Пожары и рубки нарушают микробные сообщества в почвах сибирских лесов
Пожары и рубки значительно нарушают лесные экосистемы, влияя на углеродный цикл и почвенное биоразнообразие. Эти изменения могут сохраняться более ста лет.
Особенно страдают сообщества микроорганизмов в почве, играющие ключевую роль в круговороте веществ и восстановлении лесов. Их активность резко снижается после пожаров, а интенсивность нарушений во многом зависит от силы пирогенного воздействия.
Почвенные микроорганизмы участвуют в разложении органических остатков, превращая их в простые вещества, доступные для усвоения растениями. Этот процесс ведёт к образованию гумуса и, следовательно, к закреплению углерода в почве. Также первостепенна роль почвенных микроорганизмов в обеспечении растений азотом.
Изучение почвенных микроорганизмов помогает оценивать масштабы повреждений и прогнозировать восстановление экосистем. В Сибири, где площади нарушенных лесов растут, такие исследования особенно важны для понимания последствий негативного воздействия.
Учёные Красноярского научного центра СО РАН оценили, как рубки и пожары влияют на микробные сообщества в почвах сосновых лесов Средней Сибири. Исследования проводились в двух типах экосистем, различающихся почвенными условиями - сухих лишайниковых и влажных сфагновых сосняках средней тайги Красноярского края.
Специалисты изучили лесную подстилку и верхний слой почвы до 20 сантиметров глубиной. В исследование вошли участки с разной степенью нарушенности лесных экосистем: леса, пережившие пожар; вырубленные участки; а также территории, где вырубка была пройдена пожаром.
Оказалось, что пожары и рубки существенно ослабляют микробную активность в почвах. В лесной подстилке после пожаров содержание углерода микробной биомассы снижается в 2 - 3,5 раза, а интенсивность дыхания микроорганизмов падает на 30 - 40 процентов.
После пожара в почвах начинают преобладать виды, способные выживать при нехватке питательных веществ. В то же время резко сокращается количество бактерий и грибов, ответственных за разложение органических остатков и усвоение углерода. На некоторых участках численность этих микроорганизмов снизилась в 3,5 - 11 раз.
Специалисты также отметили повышение отношения интенсивности дыхания микроорганизмов к их общей биомассе. Наиболее сильно такие изменения проявились на вырубках, пройденных пожарами, и особенно в лишайниковых сосняках, где содержание микробного углерода в подстилке снизилось до минимальных значений.
После пожаров микроорганизмы активнее разлагают органические вещества, выделяя углекислый газ, но меньше накапливают углерод в биомассе. В сочетании с потерей органического вещества из-за сгорания это приводит к утрате углерода из почвы.
Такие изменения свидетельствуют о снижении плодородия почв и ухудшении условий для восстановления леса и, кроме того, могут усиливать парниковый эффект в регионе.
«Вырубки являются чрезвычайно пожароопасными в связи с присутствием на них большого запаса горючих материалов и условий для их быстрого высыхания. Часто пожары начинаются на вырубках, а затем переходят в лес. Увеличение частоты пожаров и рубок в Сибири требует мониторинговых исследований почвенных микроорганизмов для прогнозирования потерь углерода и восстановления экосистем. Наши данные подчеркивают уязвимость северных лесов к антропогенным воздействиям и изменение их роли в глобальном цикле углерода», - рассказала одна из авторов исследования, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса имени В. Н. Сукачёва Анна Богородская.
Сосняки сфагновые - влажные восстанавливаются быстрее, чем сосняки лишайниковые - сухие. В сухих лесах пожары сильнее повреждают почву, требуется больше времени для восстановления функциональной активности почв.
Исследования ответной реакции почвенных микроорганизмов на нарушения крайне важны для оценки последствий пожаров и рубок, особенно в условиях усиливающегося антропогенного влияния на сибирские экосистемы, добавила исследователь.