Учёные выяснили, как пожары в Арктической зоне влияют на плодородие почв

Трансформация климата привела к увеличению лесных пожаров. Эта тенденция характерна и для северных регионов, затронутой вечной мерзлотой. Учёные Томского государственного университета впервые для России выяснили, как пожары в бореальных лесах влияют на вынос химических элементов и плодородие почвы. Исследования проводились в Пуровском районе (ЯНАО), где расположена научная станция ТГУ «Ханымей». Новые данные помогут прогнозировать дальнейшие изменения для разных типов ландшафтов. Результаты исследования опубликованы в журнале Geoderma (Q1).

– Пожары на нашей планете были всегда, некоторые экосистемы выгорали за голоцен (более 11,7 последних тысяч лет) до 30 раз, – говорит заведующий лабораторией «БиоГеоКлим» Cергей Лойко. – Увеличение частоты воздействия лесных пожаров на наземные и водные экосистемы на северных территориях является основным, но при этом до сих пор плохо изученным последствием глобального потепления климата в высоких широтах. Мы решили проанализировать, как изменяется химический состав верхнего 30 сантиметрового слоя почвы после горения при разных температурах (верховых и низовых пожарах), а также каков вынос химических веществ из золы и лесной подстилки под действием воды.

Как отмечает учёный, для растений наибольшее значение имеют верхние 10 сантиметров почвы, потому что в них находится большинство сосущих корней. Соответственно, изменение в этом слое напрямую влияет на продуктивность растений.

Отбор почвенных проб.jpg
Отбор почвенных проб

В ходе экспериментальных исследований учёные проанализировали горение при 300, 450 и 600 градусах Цельсия. Выяснилось, что именно этот фактор – температура – является определяющим. Также немалое значение имеет и исходный состав горящего субстрата (лесной подстилки).

Установлено, что вынос фосфора, железа, кальция, магния и ряда других элементов, биологически значимых для растений, гораздо выше из лесной подстилки, чем из золы. Зола оказалась не такой реактивной, как принято считать. Это было самым неожиданным результатом исследований. Однако элементы, выщелачиваемые из золы, уходят безвозвратно, так как сгорают корни. 

Вместе с тем показано, что на вынос химических веществ влияет температура пожара, поскольку в зависимости от неё могут возникать растворимые и нерастворимые соединения, которые с дождевыми водами поступают в почву. Часть этих соединений поглощается корнями растений, часть уносят поровые воды.

При этом происходит снижение биопродуктивности экосистем высоких мест. В экосистемы, расположенные ниже места пожара, например, в поймы рек, напротив, поступают дополнительные питательные вещества. И сейчас, и сотни лет назад пожары выступают главным фактором дестабилизации экосистем северных темнохвойных лесов.

Азот при пожаре улетучивается; фосфор переходит в нерастворимую форму; подвижность калия, селена, молибдена и бора возрастает, и они выносятся из золы с первыми дождями. Поэтому, несмотря на то что иные элементы лучше сохраняются после пожара, потери перечисленных важнейших биогенов приводит к моментальному возникновению недостатка питательных элементов. С учётом тенденции к ещё большему потеплению климата и увеличению количества пожаров вынос биологически важных элементов из почв в последующие десятилетия может стать более активным.

Известно, что в субарктических лесах огонь способствует возобновлению деревьев, уничтожая кустарничково-мохово-лишайниковый покров. Однако нужно понимать, что каждое следующее поколение будет иметь менее плодородную почву и худший бонитет (продуктивность, доброкачественность). Кстати, это видно в следах корней деревьев в почве: несколько тысяч лет назад, до массового выгорания лесов, корневые системы деревьев были крупнее в полтора-два раза, значит, и деревья на севере были больше. И для лесоводческой практики учёные рекомендуют использовать механические нарушения для подготовки почвы к прорастанию семян деревьев.