Воздействие лесных пожаров на почвенный покров на примере постпирогенных территорий Самарской области

П ожары являются одной из серьезнейших нерешенных проблем российских лесов. Почва, как неотъемлемая составная часть лесных биогеоценозов, также испытывает на себе разностороннее влияние пожаров. Пожарам в системе деградации почвенного покрова принадлежит особое место, что обусловлено их специфическим воздействием на окружающую среду, в том числе и на почвенный покров. Процессы пирогенеза являются широко распространенным явлением, оказывающим огромное влияние на процессы почвообразования, что заставляет обращать на них особое внимание при исследовании природных экосистем [1]. Роли лесных пожаров в естественной динамике лесного покрова посвящено значительное количество публикаций, поскольку они являются самым мощным экологическим фактором среди других причин, определяющих структуру и динамику лесов, и, соответственно, экологическое состояние территории. Между тем, проблема после-пожарного почвообразования лишь периодически привлекает к себе внимание ученых, и следует признать, что это происходит все реже и реже [3].

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ежегодно на территории России возникает от 15 до 50 тыс. лесных пожаров, повреждающих от 2 до 17 млн. га общей площади лесов и выбрасывающих в атмосферу миллионы тонн продуктов горения [8].

Лесные пожары 2010 г. привели к уничтожению верхней части почв на огромных территориях России. Огнем были уничтожены и нарушены в существенной степени почвы основных природных зон Русской равнины и Сибири. Пожары отмечались в республиках Башкортостан, Татарстан, Марий Эл, Чувашия, Удмуртия и Мордовия, в Московской, Свердловской, Кировской, Тверской, Калужской, Оренбургской, Волгоградской, Самарской, Саратовской, Ульяновской, Челябинской и Курганской областях. Предельно экстремальные погодные условия сложились на территории европейской части страны в Центральном и Приволжском федеральном округах [2].

Обширные лесные пожары, полыхавшие на просторах Российской Федерации летом 2010 г., не только нанесли колоссальный материальный урон, но и обнажили бедственное положение в сфере лесного хозяйства нашей страны, высветили множество социально-экономических, экологических проблем, прямо или косвенно связанных с использованием лесных ресурсов [2]. В связи с этим, катастрофические пожары по всей России обусловили необходимость проведения исследования процесса восстановления почв, подверженных действию пожаров.

Объектом настоящего исследования являются степные островные сосновые боры в районе г. Тольятти Самарской области, которые подверглись воздействию катастрофических лесных пожаров в 2010 г. [3-7]. Островные сосновые боры формируются на песчаных и супесчаных отложениях эолового или аллювиального происхождения в суббореальном климате. В данном районе формируются серогумусовые супесчаные почвы на древних аллювиальных волжских песках, которые относятся к отделу органо-аккумулятивных почв. Исследования послепожарной динамики почвенного покрова в районе г. Тольятти проводили на участках, пройденных верховым и низовым пожаром, и на участках, не подвергавшихся действию огня (контроль): участок 1 – средневозрастной сосновый лес в городской черте г. Тольятти (низовой пожар в конце июля 2010 г. – выгорание нижнего яруса с частичным повреждением древостоя); участок 2 – средневозрастной сосновый лес в городской черте г. Тольятти (верховой пожар в конце июля 2010 г. – полное выгорание всей растительности); участок 3 – в качестве контроля использовали аналогичные участки леса с таким же типом почв, но не подвергавшиеся горению (фоновые почвы). Под фоновыми почвами подразумеваются почвы, идентичные по строению и свойствам исследуемым, но не подвергавшиеся влиянию лесного пожара. Исследования проводились в 2010-2012 гг.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В 2010 г. катастрофические природные пожары в городских лесах г. Тольятти привели к образованию пирогенно-трансформированных почв, которые существенно отличаются от ненарушенных по морфологическим признакам и основным химическим и физическим свойствам. Главной особенностью почв гарей является своеобразный пирогенный горизонт, обилие углей в котором определяет его основные свойства. Формируется новый маломощный пирогенный горизонт, который может сохраняться десятки лет, если на месте гари не поселяется растительность и не изменяются его основные свойства, и который по хими- ческим, физико-химическим свойства и биологическому круговороту элементов очень сильно отличается от природных неизмененных аналогов.

Почвы пожарищ отличаются от фоновой почвы на макроморфологическом уровне лишь в верхней части профиля, где подстилка превращается в золу, идентифицируемую как органоминеральная смесь грязно-серого цвета. В первый год исследований повсеместно встречались обугленные подстилки, содержащие большое количество мелких и крупных угольков. По прошествии одного года четко проявляются процессы эрозии почв под влиянием осадков и иллювиирование органического вещества в среднюю часть профиля, которые, вероятно, будут продолжаться еще несколько лет. В 2012 году наблюдается дальнейшее уменьшение мощности верхних пирогенных горизонтов и перемещение темноокрашенно-го материала вниз по профилю.

Пожары приводят к серьезным изменениям физико-химических и химических свойств почв. Анализ физико-химических показателей свидетельствует, что при воздействии пожаров, когда прогорают только верхние горизонты, отмечается относительно слабая тенденция к изменению основных почвенных свойств под воздействием разных видов пожаров, которая бы подтверждалась парным t-тестом двух выборок данных, однако, некоторые отличия все же наблюдаются. Но что характерно, в целом, влияние пожаров на свойства в исследуемых почвах не распространяется на глубину более 10 см.

Таблица . Физико-химические свойства изученных почв 2010 и 2012 гг.

Сила воздействия верхового и низового пожаров на свойства почв различаются в зависимости от конкретного параметра. В частности, за счет высокой температуры горения верховой пожар интенсивнее воздействует на содержание гигроскопической влаги (табл.). Ее содержание в верхних горизонтах почв снижается под действием пожаров: от 5,92% в верхних горизонтах ненарушенных почв до 2,37% при верховом и 2,85% при низовом пожарах. Напротив, низовой пожар сильнее влияет на содержание углерода органических веществ за счет более полного выгорания подстилки и верхнего гумусового горизонта (содержание органического вещества в золе на поверхности в 2010 г. при низовом пожаре (2,31%) меньше, чем при верховом (3,19%)) (табл.), а также приводит к уплотнению верхних слоев почвы. В составе гумуса постпирогенных почв наблюдается увеличение доли гуминовых кислот. Различий в изменении значений водородного показателя под действием разных видов пожаров нет: кислотность уменьшается (7,9-8,0) (табл.), и реакция среды выгоревших подстилок характеризуется как щелочная. Спустя год после пожара рН среды выгоревших подстилок выравниваются и по своим абсолютным величинам приближаются к контрольным за счет полного выноса щелочных элементов из золы в местах пожаров дождевыми и талыми снеговыми водами.

Спустя 2 года после пожаров многие изменения в свойствах постпирогенных почв уменьшаются и начинают приближаться к фоновым. Наблюдается послепожарная динамика почв, выражающаяся в увеличении содержания гигроскопической влаги, уменьшении рН верхних горизонтов за счет выщелачивания щелочноземельных оснований, накоплении гумуса с вновь поступившими на поверхность растительными остатками. Однако, если в случае низового пожара главным фактором послепожарной динамики почв является свежий растительный опад, поступающий на поверхность, то при верховом пожаре движущей силой является поверхностная водная эрозия. Оба фактора в разной степени влияют на постпирогенные изменения основных свойств почв во времени.

ВЫВОДЫ

Первоначально после прохождения огня ведущую роль в изменении экологической обстановки играют почвенные факторы – изменение физико-химических и гидротермических свойств верхних почвенных горизонтов. В то же время после сгорания живого напочвенного покрова и лесной подстилки происходит активация эрозионных процессов, под влиянием которых наблюдается обеднение верхних горизонтов почв и их деградация. Тот факт, что интенсивность влияния на определенные свойства и последующего восстановления почв в результате верхового и низового пожаров разная, говорит о том, что многообразное факторное воздействие катастрофических пожаров привело к высокой неоднородности почвенного покрова и его основных параметров.

Проблема борьбы с лесными пожарами – проблема сложная, многогранная и как никогда актуальная. Решение ее требует привлечения и взаимодействия специалистов в различных областях – экологов, лесников, экономистов, пожарных, специалистов по сохранению биоразнообразия и охране здоровья человека и т. д. К сожалению, государственные структуры пока не в силах справиться с ситуацией, возникающей ежегодно в пожароопасный период.

Пожары в 2010 г. в черте г. Тольятти привели к ухудшению экологической обстановки в городе – огонь уничтожил целую лесную экосистему. Безусловно, для сбережения лесных ресурсов, создания условий для устойчивого развития лесной экосистемы и проведения мероприятий по предотвращению потери продуктивности земель в дальнейшем необходимо разработать систему мониторинга послепожарных территорий с последующим анализом процессов восстановления растительного и почвенного покрова на выгоревших участках как элемент экологизированного менеджмента нарушенных земель.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов мор-рф-нр 1304-90766 и мол-а-вед 12-04-33017.