esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2020-105-109-145esoil-576Research ArticleСтатьиПути миграции углистых частиц в постпирогенных почвах тайги и тундры в зависимости от особенностей пожара и факторов средыThe paths of migration of charcoal particles in the post-pyrogenic soils of the taiga and tundra depending on features of fire and environmental factorshttps://orcid.org/0000-0001-8338-5169ПетровД. Г.PetrovD. G.

Аспирант отдела Географии и эволюции почв ИГ РАН. Должность инженер-исследователь 

119017, Москва, Старомонетный переулок, 29, стр. 4,

4 Bld. 29 Staromonetny per., Moscow 119017

pd437807@mail.ruИнститут географии РАН (ИГ РАН)РоссияInstitute of Geography, Russian Academy of SciencesRussian Federation2020251220200105109145Copyright © Петров Д.Г., 20212021Петров Д.Г.Petrov D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/576

Работа посвящена анализу закономерностей перемещения углистых частиц в испытывающих периодическое влияние пожаров экосистемах средней тайги, северной тайги и южной тундры. Так как хвойная растительность подвержена интенсивному горению, пожары часто приводят к циклическим изменениям в растительном покрове. В ходе горения происходит повреждение подстилки, что делает почвенный покров уязвимым для эрозии. Интенсивные пожары оказывают влияние на количество пирогенного материала, способного храниться тысячелетиями в благоприятных условиях. Целью исследования стало оценить воздействие факторов среды на особенности миграции углистых частиц в современных хронорядах пожаров (от 1 года до 119 лет). Были рассмотрены особенности почв (гранулометрический состав, влажность), особенности рельефа (наличие понижений), влияние интенсивности осадков после пожара, а также специфика горючего материала подстилки. На территории средней и северной тайги, в Печоро-Илычском и Пинежском заповедниках, рассмотрены текстурно-дифференцированные и альфегумусовые почвы. На территории южной тундры, в районе п. г. т. Заполярный, рассмотрены торфяно-глееземы. Выявлено, что миграция углей в глубину почвенного профиля в наибольшей степени зависит от гранулометрического состава – так, в более опесчаненных почвах угли рассеяны по всему профилю, а в тяжелых почвах они сконцентрированы выше первого тяжелого горизонта. Характер миграции углей определяет их форма и размер, которые зависят от типа сгоревшего растительного сообщества. Сообщества с разрозненным древостоем с преобладанием в мохово-лишайниковом покрове лишайников горят с образованием микрочастиц угля или дисперсных углистых частиц, легко перемещающихся по профилю почвы (до глубины 80 см). Растительные сообщества, имеющие в своем составе больше древесных видов, формируют при горении крупные углистые частицы, часто присутствующие в новообразованной подстилке. На миграцию угля оказывает влияние как климат природной зоны, так и постпирогенная эрозия. Таким образом, в зависимости от разнообразия условий среды скорость и объемы миграции углистых частиц значительно варьируют как при сравнении разных природных зон, так и в пределах одной зоны. Разработаны четыре схемы путей миграции углистых частиц по профилю с течением времени: равномерно-диффузная, неравномерно-диффузная, барьерная и турбационная.

The work is devoted to the analysis of the regularities of the movement of charcoal particles in the ecosystems of the middle taiga, northern taiga and southern tundra experiencing the influence of fires. Since coniferous vegetation is subjected to intense combustion, fires often lead to cyclical changes in the vegetation cover. The process of burning leads to the forest litter damage, making the soil cover vulnerable to erosion. Intense fires affect the amount of pyrogenic material that can be stored for thousands of years under favorable conditions. The aim of the research was to estimate the influence of environmental factors on the use of carbonaceous particles in modern time series (from 1 to 119 years). The features of soils (particle size distribution, moisture content), relief features (presence of depressions), the effect of precipitation material after a fire, as well as features of combustible litter were considered. On the territory of the middle and northern taiga, in the Pechora-Ilychsky and Pinezhsky reserves, textural-differentiated and alpha-humus soils are considered. On the territory of the southern tundra, in the area of the settlement Zapolyarny, peat-gley soils are considered. It was revealed that the migration of coal to the depth of the soil profile depends to the greatest extent on the particle size distribution – for example, in more sandy soils, coals are scattered throughout the profile, and in clay soils they are concentrated above the first fine-textured horizon. The nature of the coals determines their shape and size, which depend on the type of burnt plant community. Communities with a scattered stand, dominated by lichens in the moss-lichen cover, burn with the formation of microparticles of coal or dispersed carbonaceous particles that easily move along the soil profile (up to the depth of 80 cm). Plant communities with more tree species in their composition, during combustion form large carbonaceous particles, which are often present in the newly formed litter. Charcoal migration is influenced by both the climatic zone and post-pyrogenic erosion. Thus, depending on the variety of environmental conditions, the speed and volume of movement of carbonaceous particles change significantly both when comparing different natural zones and within one zone. Four schemes have been developed for the motion of charcoal along the profile over time: uniformly diffused, unevenly diffused, barrier and turbation.

дисперсные углистые частицыпирогенезпирогенное событиеинтенсивность пожарапослепожарная эрозияпериодичность пожаровреспублика Комиdispersed charcoal particlespyrogenesispyrogenic eventfire intensitypostfire erosionfrequency of firesKomi RepublicРабота выполнена при поддержке грантов РФФИ: 19-29-05238 “мк” и 18-05-60279 “Арктика”, а также государственного задания ИГ РАН № 0148-2019-0006 (концептуальное моделирование миграции углистых частиц).This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (RFBR) in the framework of the scientific projects: No. 19-29-05238 “mk” and No. 18-05-60279 “Arktika”, as well as by the state assignment of the Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences No. 0148-2019-0006 (conceptual modeling of charcoals particles migration)ReferencesБобровский М.В. Лесные почвы Европейской части России: биотические и антропогенные факторы формирования. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 481 c.Bobrovskii M.V., Lesnye pochvy Evropeiskoi chasti Rossii: bioticheskie i antropogennye faktory formirovaniya (Forest soils of the European part of Russia: biotic and anthropogenic factors of formation), Moscow: Tovarishchestvo nauchnykh izdanii KMK, 2010, 481 p.Дымов А.А., Милановский Е.Ю., Холодов В.А. Состав и гидрофобные свойства органического вещества денсиметрических фракций почв Приполярного Урала // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1335–1345. DOI: 10.7868/s0032180x15110052.Dymov A.A., Milanovskii E.Yu., Kholodov V.A., Sostav i gidrofobnye svoistva organicheskogo veshchestva densimetricheskikh fraktsii pochv Pripolyarnogo Urala (Composition and hydrophobic properties of organic matter of densimetric fractions of soils of the Subpolar Urals), Pochvovedenie, 2015, No. 11, pp. 1335–1345. DOI: 10.7868/s0032180x15110052.Классификация и диагностика почв России / Авторы и сост. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.Shishov L.L., Tonkonogov V.D., Lebedeva I.I., Gerasimova M.I., Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii (Classification and diagnostics of Russian soils), Smolensk: Oikumena, 2004, p. 342.Пучнина Л.В., Горячкин С.В., Рыков А.М., Рыкова С.Ю., Шаврина Е.В., и др. Структура и динамика природных компонентов Пинежского заповедника (северная тайга ЕТР, Архангельская область). Биоразнообразие и георазнообразие в карстовых областях. Архангельск, 2000. 257 с.Puchnina L.V., Goryachkin S.V., Rykov A.M., Rykova S.Yu., Shavrina E.V. i dr., Struktura i dinamika prirodnykh komponentov Pinezhskogo zapovednika (severnaya taiga ETR, Arkhangel'skaya oblast') (The structure and dynamics of the natural components of the Pinezhsky Reserve (northern taiga of the ETR, Arkhangelsk region)), Bioraznoobrazie i georaznoobrazie v karstovykh oblastyakh, Arkhangel'sk, 2000, 257 p.Семиколенных А.А., Бовкунов А.Д., Алейников А.А. Почвы и почвенный покров таежного пояса Северного Урала (верховья реки Печора) // Почвоведение. 2013. № 8. С. 1–13. DOI: 10.7868/s0032180x1308008x.Semikolennykh A.A., Bovkunov A.D., Aleinikov A.A., Pochvy i pochvennyi pokrov taezhnogo poyasa Severnogo Urala (verkhov'ya reki Pechora) (Soils and soil cover of the taiga zone of the Northern Urals (upper reaches of the Pechora River)), Pochvovedenie, 2013, No. 8, p. 1–13, DOI: 10.7868/s0032180x1308008x.Таргульян В.О. Теория педогенеза и эволюции почв. М.: ГЕОС, 2019. 296 с.Targul'yan V.O., Teoriya pedogeneza i evolyutsii pochv (Theory of pedogenesis and soils evolution), Moscow: GEOS, 2019, 296 p.Чевычелов А.П. Пирогенез и горно-таежное континентальное гумидное автоморфное почвообразование на северо-востоке Азии (на примере Южной Якутии): Дисс. … канд. биол. наук: 03.00.27. Новосибирск: СО РАН, 1997. 281 c.Chevychelov A.P., Pirogenez i gorno-taezhnoe kontinental'noe gumidnoe avtomorfnoe pochvoobrazovanie na severo-vostoke Azii (na primere Yuzhnoi Yakutii): Diss. … kand. boil. nauk: 03.00.27, (Pyrogenesis and mountain taiga continental humid automorphic soil formation in northeast Asia (as exemplified in South Yakutia): Cand. boil. sci. thesis), Novosibirsk: SO RAN, 1997, 281 p.Bobrovsky M. V., Kupriaynov D.A., Khanina L.G. Anthracological and morphological analysis of soils for the reconstruction of the forest ecosystem history (Meshchera Lowlands, Russia) // Quaternary International. 2018. P. 1–13. DOI: 10.1016/j.quaint.2018.06.033.Bobrovsky M.V., Kupriaynov D.A., Khanina L.G., Anthracological and morphological analysis of soils for the reconstruction of the forest ecosystem history (Meshchera Lowlands, Russia), Quaternary Internationa, 2018, pp. 1–13, DOI: 10.1016/j.quaint.2018.06.033.Bodí M.B., Mataix-Solera J., Doerr S.H., Cerdà A. The wettability of ash from burned vegetation and its relationship to Mediterranean plant species type, burn severity and total organic carbon content // Geoderma. 2011. Vol. 160. No. 3–4. P. 599–607. DOI: 10.1016/j.geoderma.2010.11.009.Bodí M.B., Mataix-Solera J., Doerr S.H., Cerdà A., The wettability of ash from burned vegetation and its relationship to Mediterranean plant species type, burn severity and total organic carbon content, Geoderma, 2011, Vol. 160, No. 3–4, pp. 599–607, DOI: 10.1016/j.geoderma.2010.11.009.Bustin R.M., Guo Y. Abrupt changes (jumps) in reflectance values and chemical compositions of artificial charcoals and inertinite in coals // International Journal of Coal Geology. 1999. No. 38. Р. 237–260. DOI: 10.1016/S0166-5162(98)00025-1.Bustin R.M., Guo Y., Abrupt changes (jumps) in reflectance values and chemical compositions of artificial charcoals and inertinite in coals. International Journal of Coal Geology, 1999, No. 38, pp. 237–260, DOI: 10.1016/S0166-5162(98)00025-1.Certini G. Effects of fire on properties of forest soils: a review // Oecologia. 2005. Vol. 143. No. 1. P. 1–10. DOI: 10.1007/s00442-004-1788-8.Certini G., Effects of fire on properties of forest soils: a review, Oecologia, 2005, Vol. 143, No. 1, pp. 1–10, DOI: 10.1007/s00442-004-1788-8.Collinson M.E., Steart D., Scott A.C., Glasspool I.J., Hooker J.J. Fire and episodic runoff and deposition at the Paleocene-Eocene boundary // Journal of the Geological Society. 2007a. No. 167. Р. 87–97. DOI: 10.1144/0016-76492005-185.Collinson M.E., Steart D., Scott A.C., Glasspool I.J., Hooker J.J., Fire and episodic runoff and deposition at the Paleocene-Eocene boundary, Journal of the Geological Society, 2007a, No. 167, pp. 87–97, DOI: 10.1144/0016-76492005-185.Clark J.S. Particle motion and the theory of charcoal analysis: Source area, transport, deposition and sampling // Quaternary Research. 1988. No. 30. Р. 67–80. DOI: 10.1016/0033-5894(88)90088-9.Clark J.S., Particle motion and the theory of charcoal analysis: Source area, transport, deposition and sampling, Quaternary Research, 1988, No. 30, pp. 67–80, DOI: 10.1016/0033-5894(88)90088-9.Clark J.S., Patterson W.A. Background and local charcoal in sediments: scales of fire evidence in the palaeo record // Sediment Records of Biomass Burning and Global Change. NATO Advanced Science Institutes. 1997. Series I. Vol. 51. P. 23–48. DOI: 10.1007/978-3-642-59171-6_3.Clark J.S., Patterson W.A., Background and local charcoal in sediments: scales of fire evidence in the palaeo record, Sediment Records of Biomass Burning and Global Change, NATO Advanced Science Institutes, 1997, Series I, Vol. 51, pp. 23–48, DOI: 10.1007/978-3-642-59171-6_3.Carcaillet C., Thinon M. Pedoanthracological contribution to the study of the evolution of the upper treeline in the Maurienne Valley (North French Alps): methodology and preliminary data // Review of Palaeobotany and Palynology. 1996. Vol. 91. No. 1–4. Р. 399–416. DOI: 10.1016/0034-6667(95)00060-7.Carcaillet C., Thinon M., Pedoanthracological contribution to the study of the evolution of the upper treeline in the Maurienne Valley (North French Alps): methodology and preliminary data, Review of Palaeobotany and Palynology, 1996, Vol. 91, No. 1–4, pp. 399–416, DOI: 10.1016/0034-6667(95)00060-7.Jones T.P., Scott A.C., Cope M. Reflectance measurements against temperature of formation for modern charcoals and their implications for the study of fusain // Bulletin de la Société Géologique de France. 1991. No. 162. P. 193–200.Jones T.P., Scott A.C., Cope M., Reflectance measurements against temperature of formation for modern charcoals and their implications for the study of fusain, Bulletin de la Société Géologique de France, 1991, No. 162, pp. 193–200.Komarek E.V., Komarek B.B., Carlysle T.C. The ecology of smoke particulates and charcoal residue from forest and grassland fires: a preliminary atlas. Miscellaneous Publication 3. Tall Timbers Research Station. Tallahassee, 1973.Komarek E.V., Komarek B.B., Carlysle T.C., The ecology of smoke particulates and charcoal residue from forest and grassland fires: a preliminary atlas, Miscellaneous Publication 3, Tall Timbers Research Station, Tallahassee, 1973.Lupia R. Palaeobotanical data from fossil charcoal: an actualistic study of seed plant reproductive structures // Palaios. 1995. No. 10. Р. 465–477. DOI: 10.2307/3515048.Lupia R., Palaeobotanical data from fossil charcoal: an actualistic study of seed plant reproductive structures, Palaios, 1995, No. 10, pp. 465–477, DOI: 10.2307/3515048.Moody J.A., Martin D.A. Hydrological and sedimentologic response of two burned watersheds in Colorado // Water-Resources Investigation Report. Series Report Number 2001-4122. DOI: 10.3133/wri014122.Moody J.A., Martin D.A., Hydrological and sedimentologic response of two burned watersheds in Colorado, Water-Resources Investigation Report, Series Report Number 2001-4122, DOI: 10.3133/wri014122.Nichol G.J., Cripps J., Collinson M.E., Scott A.C. Experiments in waterlogging and sedimentology of charcoal: results and implications // Palaeogeography, Palaeoclimatology Palaeoecology. 2000. No. 164. Р. 43–56. DOI: 10.1016/s0031-0182(00)00174-7.Nichol G.J., Cripps J., Collinson M.E., Scott A.C., Experiments in waterlogging and sedimentology of charcoal: results and implications, Palaeogeography, Palaeoclimatology Palaeoecology, 2000, No. 164, pp. 43–56, DOI: 10.1016/s0031-0182(00)00174-7.Prior J., Alvin K.L. Structural changes on charring woods of Dichrostachys and Salix from Southern Africa // International Association of Wood Anatomists Bulletin. 1983. No. 4. Р. 197–206. DOI: 10.1163/22941932-90000782.Prior J., Alvin K.L., Structural changes on charring woods of Dichrostachys and Salix from Southern Africa, International Association of Wood Anatomists Bulletin, 1983, No. 4, pp. 197–206, DOI: 10.1163/22941932-90000782.Pyne S.J., Andrews P.L., Laven R.D. Introduction to Wildland Fire. New York: J. Wiley and Sons, 1996. 808 p.Pyne S.J., Andrews P.L., Laven R.D. Introduction to Wildland Fire. New York: J. Wiley and Sons, 1996, 808 p.Sander M., Pignatello J.J. Characterization of charcoal adsorption sites for aromatic compounds: insights drawn from single-solute and bi-solute competitive experiments // Environmental science & technology. 2005. Vol. 39. No. 6. P. 1606–1615. DOI: 10.1021/es049135l.Sander M., Pignatello J.J., Characterization of charcoal adsorption sites for aromatic compounds: insights drawn from single-solute and bi-solute competitive experiments, Environmental science & technology, 2005, Vol. 39, No. 6, pp. 1606–1615, DOI: 10.1021/es049135l.Scott A.C. The Pre-Quaternary history of fire // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2000a. Vol. 164. P. 281–329. DOI: 10.1016/s0031-0182(00)00192-9.Scott A.C., The Pre-Quaternary history of fire, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2000a, Vol. 164, pp. 281–329, DOI: 10.1016/s0031-0182(00)00192-9.Scott A.C. Fossil Plants. In: The Oxford Companion to the Earth. Oxford: Oxford University Press, 2000b. P. 364–371.Scott A.C., Fossil Plants, In: The Oxford Companion to the Earth, Oxford: Oxford University Press, 2000b, pp. 364–371.Scott A.C. Preservation by fire. In: Palaeobiology II. Oxford: Blackwell Science Publ., 2001. P. 277–280.Scott A.C., Jones T.P., Microscopical observations of recent and fossil charcoal, Microscopy and Analysis, 1991, No. 25, pp. 13–15.Scott A.C. Forest Fire in the Fossil Record. In: Fire Effects on Soils and Restoration Strategies. New Hampshire: Science Publishers Inc., 2009. P. 1–37.Scott A.C., Preservation by fire, In: Palaeobiology II, Oxford: Blackwell Science Publ., 2001, pp. 277–280.Scott A.C., Jones T.P. Microscopical observations of recent and fossil charcoal // Microscopy and Analysis. 1991. No. 25. P. 13–15.Scott A.C., Forest Fire in the Fossil Record, In: Fire Effects on Soils and Restoration Strategies, New Hampshire: Science Publishers Inc., 2009, pp. 1–37.Shakesby R.A., Doerr S.H. Wildfire as a hydrological and geomorphological agent // Earth-Science Reviews. 2006. No. 74. P. 269–307. DOI: 10.1016/j.earscirev.2005.10.006.Shakesby R.A., Doerr S.H., Wildfire as a hydrological and geomorphological agent, Earth-Science Reviews, 2006, No. 74, pp. 269–307, DOI: 10.1016/j.earscirev.2005.10.006.Vaughan A., Nichols G.J. Controls on the deposition of charcoal: implications for sedimentary accumulations of fusain // Journal of Sedimentary Research. 1995. Vol. 65A. No. 1. P. 129–135. DOI: 10.1306/d426804a-2b26-11d7-8648000102c1865d.Vaughan A., Nichols G.J., Controls on the deposition of charcoal: implications for sedimentary accumulations of fusain, Journal of Sedimentary Research, 1995, Vol. 65A, No. 1, pp. 129–135, DOI: 10.1306/d426804a-2b26-11d7-8648000102c1865d.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.