Лесные пожары приводят к образованию пирогенного органического вещества с разными свойствами

Красноярские ученые 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 журналеFire. (https://www.mdpi.com/2571-6255/7/7/243; https://www.mdpi.com/2571-6255/6/8/304)

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. Однако не весь углерод сгоревшей биомассы поступает в атмосферу, часть его остается в виде угля (пирогенное органическое вещество, пирогенный углерод). О свойствах пирогенного органического вещества в сибирских лесах известно очень мало.

Ученые из 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 разложению 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 большинстваэлементов, за исключением олова, сурьмы и ртути. Некоторые 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 водоемы, 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 березовых 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 секвестрации углерода в большинстве случаев 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 работыОльга Шапченкова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН.