Пути миграции углистых частиц в постпирогенных почвах тайги и тундры в зависимости от особенностей пожара и факторов среды

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.

1. Бобровский М.В. Лесные почвы Европейской части России: биотические и антропогенные факторы формирования. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 481 c.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Таргульян В.О. Теория педогенеза и эволюции почв. М.: ГЕОС, 2019. 296 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Pyne S.J., Andrews P.L., Laven R.D. Introduction to Wildland Fire. New York: J. Wiley and Sons, 1996. 808 p.

23. 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.

24. 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.

25. Scott A.C. Fossil Plants. In: The Oxford Companion to the Earth. Oxford: Oxford University Press, 2000b. P. 364–371.

26. Scott A.C. Preservation by fire. In: Palaeobiology II. Oxford: Blackwell Science Publ., 2001. P. 277–280.

27. 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.

28. Scott A.C., Jones T.P. Microscopical observations of recent and fossil charcoal // Microscopy and Analysis. 1991. No. 25. P. 13–15.

29. 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.

30. 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.