прудерозы и сахарной сосны. Исторический пожарный режим благоприятствовал адаптированным к огню видам с толстой корой и высокими коронами, предотвращая накопление лестничного топлива, которое могло нести пламя в навес.

Исследования, проведенные в ходе исследований колец деревьев и осадочных пород, подтверждают, что пожар был регулярным процессом, по крайней мере, в течение последних нескольких тысяч лет. История пожаров в Йосемитском национальном парке подтверждает это: до 1850 года обширные районы сжигались каждые десять или два десятилетия. Эта модель начала разрушаться с приходом поселенцев, выпасом скота и, что критически важно, агрессивной политикой пожаротушения, принятой в начале 20-го века. «Политика лесной службы США 10 утра» направлена на тушение каждого пожара к 10 часам утра на следующий день после открытия, эффективно удаляя огонь из экосистемы на протяжении большей части 1900-х годов.

Результатом стало беспрецедентное в экологической истории Сьерры накопление топлива. Мертвая древесина, густые заросли молодых деревьев, слои сосновых игл и хвои накапливались на миллионах акров. Когда пожары в конечном итоге возвращаются — как они неизбежно это делают — они горят с гораздо большей интенсивностью, часто убивая даже зрелые деревья, которые когда-то пережили обычные поверхностные пожары. Сцена была установлена для катастрофических сезонов пожаров, которые мы сейчас наблюдаем.

Изменение климата и новая пожарная реальность

Усугубление наследия пожаротушения является ускоряющим влиянием изменения климата. Сьерра-Невада прогрелась примерно на 1,5 ° C с конца 19-го века, с наибольшим потеплением, происходящим летом и на более высоких высотах. Более теплые температуры продлевают сезон пожаров , высушивая леса ранее весной и сохраняя их сухими позже осенью. Снежный пакет, естественный резервуар региона, тает на недели раньше, чем исторические нормы, уменьшая влажность почвы и топлива.

Засуха в Калифорнии в 2012-2016 годах была самой сильной за более чем тысячелетие, согласно реконструкциям древесных колец. Она убила около 129 миллионов деревьев по всей Сьерре, создав огромные просторы мертвой сухой древесины — идеального топлива для лесных пожаров. Пожар в Крике 2020 года и пожар Дикси 2021 года сожгли более 900 000 акров, затмевая размер исторических пожаров. Эти мегапожары не просто больше; они жарче, убивая целые лесные массивы и изменяя почвенный семенной банк.

Климатические модели прогнозируют продолжение потепления и более частые засухи в ближайшие десятилетия. К 2050 году средняя площадь сожженных в Сьерре, как ожидается, удвоится или утроится по сравнению со средними показателями конца 20-го века. Сочетание климатического стресса и накопления топлива означает, что многие леса приближаются к переломной точке, где они не могут восстановить свой прежний древесный покров после пожара высокой степени тяжести.

Вегетационные переходы: от леса к кустарнику

Возможно, наиболее заметным последствием изменения режима пожара в Сьерра-Неваде является преобразование лесов в нелесную растительность. Когда пожар высокой степени тяжести убивает большинство деревьев, и если огонь возвращается до того, как саженцы могут созреть, на участке преобладают кустарники, травы и форбы. Два-три перегорания в быстрой последовательности могут зафиксировать альтернативное стабильное состояние, которое сопротивляется лесовосстановлению в течение десятилетий или даже столетий.

В зонах с более низким уровнем подъёма, где когда-то стояли сосны пундерозы и хвойные леса, шрубажные поля манзаниты, цеанота и оленеводства теперь покрывают миллионы акров. Эти кустарниковые участки обеспечивают среду обитания для некоторых диких животных, таких как чернохвостые джекраббиты и некоторые певчие птицы, но они хранят гораздо меньше углерода, получают меньше воды и предлагают меньшую ценность древесины. Они также горят чаще, чем леса, создавая петлю положительной обратной связи: больше огня приводит к большему количеству кустарников, что приводит к большему количеству огня.

Леса более высокого уровня, включая красную ель и сосну, также находятся в опасности. Огонь 2013 года прогорел на больших площадях ранее огнестойкой высокогорья и повторные ожоги в 2015 и 2018 годах превратили некоторые из этих районов в травянистые луга и кисть. Леса горного болиголова, которые полагаются на прохладные, влажные условия, особенно уязвимы; после коронного пожара им могут потребоваться столетия, чтобы вернуться, если вообще.

Инвазивные виды усложняют картину. Cheatgrass (]Bromus tectorum), хотя и более проблематичен в Большом бассейне, расширяется в некоторые горные зоны Сьерра-Леоне, особенно после пожара. Он создает непрерывную тонкотопливную кровать, которая способствует более частым пожарам, еще больше огорчает местных многолетников. Аналогично, трава Medusahead (]Taeniatherum caput-medusae вытесняет местные травы в сожженных предгорных районах, снижая качество корма и увеличивая риск пожара.

Экологические последствия растительных сдвигов

Дикая природа Срыв среды обитания

Каждый тип растительности поддерживает отдельный набор дикой природы. Потеря лесного покрова в больших участках непропорционально влияет на виды, которые требуют условий закрытого навеса, таких как калифорнийская пятнистая сова (]Strix occidentalis occidentalis) и тихоокеанский рыбак (]Пекания пентанти. Оба перечислены как чувствительные виды, и их популяции сократились в районах с обширным огнем высокой тяжести. Сова, в частности, нуждается в смежных блоках зрелого леса для гнездования; большие ожоговые рубцы фрагментируют его среду обитания.

С другой стороны, увеличение кустарников и открытых площадей благоприятствует таким видам, как дятел Льюиса и , которые процветают в недавно сожженных краях. Но эти преимущества часто временны, поскольку густой рост кустарника может в конечном итоге оттенить травы и форбы, которые нужны многим птицам для кормления. Чистый эффект на биоразнообразие смешанный, но потеря структуры старого роста — большие заросли, сбитые бревна, многослойные навесы — является серьезной проблемой для сообществ позвоночных.

Гидрология и водные ресурсы

Сьерра-Невада является водонапорной башней Калифорнии, обеспечивая около 60% развитого водоснабжения штата. Леса играют решающую роль в регулировании гидрологии: они перехватывают снегопады, медленно тают и уменьшают эрозию. Когда сильный пожар удаляет лесной покров, снег накапливается быстрее и тает раньше, изменяя время стока. В годы после лесного пожара, снегоплавание ускоряется, что приводит к более высоким весенним потокам, но более низким летним базовым потокам. Этот сдвиг может напрягать резервуары и водные виды, адаптированные к более постепенному стоку.

Пост-огненные ландшафты также испытывают повышенную эрозию и осаждение. Без корней деревьев и навеса почва уязвима для поверхностной эрозии и оползней. Огонь в комплексе CZU Lightning 2020 года привел к оползням, которые засоряли ручьи и повреждали инфраструктуру в горах Санта-Крус, и подобные события становятся обычным явлением в Сьерре. Пепел и осадок могут ухудшить качество воды, влияя на муниципальные запасы воды и водные среды обитания форели и лосося.

Хранение углерода и обратная связь с климатом

Леса Сьерра-Невады являются основным поглотителем углерода, хранящим приблизительно 800 миллионов метрических тонн углерода в биомассе и почвах. Сильные пожары быстро высвобождают этот углерод, способствуя атмосферным уровням CO2. В то время как некоторые из углерода в конечном итоге поглощаются, если лес восстанавливается, преобразование типа в кустарники или пастбища уменьшает долгосрочный потенциал накопления углерода. Исследование, опубликованное в Экологические письма , показало, что пожар высокой тяжести в Сьерре выпустил более чем в три раза углерод огня низкой тяжести, и что темпы восстановления были медленнее в сожженных районах из-за сокращения источников семян и более сухих условий.

Переход на более легковоспламеняющиеся кустарники создает петлю обратной связи: повышенная частота пожаров выделяет больше углерода, что способствует изменению климата, что, в свою очередь, делает условия пожара более суровыми.Разрыв этого цикла является одной из центральных проблем для лесопользования в 21 веке.

Стратегии лесоуправления для устойчивости

Учитывая масштаб проблемы, лесные менеджеры в Сьерра-Неваде используют набор инструментов для восстановления огнестойкости и предотвращения нежелательных переходов растительности. Основная стратегия заключается в том, чтобы уменьшить поверхностное и лестничное топливо через механическое истончение и предписанный огонь, а затем вновь ввести огонь низкой интенсивности в контролируемых условиях.

Механическое разжижение и уменьшение топлива

Механические процедуры включают удаление деревьев малого диаметра, мертвой древесины и кисти с использованием ручных экипажей или тяжелого оборудования. Это имитирует последствия огня низкой тяжести за счет снижения вертикальной непрерывности топлива. Исследования в Сьерре показывают, что истончение в сочетании с предписанным сжиганием может снизить вероятность пожара высокой степени тяжести на 60-80%. Проект Rim Fire Recovery в Национальном лесу Станислава является ярким примером, где менеджеры обработали более 40 000 акров за десятилетие, чтобы создать защитное пространство и повысить устойчивость.

Однако одних только механических обработок недостаточно. Они дорогие (часто стоят 1000–2000 долларов за акр) и могут применяться только в доступной местности. Более того, они не касаются накопления сосновых игл и мелкого помета, которые могут нести пламя. По этим причинам предписанный огонь считается существенным дополнением.

Огонь и культурное горение

Предписанный пожар - это преднамеренное применение огня низкой интенсивности при определенных погодных условиях для достижения экологических и безопасных целей. Такие агентства, как Лесная служба США и CAL FIRE, ежегодно проводят тысячи акров предписанных ожогов, уделяя особое внимание районам вблизи общин и в адаптированных к пожару экосистемах. В Национальном парке Йосемити предписанный огонь использовался в течение десятилетий для имитации естественного пожарного режима, и его преимущества очевидны: районы, которые регулярно получают предписанный огонь, имеют более низкую смертность деревьев и большее разнообразие подлесковых растений.

Коренные общины, в том числе племена Юрок, Карук и Северный Форк Моно, возрождают культурные практики сжигания, которые подавлялись более века. Эти ожоги меньше, более часты и связаны с традиционным землеустройством. Исследования показывают, что культурное сжигание может уменьшить тяжесть пожара при одновременном улучшении пищевых растений и среды обитания диких животных. Интеграция знаний коренных народов с западной наукой является растущим приоритетом для агентств по управлению земельными ресурсами по всей Сьерре.

Лесопосадка и вспомогательная миграция

В районах, где пожар высокой степени тяжести привел к полной гибели деревьев и незначительной естественной регенерации, может потребоваться активное лесовосстановление. Лесная служба США посадила миллионы саженцев после пожаров, но показатели успеха варьируются. Семенной источник имеет значение: использование адаптированных к климату семян с более низких высот может помочь лесам справиться с более теплыми условиями. Некоторые исследователи выступают за помогающую миграцию — перемещая такие виды, как сосна прудероза или пихта Дугласа на более высокие, более прохладные склоны, где они могут сохраняться в будущем климате.

В сильно обгоревших районах посадку, возможно, придется сочетать с подготовкой участка, например, с целенаправленным гербицидом для инвазивных растений или ограждением для защиты саженцев от оленей и скота. Расходы высоки, а окно для успешного лесовосстановления может сузиться по мере того, как климат продолжает нагреваться. Приоритетность имеет ключевое значение: акцент на районах, которые все еще могут поддерживать лес, признавая при этом, что некоторые участки могут естественным образом перейти на кустарники или пастбища, является прагматичным подходом.

Адаптация сообщества и сообщества, адаптированные к пожарам

Защита человеческих сообществ от лесных пожаров является неотъемлемой частью управления растительностью. Программы, такие как Продвинутая США и Калифорнийская целевая группа по борьбе с лесными пожарами и устойчивостью к лесным пожарам , способствуют созданию защищенного пространства вокруг домов, закаленных строительных материалов и управлению растительностью на уровне общин. В предгорьях Сьерры округа приняли постановления, требующие от домовладельцев очистить щетку и поддерживать подъездные пути для аварийных транспортных средств.

Общественное образование также играет роль в снижении вызванных человеком возгорания, на долю которых приходится более 95% лесных пожаров в Калифорнии.Кампании по предотвращению незаконных костров, стрельба по целям в сухие дни и использование искровых стрелков на оборудовании помогают снизить частоту воспламенения, давая менеджерам больше контроля над временем и интенсивностью огня.

Будущее: Навигация по неопределенности

Будущее растительности Сьерра-Невады при изменении режима пожаров неопределенно, но тенденции ясны. Без агрессивных действий по сокращению топливных нагрузок и адаптации лесов к более теплому климату продолжающиеся пожары высокой степени тяжести преобразуют миллионы акров из леса в нелесные. По оценкам Калифорнийского лесного углеродного плана, к 2050 году до 20% площади хвойных лесов Сьерра может быть потеряно по обычному сценарию.

Однако есть основания для осторожного оптимизма. Недавние государственные и федеральные инвестиции, в том числе 1,5 млрд долларов, выделенных Калифорнией на устойчивость к лесным пожарам в 2021 году, финансируют расширенные методы лечения, исследования и развитие рабочей силы. Инновации в области дистанционного зондирования, такие как использование LiDAR и спутниковых изображений, позволяют менеджерам отслеживать нагрузки на топливо и восстановление после пожара с беспрецедентной точностью. И растущее признание пожара как неизбежного и необходимого процесса смещает общественную и политическую волю в сторону активного управления, а не реактивного подавления.

Такие совместные группы, как Sierra Nevada Conservancy и Программа по восстановлению лесных ландшафтов Лесной службы , объединяют различные заинтересованные стороны — федеральные и государственные учреждения, племена, местные органы власти, экологические группы и частные землевладельцы — для планирования в ландшафтном масштабе. Эти партнерства необходимы для реализации такого непрерывного адаптивного управления, которое необходимо лесам Сьерры.

Заключение

Отношения между лесными пожарами и растительностью в Сьерра-Неваде находятся в движении. Исторический баланс частых пожаров низкой степени тяжести уступил место новой эре мегапожаров и преобразования типа, обусловленного столетием пожаротушения и ускорения изменения климата. Экологические ставки высоки: потеря лесного покрова угрожает дикой природе, водоснабжению, хранению углерода и безопасности сообщества. Однако благодаря сочетанию истончения, предписанного огня, лесовосстановления и участия сообщества можно восстановить некоторую степень устойчивости. Путь вперед требует постоянных инвестиций, адаптивного управления и готовности принять огонь как инструмент - а не враг - в управлении этим знаковым ландшафтом.

Внешние ресурсы