Восстановление лесной растительности на площадях, пораженных огнем, зависит от степени повреждения, причиненного пожаром, и протекает с различной скоростью. А. А. Корчагин описывает для европейского Севера следующий ход восстановления лесной растительности на пожарищах.
Если пожаром повреждены или уничтожены только надземные части кустарников, а их корневые системы остались в сохранности, то обладающие способностью к вегетативному возобновлению породы кустарников (ива, жимолость, шиповник, малина, смородина, карликовая береза и другие) дают молодые побеги, обеспечивающие восстановление кустарникового яруса через 2—3 года. При сильных пожарах, обусловливающих поражение корневых систем, вегетативное возобновление исключено. В этом случае возобновление происходит семенным путем, на что требуется несравненно больший отрезок времени.
Уничтоженный пожаром наземный травяно-кустарничковый покров оправляется довольно быстро. Уже через 1—2 недели после пожара появляются единичные растения, количество которых затем постепенно возрастает. Появляющиеся растения, по определению А. А. Корчагина, обладают биологическими, экологическими и физиологическими приспособлениями, помогающими им заселять гари. Вместе с появлением первых пионеров растительного покрова возобновляется на гари и почвообразовательный процесс, интенсивность которого возрастает по мере восстановления растительного покрова.
Виды, временно обитающие на пожарищах, разнообразны. Возникшая гарь быстро заселяется семенным путем травянистыми растениями, кратковременно занимающими гари: иван-чай (Charnaenerion angusti folium (L.) Scop.); вейник наземный (Colamagrostis epigeios, Roth); луговик (Deschampsin flexuosa Trin), а также другими лесными злаками. Легкий вес семян этих растений облегчает перемещение их ветром. Первым поселяется иван-чай, в дальнейшем — вейник. Через 3—5 лет вейник вытесняет иван-чай. Под густыми зарослями вейника образуется довольно Мощный слой (15—20 см) лугового войлока. Первые годы имеет место семенное возобновление, затем начинает преобладать вегетативное.
Лесные хвощи (Equisetum silvaticum L., Eq. pratense Ehrh) обладают глубокозалегающими корневищами, способными переносить даже сильные пожары; на гарях более влажных местообитаний они образуют густой травостой уже на следующий год после пожара. Однако пребывание их ограничено сравнительно коротким сроком. Уже через 2—3 года их вытесняют иван-чай и вейник.
По мере развития подроста древесных пород иван-чай и вейник уступают место более теневыносливым лесным растениям.
К видам, длительно обитающим на пожарищах, относятся вереск (Cailuna vulgaris Salisb.) и толокнянка (Arctostaphylos uva ursi Spr.). На западе СССР сухие гари очень быстро зарастают вереском, образующим через 3—5 лет сплошной покров. На севере европейской части СССР получает развитие толокнянка. Сохранившиеся после пожара, экземпляры толокнянки довольно быстро разрастаются, но новые растения появляются только через 7—10 лет. Вереск и толокнянка очень долго, несколько десятков лет, удерживаются на месте бывших гарей и только постепенно их участие в травяном покрове спускается до прежнего уровня.
Происходит восстановление типичных лесных видов. А. А. Корчагин выделяет три подгруппы:
Виды, возобновляющиеся вегетативно, подземные части которых располагаются глубоко и не страдают от не очень сильных низовых пожаров. Поэтому после пожара они способны давать обильное вегетативное размножение. Возобновление брусники и черники происходит через 2—3 месяца, голубики несколько медленнее. К этой же группе относятся: багульник (Ledum patustre L.), болотный мирт (Chamaedaphne calyculata Moench), таволга (Filipendula ulmaria Max.), дудник (Angelica silvestris L.) и другие.
По наблюдениям В. Н. Сукачева и Д. В. Воробьева, в сосняках лишайниковых, особенно в сосняке лишайниково-зеленомошном, после пожаров получает развитие сплошной покров из брусники.
При сильных пожарах, вызывающих полное выпадение перечисленных растений, их возобновление происходит очень медленно. В этих случаях брусника и черника появляются лишь через 7—10 лет, а полного развития достигают только через 20—25 лет после пожара.
На влажных местообитаниях с проточным характером избыточного увлажнения таволга в первый же год после пожара способна образовать густой травостой. Багульник через 5—10 лет дает в сосновых лесах иногда чистый и высокий полог.
К группе видов, медленно размножающихся после пожаров и преимущественно семенным путем, принадлежат вороника (Empetrum nigrum L.) и линнея (Linnaea borealis Gronev), обладающие слаборазвитой корневой системой. Они полностью гибнут при пожарах. К подгруппе видов, быстро размножающихся на гарях как семенным, так и вегетативным путем, принадлежат: герань (Geranium silvaticum L.), золотая розга (Solidago virga aurea L.), кислица (Oxalis acetosella L.), майник (Majanthemum bifolium L.), седмичник (Trientalis europaea L.), костяника (Rubus saxatilis L.), грушанки (виды рода Pyrola, Ramisdna secunda L.) и другие.
Восстановление мохово-лишайникового покрова происходит также медленно. Даже самый небольшой лесной пожар почти полностью уничтожает мохово-лишайниковый покров. Первыми поселяются на гари так называемые мхи-пионеры, пребывание которых сравнительно кратковременно. Они приурочены обычно к наиболее прожженным местам. Большая часть мхов, заселяющих гари, размножается спорами, лишь мхи рода Polytrichum способны давать побеги из подземных частей, уцелевших после пожара.
Из мхов-пионеров на сухих местообитаниях поселяются Ceratodon purpureus (L.) Brid., Pohlia nutans (Schreb) Lindb, некоторые виды рода Bryum и др. На более влажных местообитаниях: Funaria hvdrometrica (L.) Sibth., Leptobryum piriforme (L.) Wils. и др. Для сырых и мокрых местообитаний характерно появление печеночника Marchantia polymorpha L. Перечисленные мхи через 3—5 лет достигают наибольшего обилия, а через 5—10 лет их вытесняют на сухих местообитаниях лишайники и ксерофитные виды рода Polytrichum, на сырых и мокрых — гигрофитные виды Polytrichum. Через 10—20 лет мхи-пионеры совсем выпадают. Мхи рода Polytrichum появляются на гарях уже в первый год по менее прожженным местам. Разрастаются они медленно и достигают наибольшего обилия через 7—10 лет, а иногда через 25 лет после пожара. Некоторые виды, как например Polytrichum piliferum, удерживаются на гарях до 30—40 лет и больше.
На умеренно-влажных и сырых местообитаниях наблюдается особенно сильное разрастание Polytrichum commune (в меньшей степени Polytrichum strictum). После повторных пожаров, по наблюдениям Д. В. Воробьева и В. Н. Сукачева, может произойти смена зеленомошного покрова долгомошниковым.
Типичные лесные мхи начинают появляться на гарях через 10—15 или 20 лет, достигая наибольшего обилия через 20—40 лет.
Лишайники поселяются после пожара только на сухих песчаных почвах. Первыми поселяются трубчатые и бокальчатые виды Cladonia, достигающие наибольшего обилия через 10—15 лет. Постепенно их сменяют основные боровые лишайники: Cladonia sylvatca (L.) Rabh., Cl. rangiferina (L.) Web., Cl. uncialis (L.) Web., Cl. alpestris (L.) Rabh., Cetraria islandica (L.) Ach и др. Ф. В. Самбук считает, что в дальнейшем должно наступать полное преобладание Cladonia alpestris.
Уничтожение травяно-мохового покрова делает возможным довольно быстрое появление на гарях самосева древесных пород. По прошествии 4—5 лет после пожара на площади 1 га можно насчитать от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч экземпляров всходов древесных пород. Густота и породный состав подроста сильно колеблются в пределах одной гари. В большинстве случаев лесовозобновление обусловлено налетом семян со стороны или от уцелевших на гари деревьев; кроме того, по исследованиям Гофмана и Н. А. Казанского, некоторая часть семян сосны сохраняется в лесной подстилке после пожара и, по мнению Гофмана, при неполном сгорании подстилки сохраняет всхожесть. Степень сохранности и всхожесть этих семян зависит от интенсивности пожара и строения лесной подстилки. При очень высоких температурах происходит полная гибель семян, в маломощных лесных подстилках это происходит при более низких температурах. Кроме семян сосны, в лесной подстилке могут сохраняться при не очень сильных пожарах семена ели и некоторых других пород. Осина, береза могут давать на гарях, кроме семенного, также и вегетативное возобновление.
В условиях европейского Севера возобновление гарей лиственными породами идет через березу и осину, хвойными — через сосну. Ель редко первой поселяется на гарях. Имеются многие указания, что самосев сосны на обожженных местах значительно обильнее, чем на необожженных, что на гарях подрост сосны развивается успешнее, чем вне гарей. В соответствии с исследованиями Фабрициуса Н. Е. Декатов обнаружил, что в местах скопления больших количеств золы прорастание семян сосны и особенно ели в первые годы затруднено. По мере выщелачивания золы и снижения щелочности семена сосны и ели начинают давать всходы.
По исследованиям М. Е. Ткаченко, чем позже на гарях поселяется сосна, тем лучше ее рост, поэтому гари на глинистых и суглинистых почвах, имеющие более щелочную реакцию, сначала заселяются осиной и березой, а затем сосной. На более бедных супесчаных и песчаных почвах имеются более благоприятные условия для возобновления сосны и менее благоприятные для березы и особенно осины. М. Е. Ткаченко склонен это связывать с большей ненасыщенностью основаниями песчаных почв. В действительности же песчаные почвы обладают меньшей абсолютной ненасыщенностью, чем глинистые и суглинистые. Указанное различие, по-видимому, обусловлено в первую очередь более легкой выщелачиваемостью песчаных почв по сравнению с суглинистыми. Возобновление осиной легче происходит на более богатых глинистых почвах.
Отсутствие возобновления ели непосредственно на гарях объясняется повреждением всходов ели заморозками и выжиманием самосева ели при замерзании почвы. По наблюдениям М. Е. Ткаченко, выжимание ели при замерзании почвы имеет место на тяжелых сырых глинистых и суглинистых почвах. Он пишет, что на этих почвах самосев ели почти полностью гибнет. На более легких почвах описанное явление не имеет места. А. А, Корчагин, признавая влияние выжимания ели при замерзании почвы, считает очень важным губительное действие весенних заморозков непосредственно на всходы ели. Он приводит многочисленные примеры, когда возобновление ели успешно шло под защитой других пород, даже высокостебельной травянистой растительности, например иван-чая и даже хвороста.
Поэтому в условиях европейского Севера на песчаных и супесчаных почвах речных террас и песчаных аккумулятивных низменностей гари зарастают сосной пли сосной в смеси с лиственными породами при преобладании сосны.
Рассматривая вопрос о влиянии почвенных условий на возобновление древесных пород после пожаров, необходимо отмстить большую роль уменьшения мощности лесной подстилки при низовых пожарах. Можно сказать, что чем тоньше слой лесной подстилки, оставленной после пожара, тем благоприятнее условия для последующего лесовосстановления. Поэтому повреждение огнем лесной подстилки способствует лесовозобновлению. Благоприятно влияет на появление самосева уничтожение огнем травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового покровов. Имеет большое значение обсеменение гарей до зарастания се сплошным покровом мхов, трав, полукустарничков, т. с. в первые 2—3 года после пожара. Отмечено рядом исследователей благоприятное действие на рост самосева ели зарослей иван-чая. Особенно сильное отрицательное действие на лесовозобновление оказывает развитие покрова из вейника.
Возобновление леса на гарях не всегда происходит успешно, в ряде случаев образуются необлесенные гари. Так, например, проведенные Л. А. Молчановым исследования на юге Архангельской области показали, что лишь на 50% площади исследованной им гари возобновление было удачным, на 26,1 % оно было посредственным, а на 23,5% неудовлетворительным. Слабое возобновление древесных пород создает условия для быстрого зарастания таких гарей густым травяным покровом, который еще более затрудняет последующее лесовозобновление.
На облесяемых горельниках происходит смена пород. Под пологом березового или осинового леса, развивающегося на гари, в первые же 10—15 лет поселяется подрост ели, позднее пихты. Постепенно образуется смешанное хвойно-лиственное насаждение. После отмирания березы и осины, образующих первый ярус, создается чистый темнохвойный лес, иногда с небольшой примесью мелколиственных пород.
Менее ясен вопрос о взаимоотношении сосны и ели. Наряду с чистыми сосновыми лесами значительные площади занимают сосновые леса со вторым ярусом из ели и смешанные сосново-еловые. Некоторые исследователи считают, что все сосновые леса возникли на месте бывших ельников (А. Я. Гордягин, С. Я. Соколов) в результате пожаров. Развитие идет в дальнейшем в направлении смены сосны елью, но периодически повторяющиеся пожары препятствуют этой смене и закрепляют территорию за сосновым лесом. Лишь в боровом ряду (сосняках лишайниковых и сфагновых, а также в сосняках-брусничниках на глубоких песчаных отложениях) смена сосны елью исключена, хотя описаны случаи поселения ели в лишайниковых борах.
И. С. Мелехов полагает, что в некоторых случаях пожары могут способствовать смене сосны елью. Это имеет место вблизи ельников ручейных и ручейно-логовых, отличающихся малой горимостью. В зоне досягаемости массового разлета семян от этих ельников поселяется на гарях густой самосев, что может привести к образованию в дальнейшем сомкнутых ельников.
Специальных исследований процессов почвообразования на гарях при их зарастании растительностью и восстановлении былой лесной растительности не было произведено. Исходя из общих закономерностей, можно допустить следующие изменения в строении почв.
Поселение травянистой растительности в первые годы после пожара обусловливает развитие дернового почвообразовательного процесса: образование дернины, перегнойно-аккумулятивного горизонта, накопление мягкого перегноя, повышение емкости поглощения и т. д. Развитие дернового почвообразовательного процесса продолжается и при поселении на гарях светлых березовых лесов с травяным покровом. По мере проникновения хвойных пород под полог березового леса и восстановлении зеленомохового покрова с брусникой и черникой дерновый процесс сменяется подзолообразовательным.
При поселении на гарях осинников также происходят изменения в ходе почвообразовательного процесса, но влияние осины на почву недостаточно изучено. Можно ожидать, что образование плотной листовой подстилки в осинниках способствует подавлению дернового процесса.