Одной из наиболее важных составляющих послепожарной трансформации лесных экосистем выступают изменения, происходящие в почвенных горизонтах. Вследствие уничтожения теплоизолирующего слоя мохово-лишайникового покрова и лесной подстилки, изменяется тепловой режим почвы, что в дальнейшем определяет характер и динамику восстановления лесной растительности [1, 6, 7].
Огневое воздействие на почву сложно и неоднозначно, и зависит от количества и состояния горючих материалов, характеристик пожара, особенностей растительности и самой почвы. Многочисленные исследования подтверждают значимость данной проблемы, а полученные результаты показывают зависимость их от конкретных условий выполнения работ [3, 5, 10 и др.].
В задачу наших исследований входило изучение влияния огня разной силы на термический режим и глубину оттаивания почвы, которые обусловливают направленность пирогенных сукцессий в лесных сообществах. Объектами исследований были лиственничники лишайниковой, зеленомошной и кустарничково-моховой групп типов леса, произрастающие на мерзлотных почвах среднетаежной подзоны (Ванаварский лесорастительный округ Эвенкийской провинции). Подбор, закладку и описание пробных площадей на участках, пройденных огнем, и в беспожарных ценозах осуществляли согласно общепринятым методам [2, 11].
На контрольных и опытных участках изучали температуру почвы. Для измерения температуры на стандартных глубинах 5, 10, 15 и 20 см использовали термометры Савинова. Показания снимали в 14 ч по местному времени.
Глубину сезонного оттаивания почв определяли с помощью почвенного щупа. Повторность измерений варьировалась от 10 до 15 на каждом участке. Уровень залегания верхнего горизонта многолетней мерзлоты замеряли в середине месяца.
Проанализируем информацию о глубине оттаивания почв в лиственничниках изучаемых групп типов леса в июне-сентябре через год после пожаров (таблица).
Следует указать, что глубина оттаивания почвы в лиственничниках кустарничково-моховых меньше, чем в лишайниковых и зеленомошных, что объясняется толстым теплоизолирующим слоем напочвенного покрова и подстилки в сырых местообитаниях. В июле, когда ростовые процессы у лиственницы протекают наиболее интенсивно, мощность деятельного горизонта почвы не превышает 0,6 м.
Послепожарное оттаивание почвы (см) в лиственничниках различных групп типов леса
|
Пожар по силе |
Группа типов леса |
|||||||||||
|
лишайниковая |
зеленомошная |
кустарничково-моховая |
||||||||||
|
месяцы |
||||||||||||
|
VI |
VII |
VIII |
IX |
VI |
VII |
VIII |
IX |
VI |
VII |
VIII |
IX |
|
|
Слабый |
83 ± 3,4 |
127 ± 3,9 |
149 ± 4,0 |
173 ± 4,5 |
44 ± 2,1 |
86 ± 2,9 |
106 ± 3,1 |
120 ± 3,4 |
35 ± 2,0 |
70 ± 2,6 |
84 ± 3,0 |
93 ± 3,0 |
|
Средний |
98 ± 3,4 |
142 ± 4,1 |
164 ± 4,2 |
178 ± 4,4 |
62 ± 2,4 |
109 ± 3,3 |
131 ± 3,7 |
143 ± 4,1 |
57 ± 2,4 |
97 ± 2,9 |
123 ± 3,7 |
130 ± 4,3 |
|
Сильный |
119 ± 3,6 |
164 ± 4,7 |
202 ± 4,9 |
219 ± 4,7 |
79 ± 2,6 |
128 ± 3,7 |
148 ± 4,0 |
159 ± 4,4 |
72 ± 2,8 |
112 ± 3,3 |
131 ± 4,2 |
143 ± 4,6 |
|
Контроль |
74 ± 3,2 |
119 ± 3,8 |
144 ± 4,1 |
168 ± 4,5 |
39 ± 2,1 |
70 ± 2,6 |
95 ± 2,8 |
102 ± 3,0 |
32 ± 2,2 |
59 ± 2,4 |
74 ± 2,5 |
91 ± 3,3 |
В этот период температура воздуха в районах исследований достигает 25-30 °С, а температура почвы на глубине 10-15 см варьируется от 3 до 5 °С. Таким образом, при усиленной транспирации водное и минеральное питание растений ослаблены, что ставит их в исключительно сложные условия. Данный факт отмечают многие исследователи [4, 12, 13].
Характер оттаивания грунта зависит от мощности теплоизолирующего слоя – подстилки и мохово-лишайникового покрова. На легких супесчаных почвах (сухие экотопы) толщина подстилки 3 см, а на суглинистых почвах в сырых местообитаниях, где естественные ритмы разложения органики замедлены, – 8 см. Промежуточное положение занимают влажные экотопы: толщина депонированной мортмассы здесь составляет 5-6 см. В связи с этим, в лишайниковой группе типов леса прогревание почвы начинается быстрее, в среднем на 7-8 дней, чем в кустарничково-моховой.
Положительные температуры в верхнем 20-сантиметровом слое почвы устанавливаются в лишайниковой и зеленомошной группах типов леса со второй декады июня (с разницей в 4-5 дней), а в кустарничково-моховой группе – с третьей. Нарастание температуры продолжается до августа, а максимальные значения приходятся на конец июля. Но уже в I декаде августа начинается процесс охлаждения почвы, что заметно по всему исследуемому профилю [9].
Огневое воздействие трансформирует тепловой режим в почвенном блоке биогеоценоза. Пожары слабой силы оказывают небольшое влияние на глубину оттаивания почвы. Такое положение объясняется тем, что слабый огонь незначительно разрушает теплоизолирующий слой и потому изменяет мощность активного слоя почвы и его температуру в малой степени.
Пожары средней силы увеличивают оттаивание мерзлотного горизонта. Кроме того, их воздействие более продолжительно – даже на пятый год во влажных и сырых местообитаниях сохраняется различие по глубине оттаиваемого слоя почвы на не горевшем и пройденном огнем участках. Последнее обстоятельство очень важно для возобновления древесных пород, так как улучшаются условия питания и водоснабжения растений. Такое интенсивное и стабильное оттаивание почвы после пожаров средней силы можно объяснить
как уничтожением напочвенного покрова и частично подстилки, так и повышенным отпадом деревьев и устранением кустарниковой растительности. Резкое ослабление позиций древесных пород вызывает возрастание инсоляции, что способствует лучшему прогреванию почвенных горизонтов. Происходит и уменьшение интерцепции, в результате которого снижается острота конкуренции потребителей влаги.
Максимальное воздействие на лесную среду оказывают сильные пожары, выжигающие живой напочвенный покров, мертвую фитомассу, и разрушающие древостой, оставляя поверхностный слой почвы без ее естественной защиты. Вследствие этого, глубина оттаивания грунта в июле (период наиболее интенсивного роста растений) возросла в лишайниковом типе леса до 164 см, в зеленомошном – до 128 см и в кустарничково-моховом – до 112 см. В относительном выражении увеличение толщины активного слоя почвы достигло соответственно 36, 83 и 90 %.
Изменение термического режима почв участков, пройденных огнем, четко прослеживается в первые послепожарные годы. Наибольшее различие с негоревшими участками отмечается в верхней части почвенного профиля. Таким образом, всходы древесных растений, появившиеся на свежих гарях, попадают в более благоприятную обстановку, поскольку одним из лимитирующих экологических факторов в районе исследований выступает температура почвы [8].
На основании выполненных исследований можно сделать выводы, что в результате пирогенного воздействия происходит тепловая мелиорация мерзлотных почв. Влияние пожаров на мерзлотные почвы многогранно и неоднозначно, и зависит от силы огневого воздействия. Во всех местообитаниях выражена тенденция увеличения глубины оттаивания почвы после пожаров большей силы.