INFLUENCE OF THERMAL CONDITIONS OF CREEPING FIRE ON VIABILITY OF SCOTS PINE SEEDS

Сергей Александрович ДЕНИСОВ, Зульфия Назимовна ШАКИРОВА

Abstract


Introduction. Periodic forest fires contribute to formation of adaptive properties of the species of plants playing a crucial role in forest dynamics. Study of ecological conditions of Scots pine regeneration on the fire-sites made it possible to reveal the regularities of its natural regeneration and newly assess its role in formation of forests on the fire-sites. A capacity of the seeds of Scots pine to survive in case of creeping fires was not analyzed in terms of quantity. The goal of the research is to assess the possibility to save viability of seeds of Scots pine after forest fires. The following tasks were to be solved: to study the thermal conditions in the central part of the cones when simulation the conditions of creeping fire, to determine the degree of  viability of seeds after  heat effect, to define the temperature of  warming of humus and soil and the level of loss of viability of  soil bank of pine seeds. The seeds of Scots pine in the cones, collected inthe vaccinium and myrtillus types of forest in the Republic of Mari El and Nizhniy Novgorod oblast (zone of mixed coniferous-broad leaved forests) were  chosen to be the object of the research. Simulation of thermal conditions was carried out with the fixed temperatures: 100, 150, 200, 300, 400 and 500 оС. Fatal temperature was established to be  60 оС. Variation of temperature was fixed by means of electronic and  infrared thermometers. Thermal conditions on the soil surface and on the 2…3 сm depth were estimated in the  live experiment. Assessment of seeds survival was conducted  with germination. Originally, the experimental data were estimated with a diagram method, then, some basic statistical parameters of observation series, correlation factor were determined. A search of prognostic models was carried out. Excel and Statistica were used. Results. A substantial connection of the time of warming up of the central part of cones with their weight and the temperature of the influencing current of air is observed in all the cases. This connection is well approximated with power function. The seeds under burning litter lose their viability in full. The seeds in the cones lying on the burning litter had 4.5 % germinative energy with viability of  40 %. Conclusion. In the crowns, pine seeds are protected with the cones for 3.8 min. at the temperature of 100 оС, 1,7 min. - at the temperature of 200 оС. Higher temperatures lead to  near-complete death of seeds. As per calculation, there are no  fatal thermal conditions for the seeds at the height of crowns of more than 20 m when creeping fires. In case of creeping fires in late July-August, pine cones in the tree crowns protect maturating seeds, contributing to the post-fire regeneration of pine. Soil bank of seeds in creeping fires may be destroyed in full if the seeds are located in the litter and out of the cones. The obtained results are aimed at a reconsideration of the technologies of fire-sites development.


Keywords


creeping fire; pine cones; warm up of cones; preservation of seeds; viability; forest regeneration

Full Text:

PDF (Russian) PDF

References


Mutch R.W. Wildfires and ecosystems – a hypothesis // Ecology. 1970. Vol. 51. P. 1047-1051.

Komarek E.V. Ancient fires // Proc. Ann. Tall Timbers Fire Ecol. Conf. 1973. Vol. 12. P. 219-241.

Kozlowski T.T., Ahlgren C.E. Fire and ecosystems. San Francisco etc: Acad. Press, 1974. 542 p.

Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир. 1975. 740 с.

Санников С.Н. Циклически эрозионно-пирогенная теория естественного возобновления сосны обыкновенной // Экология. 1983. № 1. С. 10-20.

Цветков П. А. Пирофитные свойства лиственницы Гмелина // Лесное хозяйство. 2004. № 1. С. 43-46.

Арцыбашев Е.С. Влияние пожаров на лесные биогеоценозы // Биосфера. 2014. Т. 6. № 1. С. 53-59.

Матвеев А.М., Матвеева Т.А. Роль пирогенного фактора в лесообразовательном процессе // Фундаментальные исследования. 2013. № 4-4. С. 914-918.

Фуряев В.В., Фуряев Е.А. Пироэкологические свойства сосны обыкновенной в Средней Сибири // Хвойные бореальной зоны. 2008. Т. XXV. № 1–2. С. 103-109.

Фуряев В.В., Самсоненко С.Д. Исследование роли пожаров в формировании бореальных лесов // Лесоведение. 2011. № 3. С. 73-79.

Санников С. Н. Низовой пожар как фактор появления, выживания и роста всходов сосны // Обнаружение и анализ лесных пожаров. Красноярск: Институт леса и древесины (ИЛиД) СО АН СССР, 1977. С. 110–128.

Санников С.Н. Экология и география естественного возобновления сосны обыкновенной. М.: Наука, 1992. 264 с.

Merrill R. Kaufmann, Kevin C. Ryan, Peter Z. Fule, William H. Romme Restoration of ponderosa pine forests in the interior western U.S. after logging, grazing, and fire suppression // Restoration of Boreal and Temperate Forests / edited by John A. Stanturf, Palle Madsen. CRC PRESS. 2005. P. 481-500.

Фуряев В. В. Роль пожаров в процессе лесообразования. Новосибирск: Наука, 1996. 253 с.

Alvarez R., Valbuena L., and L. Calvo. Effect of high temperatures on seed germination and seedling survival in three pine species (Pinus pinaster, P. sylvestris and P. nigra) // International Journal of Wild and Fire. 2007. Vol. 16. Pp. 63–70.

Косов И.В., Кисиляков Е.К. Огнестойкость сосны обыкновенной // Ботанические исследования в Сибири. Красноярск, 2004. Вып. 12. С. 81-88.

Jon E. Keeley, Juli G. Pausas, Philip W. Rundel et al. Bradstock Fire as an evolutionary pressure shaping plant traits // Trends in Plant Science. August 2011. Vol. 16. No 8. P. 406-412. doi:10.1016/j.tplants.2011.04.002

Яшнов Л.И. Обзор исследований лесовозобновления на гарях Маробласти, проведенных кафедрой общего лесоводства Казанского института сельского хозяйства и лесоводства // Известия Казанского института сельского хозяйства и лесоводства за 1930 год. Казань: б. г. С.18-26.

Денисов А.К., Александров А.А. Формирование смешанных древостоев на свежих гарях // Лесное хозяйство. 1954. № 10. С. 26-31.

Денисов А.К. Состояние горельников и их классификация в Марийской АССР // Проблемы ликвидации последствий лесных пожаров 1972 года в Марийской АССР. Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976. С. 34–42.

Kalinin K.K. Forest Formation Processes af-ter Fire in the Volga Region // Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia Academia Foblishers Dororencht. Boston / London, 1996. P. 404-408.

Калинин К.К. Экология лесовозобновления на гарях 1972 года в Марийском Заволжье // Экология и генетика популяций: Сб. науч. материалов Всерос. научного популяционного семинара. Йошкар-Ола: МарГУ, 1998. С. 249-250.

Калинин К.К., Иванов A.B., Демаков Ю.П. Динамика компонентов сосновых насаждений на гарях 1972 г. в Марийском Заволжье // Лесные стационарные исследования: методы, результаты, перспективы. Материалы совещания. Тула: Гриф и К, 2001. С. 206-208.

Санников С.Н. Эволюционные аспекты светлохвойных видов // Лесоведение. 2009. № 3. C. 3-10.

Калинин К.К. Крупные лесные пожары в лесном среднем Заволжье и система лесохозяйственных мероприятий по ликвидации их последствий. Монография. Йошкар-Ола: ПГТУ, 2012. 364 с.

Денисов А.К., Денисов С.А. Взаимосвязь аэродинамических и посевных свойств семян сосны и ее влияние на обсеменение вырубок // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 1971. № 4. С. 9-12.

Санников С.Н. Лесные пожары как эволюционно-экологический фактор возобновления популяций сосны в Зауралье // Горение и пожары в лесу. Красноярск: Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1973. С. 236-277.

Sven Wagner, Lars Lundqvist. Regeneration techniques and the seedling environment from a European perspective // Restoration of Boreal and Temperate Forests. CRC PRESS, 2005. P. 153-171.

Экогеографические особенности семеношения и естественного возобновления сосны на гарях в сосновых лесах Забайкалья / Н.С. Санникова, С.Н. Санников, А.П. Гриценюк и др. // Сибирский экологический журнал. 2010. № 2. С. 231-237.

Евстигнеев О.И., Мурашев И.А., Коротков В.Н. Анемохория и дальность рассеивания семян деревьев восточноевропейских лесов // Лесоведение. 2017. № 1. С. 45-52.

Турецких И.А., Калинин К.К. Лесовосстановление гарей 1972 года в Республике Марий Эл // Лесное хозяйство. 1998. № 5. С. 23-24.

Чистяков А.Р., Крейер В.А. Естественное возобновление в разных типах гарей // Проблемы ликвидации последствий лесных пожаров 1972 г. в Марийской АССР. Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976. С. 68-75.

Effect of high temperatures on seed germina-tion of Prosopis caldenia Burk / А. Е. Villalobos, D. V. Pelaeztt, R. M. Boott, et al. // Journal of Arid Environments. 2002. Vol. 52. Pp. 371–378 doi:10.1006/jare.2002.1004

Effects of high temperatures on germination of Pinus halepensis Mill, and P. pinaster Aiton subsp. pinaster seeds in southeast Spain / J. J. Martfnez-Sdnchez, A. Marin, J. M. Herranz, et al. // Vegetatio 1995. Vol. 116. P. 69-72.

Escudero A., Barrero S., Pita J.M. Effects of high temperatures and ash on seed germination of two Iberian pines (Pinus nigra ssp salzmannii, P sylvestris var iberica)// Annals of Forest Science. 1997. Vol. 54. No 6. P. 553 – 562 DOI https://doi.org/10.1051/forest:19970605

Herreroa C., San Martin R., Bravoa F. Effect of heat and ash treatments on germination of Pinus pinaster and Cistus laurifolius // Journal of Arid Environments. 2007. Vol. 70. P. 540-548 doi:10.1016/j.jaridenv.2006.12.027. www.elsevier.com/locate/jaridenv

Санников С. Н., Санникова Н. С. Эволюционные аспекты пироэкологии светлохвойных видов // Лесоведение. 2009. № 3. C. 3-10.

Валендик Э. Н., Косов И.В. Устойчивость почек хвойных пород к воздействию низовых пожаров // Лесоведение. 2008. № 5. C. 12-17.

Валендик Э.Н., Косов И.В. Тепловое излучение лесных пожаров и возможное воздействие его на древостой // Хвойные бореальной зоны, 2008. T. XXV. № 1 – 2.

Heat-Transfer in the Soil During Very Low-Intensity Experimental Fires - the Role of Duff and Soil-Moisture Content / J.C. Valettel, V. Gomendy, J. MarCchal, et al. // International Journal of Wildland Fire. 1994. № 4. P. 225-237. DOI 10.1071/WF9940225

Проблемы воспроизводства сосновых лесов Среднего Поволжья / С. А. Денисов, К. К. Калинин, В. П. Бессчетнов и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2012. № 1 (14). С. 12-23.

Shirnin Y., Denisov S., Shirnin A. Feasibility demonstration of technologies for the development of pine burnt woods with the aim of reestablishment of the pine stand from the seeds remaining in tree crowns after a low fire // Journal of Applied Engineering Science. 2016. Vol. 14. № 3. P. 391-400.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.