ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 9, с. 1131-1144
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ ^^^^^^^^^^ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.4
СВОЙСТВА ПОЧВ ТОЛЬЯТТИНСКОГО СОСНОВОГО БОРА ПОСЛЕ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ПОЖАРОВ 2010 г.*
© 2014 г. Е. Ю. Максимова1, 2, А. С. Цибарт3, Е. В. Абакумов1, 2
1Санкт-Петербургский государственный университет, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9 2Институт экологии Волжского бассейна РАН, 445003, Тольятти, ул. Комзина, 10 3Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы е-шаП: doublemax@yandex.ru, tsibann@gmail.com, e_abakumov@mail.ru Поступила в редакцию 19.12.2013 г.
Приведен обзор результатов исследований изменений почв после прохождения пожаров 2010 г. в островных сосновых борах г. Тольятти. Морфологический анализ постпирогенных почв показал, что огонь затронул только верхнюю часть профиля. Выявлено, что низовые пожары способствуют более интенсивной потере органического вещества по сравнению с верховыми (2.85% при низовом пожаре против 2.37% — при верховом). Однако верховые пожары являются для почв более губительными в связи с тем, что, во-первых, они являются продолжением низовых, а, во-вторых, впоследствии в результате полного обнажения поверхности почвенного покрова развивается плоскостная и линейная водная эрозия почв. Установлено, что лесные пожары приводят к дегумификации почв, что связано с уничтожением органогенных горизонтов, минерализацией корневых остатков и почти полным отсутствием свежего опада на послепожарных территориях. В результате пирогенного воздействия в составе органического вещества увеличивается доля гуминовых кислот. Вместе с переносом илистой фракции возможно перемещение образованных при пожарах полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в аккумулятивные геохимические позиции.
Ключевые слова: почвы, лесные пожары, постпирогенные сукцессии, пирогенные изменения почв, восстановление лесных ресурсов, полициклические ароматические углеводороды.
Б01: 10.7868/80032180X14090081
ВВЕДЕНИЕ
Для лесных экосистем характерны демутаци-онные смены (сукцессии), вызванные, наряду с динамикой климата, воздействием природных (ветровалы, вспышки численности вредителей), природно-антропогенных (пожары) и антропогенных (лесозаготовки) явлений. Важным фактором, нарушающим ход естественных процессов в лесу, являются лесные пожары, последствия которых трудно прогнозируются [24]. Параллельное изучение послепожарных сукцессий растительности и онтогенеза почв важно для разработки методов управления послепожарными ландшафтами и для понимания трендов регенерации поч-венно-растительного покрова. Почвы являются важнейшей составной частью возникающих реге-нерационных биогеоценозов и в контексте пост-пирогенных сукцессий изучены недостаточно.
♦Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов мол-рф-нр 13-0490766, мол-а-вед 12-04-33017, мол_а 14-04-32132 и мол_а 12-05-31314, а также при поддержке гранта Русского Географического Общества.
Подавляющая часть научных сведений о демута-ционных сменах касается молодых почв, возникающих на землях, нарушенных при механическом воздействии [1—3].
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 [14]. Некоторые из этих пожаров перерастают в катастрофические. Причиной лесных пожаров в 70—90% случаев является человек [7]. Под лесным пожаром принято понимать стихийное, неуправляемое распространение огня по лесной площади. Небольшое количество осадков, сильные ветры, высокие температуры, засухи вместе с высокой посещаемостью лесов населением создают благоприятные условия для возникновения и распространения пожаров [16].
Количество ежегодно возникающих лесных пожаров и охватываемая ими площадь также в значительной степени определяется природно-климатическими условиями на территории лесного фонда России. Уже сейчас положение с лес-
49°20' в. д. 49°24' в. д. 49°28' в. д.
53°32' с. ш.
53°30' с. ш.
53°28' с. ш.
Рис. 1. Участки Ставропольского бора, поврежденные и уничтоженные лесными пожарами в 2010 г. Условные обозначения: 1 — участки размещения почвенных разрезов (V — участок верхового пожара, N — участок низового пожара, F — участок на незатронутой пожаром территории); 2 — залесенные территории (до пожара 2010 г.); 3 — территории, пострадавшие от верхового пожара; 4 — территории, пострадавшие от низового пожара. При составлении карты использованы данные проекта Global Forest Change [36], данные Open street map [37] (открытые источники данных), материалы Газеты Тольяттинского отделения Русского ботанического общества FLORA FOLIUMII (№ 22, 2011) [9], полевые исследования авторов.
ными пожарами в ряде регионов России стало катастрофическим [7].
Процессы пирогенеза являются широко распространенным явлением, оказывающим огромное влияние на процессы почвообразования, что заставляет обращать на них особое внимание при исследовании природных экосистем [6]. 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 развития лесов и, соответственно, экологическое состояние территории. Между тем, проблема по-слепожарного почвообразования лишь периодически привлекает к себе внимание ученых и до настоящего времени изучена недостаточно [15].
Исследователями показано, что последействие пожаров имеет широкую амплитуду — от положительного до отрицательного. Важнейшие деградационные явления связаны с потерей гумуса [5, 21, 33], нарушением водного режима [34, 35], включая заболачивание. В крайних вариантах нарушение почвенного профиля приводит к частичной потере почвенного мелкозема, а иногда и всей почвенной массы. Многие исследователи в свое время приходили к выводу, что действие лесного пожара вызывает существенные изменения физико-химических свойств почв [27, 28]. В част-
ности, показано, что под влиянием пожаров происходит уменьшение кислотности, увеличение содержания водорастворимого кальция, а, следовательно, увеличение насыщенности почв основаниями [12, 20, 26, 27, 31, 32].
Результаты исследований послепожарного функционирования лесных почв в относительно однородных климатических и геолого-геоморфологических условиях представляют большой интерес для объективной экологической оценки современного состояния лесных экосистем, что важно для понимания путей восстановительной динамики компонентов лесных экосистем и прогноза их состояния при разном воздействии пи-рогенного фактора. В связи с этим постпироген-ное почвообразование — интересная модель изучения восстановления почвенно-растительного покрова после катастрофических природных воздействий.
Цель настоящей работы — изучение свойств почв постпирогенных участков лесных экосистем в ходе начальной стадии демутационной смены растительности. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1 — оценить влияние различных видов пожаров на почвенный и растительный покров; 2 — изучить результаты рекультивационных мероприятий на послепо-жарных территориях; 3 — исследовать динамику восстановления почв после пожаров в течение времени; 4 — исследовать влияние лесных пожаров на аккумуляцию ПАУ в ландшафтах.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В пожарном отношении крайне неблагоприятным выдалось лето 2010 г. В конце июля—начале августа наблюдалась жаркая сухая погода. В отдельные дни температура воздуха превышала рекордные значения предыдущих лет. При этом наблюдалась жестокая засуха [25]. Это стало причиной высыхания растительности, и, как следствие, вызвало сильнейшие лесные пожары. В 2010 г. экстремальные погодные условия сложились на территории европейской части страны в Центральном и Приволжском федеральном округах [14]. В частности, в Самарской обл. в районе г. Тольятти в июле—августе 2010 г. произошли многочисленные катастрофические лесные пожары, которые затронули и федеральный особо охраняемый природный (ООПТ) Национальный парк "Самарская Лука".
С начала пожароопасного периода на территории Тольяттинского лесничества произошло 34 лесных пожара. Площадь, пройденная огнем, составила 2083 га, в том числе 1037 га повреждено верховым пожаром (рис. 1). Ущерб по предварительным данным составил 50 млн рублей, потери неликвидной древесины — 38 тыс. м3, ликвидной
— 160 тыс. м3 (без ущерба причиненного лесным пожаром в районе Автовазагрегат) [9].
Объектами изучения процессов пирогенного почвообразования являются степные островные сосновые боры на древних песчаных и супесчаных отложениях эолового или аллювиального происхождения в условиях суббореального климата в районе Тольятти Самарской обл., которые подверглись воздействию катастрофических лесных пожаров в 2010 г.
Исследования послепожарной динамики почвенного покрова проводили на участках, пройденных верховым и низовым, 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. Описания почв, отбор проб и описание растительности площадок осуществляли 3 раза: в сентябре 2010 г. после снятия с территории режима чрезвычайного положения, в августе 2011 г. и сентябре 2012 г. Точки отбора проб были постоянными. В 2010 г. было заложено 9 почвенных разрезов (по 3 на каждом участке) и проанализировано более 50 образцов. В 2011 г. — 6 разрезов и около 30 проб; в 2012 г. — 10 разрезов и около 50 почвенных образцов.
Описания растительности и почвенных профилей, отбор проб проводили в соответствии с общепринятыми методическими рекомендациями. Все почвенно-химические параметры изучали в мелкоземе. Общая
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.