научная статья по теме ПОСЛЕПОЖАРНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В НАПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ЛИСТВЕННИЧНИКОВ КРИОЛИТОЗОНЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭВЕНКИИ Биология

Текст научной статьи на тему «ПОСЛЕПОЖАРНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В НАПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ЛИСТВЕННИЧНИКОВ КРИОЛИТОЗОНЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭВЕНКИИ»

= ЭКОЛОГИЯ =

УДК 630*231:631.47+631*114.351

ПОСЛЕПОЖАРНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В НАПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ЛИСТВЕННИЧНИКОВ КРИОЛИТОЗОНЫ

ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭВЕНКИИ

© 2011 г. С. Г. Прокушкин, В. В. Богданов, А. С. Прокушкин, И. В. Токарева

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 660036Красноярск, Академгородок

stanislav@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 13.07.2010 г.

Рассматривается роль низовых пожаров в трансформации органического вещества в напочвенном покрове лиственничников криолитозоны Средней Сибири и динамика его послепожарного восстановления. Отмечено, что в результате их действия происходит существенное снижение концентраций и запасов органического углерода и отдельных его фракций в напочвенном покрове, период восстановления которых растянут на многие десятилетия.

Пожары — один из основных факторов, дестабилизирующих лесные экосистемы и регулирующих формирование новых послепожарных биогеоценозов (Исаев, Уткин, 1963; Курбатский, 1964; Валендик, 1996; Korovin, 1996; Sannikov, Goldammer, 1996; Furyaev et al., 2001).

Ежегодно в северной тайге России пожарам подвергаются около 320 тыс. га площадей, покрытых лесом (Софронов и др., 2000), а в Сибири, где сосредоточена значительная часть бореаль-ных лесов России, ежегодно регистрируется до 30 тыс. лесных пожаров (Conarrd, Ivanova, 1997). Согласно экспертным оценкам, выполненным на основе анализа фондовых материалов и спутниковой информации, за последние десятилетия ХХ в. огневому воздействию только в центральной части Эвенкии ежегодно подвергалось около 1.1— 1.5% площадей лесного фонда (Sofronov et al., 1998). Повторяемость пожаров по данным денд-рохронологического анализа в зависимости от экологических условий составляет в среднем 80— 90 лет (Furyaev et al., 2001; Ivanova, 1999). При этом в криолитозоне преобладают низовые пожары с различной интенсивностью и продолжительностью действия (Матвеев, 1992; Софронов, Во-локитина, 1998).

В результате действия низовых пожаров нарушается естественная динамика развития биогеоценозов и вносятся существенные изменения запасов углерода и его потоков в пирогенный и по-слепирогенный периоды. Кроме того, они коренным образом изменяют гидротермические и эдафические условия, что сказывается на биологической и биохимической активности почв (Прокушкин и др., 2000; Сорокин, 2009) и, как следствие, изменение в ней количественного и качественного состава органического вещества.

Однако влияние низовых пожаров на эти параметры в напочвенном покрове криолитозоны Средней Сибири, где особенно велика экологическая роль пожаров, мало изучено. В связи с этим требуются более тщательные исследования экологических последствий низовых пожаров и их роли в трансформации органического вещества (ОВ) в почве.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для выяснения роли низовых пожаров в трансформации углерода и его восстановления в мерзлотных почвах были выполнены исследования в криолитозоне Средней Сибири (Центральная Эвенкия в низовьях р. Кочечум — правого притока р. Н. Тунгуска: 64°18' с.ш., 100°11' в.д.). Леса региона представлены лиственницей Гмели-на Ьапх ОшвИпи (Яирг.) Яи рг. с преобладанием кустарниково-мохово-лишайниковой группы типов леса, для которых свойственна низкорос-лость, тонкомерность и небольшие запасы древесины (Прокушкин и др., 2008). В качестве объектов исследования в этих насаждениях выбраны гари разного возраста: однолетние (2005 г.), 12-летние (1993 г.), 13-летние (1994 г.), 17-летние (1990 г.), 25-летние (1981 г.), 56-летние (1951 г.) и соответствующие им не поврежденные пожаром насаждения (контрольные). Большинство гарей возникло после сильных беглых низовых пожаров и лишь 13-летняя гарь (13Г) после устойчивого низового пожара. Подробная характеристика пробных площадей (ПП) и почвенных условий приведена в табл. 1.

На всех пробных площадях по их диагонали были заложены трансекты (20 м и более), где фиксировался микрорельеф, и в его элементах (буграх пучения и западинах) в 3-кратной повтор-

227

7*

Таблица 1. Характеристика лиственничных фитоценозов на пробных площадях (ПП)

ПП Вариант Тип леса Тип почвы Древостой

ПП возраст, лет А, з И, м полнота запас, м3/га

1 Контроль 2005 г. Лиственничник кустарничково-зеленомошно-лишайниковый Криозем тик-сотропный 180 1 2.1 5 .6 1 0.6 5 .1 0.52 8 6.1 15

1Г Гарь 2005 г. То же после сильного беглого ни- То же 1 — 0 . 1 —

зового пожара 8Л 6 . 3 21

12 Контроль 1993 г. Лиственничник багульниково- бруснично-зеленомошно-ли- шайниковый Криозем гомогенный 160-290 1 0.5 6 .3 1 0.1 5 .4 0.49 3 2 10

12Г Гарь 1993 г. То же после сильного беглого низового пожара 1993 г. То же 12 8 7.1 0.35 27 19

13 Контроль 1994 г. Лиственничник бруснично-го-лубичный зеленомошно-лишай-никовый Палевый гранузем 150-260 1 1.0 5 .7 8 . 6 6 . 5 0.41 44.1 13

13Г Гарь 1994 г. То же после устойчивого низового пожара средней интенсивности 1994 г. То же 13 9 . 6 6 . 4 8 . 2 6 . 5 0.45 50 26.5

17 Контроль 1990 г. Лиственничник багульниково-брусничный зеленомошный с подлеском из душекии Криозем тик-сотропный 70-100 7 .9 1 0.6 9 . 0 7 . 5 0.53 60.7 1 5.7

17Г Гарь 1990 г. То же после сильного беглого ни- То же 17 1 . 7 3 . 1 0.35 1 2.3

зового пожара 1990 г. 2 . 5 3 . 5 3 .7

25 Контроль 1981 г. Лиственничник кустарничково-зеленомошный То же 80-100 6 . 5 2 . 8 7 . 2 4. 7 0.32 27.7 5

25Г Гарь 1981 г. То же после сильного беглого ни- То же 25 1 . 6 3 . 1 0.30 45.2

зового пожара 1981 г. 5 . 8 7 . 7 2 .1

51 Контроль 1951 г. Лиственничник багульниково-брусничный зеленомошный То же 5.4 7.1 0.69 64.5 4.3

51Г Гарь 1951 г. То же после сильного беглого ни- То же 51 6.8 9.5 0.6 72.8

зового пожара 1951 г. - - —

Примечание. ПП — пробная площадь (для табл. 1, 2), соответствует давности гари; Д^з — диаметр (среднее) на высоте 1 и 3 м; Н— высота древостоя (среднее), м; в числителе — растущие деревья, в знаменателе — сухостой; "—" — нет данных.

ности заложены учетные площадки (20 х 25 см), на которых проведен учет запасов живого напочвенного покрова (ЖНП) и подстилки.

В лабораторных условиях эти образцы подготавливались к анализам по общепринятым стандартным методам (Растворова и др., 1995).

Содержание общего углерода в подстилках определялось на элементном анализаторе Elementar Vario EL (Германия). Определение содержания водоэкстрагируемого органического углерода (ВЭОУ) в подстилках проводили в водной вытяжке 1 : 10 (образец : вода). Полученные растворы фильтровались через нитроцеллюлозный фильтр с диаметром пор 0.22 мкм. В выпаренном фильтрате определяли углерод по методу И.В. Тюрина (Токарева, 2008).

В подстилках определяли также качественный состав ОВ по потере массы при последовательном прокаливании образцов в течение 2 ч в муфельной печи SNOL-1100 (Латвия) в диапазоне температур: 150, 200, 250, 300, 400, 500 и 600°С. Во всех случаях образцы в 2-кратной повторности предварительно высушивались до абсолютно сухого состояния.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В условиях Центральной Эвенкии биомасса ЖНП в большинстве лиственничников равна или превышает запасы древесного яруса, достигая 40—120 т/га (КдЦшоШ г1 а1., 1999, Прокушкин и др., 2006). В связи с этим его роль в образовании и накоплении углерода в почве в лиственничниках

послепирогенной генерации очень велика. В результате низовых пожаров, в зависимости от их характера, происходит почти полное уничтожение ЖНП (рис. 1). При этом на участках с невыраженным микрорельефом происходит равномерное прогорание и уничтожение более 90% нижних ярусов фитоценозов, что и приводит затем к формированию так называемых "черных" гарей. В то же время при выраженном микрорельефе, который в большинстве случаев хорошо развит в криолитозоне, бугристо-западинные и грядово-западинные формы микрорельефа предопределяют почти полное сохранение ЖНП в пониженных элементах рельефа, что способствует быстрому восстановлению послепожарной структуры растительного покрова (Бугаенко, 2002).

В повышенных же элементах микрорельефа послепожарная сохранность ЖНП и его восстановление незначительно и составляет 24.1 г/м2 на гари первого года и 768.2 г/м2 на 56-летней.

В целом, динамика послепожарного восстановления ЖНП на гарях идет медленно и на 17-летней гари его запас составляет лишь 18.8%, а максимальное его восстановление происходит к 56-летнему возрасту и достигает примерно 87.6% от контроля (рис. 1). При этом на всех гарях восстановление ЖНП намного быстрее наблюдается в микропонижениях, что обусловлено сложившимися в них экологическими особенностями.

Исходя из среднего содержания углерода в зеленых мхах и лишайниках Центральной Эвенкии (42—45% от абсолютно сухой массы (а. с. м.)) (Токарева, Прокушкин, Прокушкин, 2008), были рассчитаны запасы углерода в ЖНП на гарях и ненарушенных лиственничниках (табл. 2). Отмечено, что даже через 25 и 56 лет после пожара его запасы полностью не восстановлены и составляют примерно 70—80% от контроля.

В результате пожаров также существенно нарушается количественный и качественный состав подстилок, в то время как они в условиях Севера являются одним из основных компонентов лесного биогеоценоза в накоплении ОВ и находятся в постоянном взаимодействии со всеми другими компонентами, обуславливая частичную замкнутость биологического круговорота минеральных и органических веществ (Шиханова, 2000). По литературным данным запасы углерода подстилок лиственничников в северной тайге Европейской части составляют около 2.6 т/га. В лиственничниках северной тайги Восточной Сибири запасы углерода подстилок находятся в пределах 14.4—16.7 т/га (Ведрова и др., 2002; Биеньковски и др., 2003). Максимальные запасы углерода в подстилках северной тайги Аляски составляют 29.6— 42.6 т/га (Ruess et al, 1993).

Анализ накопления мортмассы в подстилках северной тайги указывает на значительное се-

1600

1400

1200

1000

и

d 800

2

2/м 600

г/

400

200

0

| : 1 с 2

lb

ril

12 13 17 25 Давность гари, лет

56

Рис. 1. Запасы живого напочвенного покрова (ЖПН) на гарях и в контрольных лиственничниках. 1 — гарь, 2 — контроль (для рис. 1, 3—7).

квентирование ими угле

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»