Лесные пожары приводят к образованию пирогенного органического вещества с разными свойствами

Красноярские учёные вместе с коллегами показали, что пирогенное органическое вещество, образующееся в результате неполного сгорания растительности и напочвенных лесных горючих материалов при пожарах, неоднородно. Высокоинтенсивные пожары приводят к образованию пирогенного органического вещества с более высокой устойчивостью к разложению, чем пожары более низкой интенсивности. В результате пожаров почвы лесных экосистем обогащаются макро- и микроэлементами. Результаты исследования по этой тематике представлены в статьях, опубликованных в журнале Fire.

Более 70 % лесных пожаров в России приходится на Сибирь. Изменение климата привело к увеличению продолжительности пожароопасного сезона, частоты и площади лесных пожаров за последние десятилетия. Высокоинтенсивные лесные пожары катастрофически влияют на лесные ресурсы и вызывают негативные социальные и экономические последствия. Известно, что лесные пожары выбрасывают в атмосферу большое количество углерода и других элементов. Однако не вся сгоревшая биомасса поступает в атмосферу. Часть её остается в виде угля, представляя пирогенное органическое вещество. О свойствах пирогенного органического вещества в сибирских лесах известно очень мало.

Сотрудники Института леса им. В.Н. Сукачёва СО РАН, который входит в ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», изучили обугленные образцы лесной подстилки, коры, веток и шишек после пожаров средней и высокой интенсивности в хвойных и лиственных лесах Сибири. Они установили, что огонь приводит к потере лабильных, то есть слабоустойчивых, компонентов органического вещества, и обогащает его ароматическими соединениями. В результате образовавшееся пирогенное органическое вещество становится более устойчивым к разрушению по сравнению с несгоревшими растительными остатками, а содержащийся в нём углерод может долго сохраняться в почве. Также были выявлены существенные различия в свойствах такого вещества, полученного из разных горючих материалов и при пожарах разной интенсивности.

Специалисты также наблюдали увеличение доли минеральных веществ в лесных подстилках, пройденных пожарами. Были оценены уровни содержания кальция, магния, азота, фосфора, меди, цинка, кадмия, мышьяка и других элементов в подстилках горевших и негоревших лесов. Отмечено, что пожары привели к значительному увеличению содержания большинства элементов, за исключением олова, сурьмы и ртути. Микроэлементы могут быть опасны из-за своей потенциальной токсичности и способности накапливаться в пищевых цепочках. Даже для основных микроэлементов, регулирующих биохимические и физиологические процессы в растениях и животных, существует очень узкий диапазон концентраций между положительными и токсичными эффектами. Кроме того, после сильных дождей вместе с поверхностным стоком может происходить миграция химических элементов в водоёмы, что может привести к ухудшению качества воды и нанести вред водным экосистемам.

«Мы исследовали свойства пирогенного органического вещества, образовавшегося в результате пожаров разной интенсивности, и дали оценку влияния пожаров на содержание 32 химических элементов в лесных подстилках. Образцы для исследования были отобраны в сосновых, лиственничных, еловых и берёзовых лесах Сибири непосредственно после прохождения огня. С помощью современных приборов термического анализа, имеющихся в Красноярском региональном центре коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН, были изучены термические характеристики образцов. Это позволило судить о соотношении термолабильных и термостабильных компонентов в составе пирогенного органического вещества и о его термической стабильности, а также рассчитать индексы термической устойчивости. В целом, индексы термической устойчивости для образцов пирогенного органического вещества были выше на 9-29 % по сравнению с несгоревшими растительными остатками. Это указывает на переход от низкого к среднему классу потенциала хранения углерода в почве и, следовательно, меньшей восприимчивости пирогенного органического вещества к биодеградации. Наши результаты подчеркивают важность изучения пирогенного органического вещества для понимания его роли в глобальном круговороте углерода. Кроме того, аккумуляция элементов в пирогенных горизонтах почв в результате пожаров, с одной стороны, может оказать положительный эффект на растения, но, с другой стороны, увеличение частоты и интенсивности пожаров, наблюдаемое в Сибири, может привести к высоким концентрациям потенциально токсичных элементов, а также к рискам загрязнения поверхностных вод. Наше исследование позволило определить только краткосрочный эффект лесных пожаров на содержание элементов в лесных подстилках сибирских лесов. Для понимания накопления и миграции элементов в долгосрочной перспективе необходимы дальнейшие исследования», — рассказала одна из авторов работы Ольга Шапченкова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ИЛ СО РАН.

Источник: КНЦ СО РАН.