2 Вплив низових пожеж на органічну речовину ґрунту в кріолітозони центральної евенкії

Вивчення впливу низових пожеж на органогенні горизонти грунтів модрин на гарах різного віку показало, що під дією низових пожеж знищується значна частина підстилки, внаслідок чого відбувається зниження концентрації вуглецю (рис. 3). Проведені дослідження показали, що запаси загального вуглецю у підстилках різних типів модрини відновлюються від 229,6 г С/м-2 на гарах першого року, до 709,5 г С/м-2 через 56 років після пожежі.

Мал. 3. Запас органічного вуглецю (Сообщ..) у підстилці на гарах та контрольних модринах, г м-2 а.с.м.

При пожежі середньої сили температура в шарі підстилки не перевищує 3000 С(Gleixner et al, 2001), що в ході так званої стадії тління – горіння ( 3000 С), в ході якого утворюється до 2,3% вугілля (Gleixner et al, 2001), що призвело до збільшення змісту Собш. у підстилці на цій пірогенній асоціації.

Вміст водоекстрагованого органічного вуглецю (ВЕОУ) залежить від температури, вологості, якісного складу підстилки, і на нього пирогенного чинника. Порівняльний аналіз складу органічної речовини підстилок гарей та модринових насаджень показав, що пожежі знижують концентрацію рухомого ОВ, яке оцінювалося за вмістом водоекстрагованого органічного вуглецю (ВЕОУ).

В результаті проведеного дослідження виявлено, що запас ВЕОУ в модринах, що вивчаються, становить від 1,4 до 19,3 для гару, і від 3,4 до 20,3 г/м-2 для контролю (рис. 4). Під впливом пірогенного фактора значна частина підстилки згоряє, і, як наслідок, відбувається безпосереднє зменшення запасів ВЕОУ в підстилціпостпірогенних асоціаціях, (рис.4).

Мал. 4. Запас водоекстрагованого органічного вуглецю в підстилці на гарах та неушкоджених модринових асоціаціях кріолітозони, г м-2 а.с.м.

Періодичні низові пожежі є ключовим фактором, який визначає кількісні характеристики органічної речовини підстилок. У міру відновлення рослинного покриву та акумуляції органічної речовини запаси ВЕОУ зростають.

3.3.3. Якісний склад органічної речовини підстилок у модринах

Для визначення якісного складу органічної речовини підстилок проведено їх термічний аналіз шляхом прожарювання за різних температур (150, 200, 250, 300, 400, 500, 6000С). Однією з найбільш істотних змін у підстилках при прожарюванні є втрата органічної речовини. По втраті маси підстилки можна будувати висновки про віці якісного складу органічного речовини. Як показав термічний аналіз, органічна речовина всіх вивчених підстилок, характеризується двома піками втрати маси, які переважно відбуваються в діапазоні температур 200-250 і 400оС.

Мал. 5. Втрата органічної речовини в підстилках на гарах (А) та контролю (Б) при прожарюванні, % від а.с.м.

Виявлена диференціація втрати маси підстилок за цими піками передбачає, що внаслідок різного складу органічна речовина має різний ступінь термостійкості. Зниження маси в інтервалах 200-250 і 400оС пов'язані з якісним складом органічної речовини. Зокрема пік втрати маси при 200-250оС характеризує кількість слабостійких до нагрівання сполук: геміцелюлози, целюлози, причому розкладаються спочатку менш термостійкі геміцелюлози, а потім власне целюлоза.Тому підстилки гарей «молодшого» віку (1, 12, 13, 17 років) характеризуються наявністю свіжішого органічного матеріалу, втрата маси якого спостерігається в діапазоні 200-250оС (Рис. 5 А). Для підстилок контролю характерна наявність більшої кількості свіжого органічного матеріалу, в порівнянні з гарами. Для гару старшого віку (25 – 50 років), спад маси в температурному інтервалі 300–500оС є найбільш важко інтерпретованою і становить найбільший інтерес, оскільки саме у цій галузі відбувається розкладання більш термостійких сполук, наприклад, лігніну чи лигноцеллюлозы. Контрольні ж модрини характеризуються меншою кількістю термостійких сполук порівняно з гарами (рис. 5 Б).

Таким чином, органічна речовина лісових підстилок має різний рівень термостійкості, що обумовлено відмінностями в його фракційному складі. Органічну речовину підстилок на півночі Середнього Сибіру на молодих гарах представлено відносно «свіжими» фракціями, такими як геміцелюлоза, целюлоза, вуглеводи та продукти гумифікації. З іншого боку, ймовірна і менша термостійкість органічної речовини, що гумифікується в цих умовах. Для гарів старшого віку характерна втрата значної частини органічної речовини підстилок при температурах 300 - 500 оС, оскільки саме в цій галузі відбувається розкладання важливих структурних компонентів опаду - структурованої та аморфної целюлози, а також стійкіших сполук, наприклад, лігніну або лігноцелюлози.

Зміст загального вуглецю в ґрунті післяпожежних модринів

зв'язування незгорілих органічних залишків мінеральними частинками ґрунту, ці комплекси більш захищені відбіохімічного руйнування;
перетворення свіжої органічної речовини (ОВ) на більш стійкі форми, що не вимиваються з ґрунту;
зменшення швидкості мінералізації ОВ у постпірогенний період та зміна його якісного складу в результаті надходження речовин із верхніх горизонтів (Fernandez et., 1999).

Мал. 6. Запас органічного вуглецю (Сообщ). у верхньому 0 - 5 – див. шар грунту на гарах і контрольних модринах, кг м-2 а.с.м.

Запаси загального вуглецю (Сообщ.) в 0 – 5 см горизонті грунту на одиницю площі з віком гару зростають від 13,3 кг С/м-2 на гарі першого року після сильної низової пожежі до 21,8 кг С/м- 2 на гару 56-річної давності в модрині багно бруснично - зеленомошному також після сильної низової пожежі.

Вивчення запасів загального вуглецю (Общ.) в горизонті ґрунту 5 -10 см на одиницю площі також показало їх збільшення з віком гару від 15 кг С/м-2 на гарі першого року після сильної низової пожежі до 65 кг С/м-2 на гару 56-річної давності. У той час як на гарі 25-річної давності з таким же типом пожежі відбулося його зменшення, пов'язане з типом рослинності, що відновилася, і густоти деревостою. Збільшення запасу загального вуглецю на гарі 17 - літньої давності в модрині багно - бруснично зеленомушному з підліском з душекії пов'язане з типом рослинності (рис. 7).

Мал. 7. Запас органічного вуглецю (Сообщ). у 5 - 10 – см шарі ґрунту на гарах та контрольних модринах, кг м-2, а.с.м.

Зміна вмісту водоекстрагованого органічного вуглецю в грунті

Фракційний склад гумусу в ґрунті післяпожежних модринів

Для вивчення впливу пірогенного фактора на фракційний склад гумусу модрин було проведено дослідження грунту гарей різного віку.

Використання їх мікроорганізмами призвело до зміни групового складу гумусу, тому зі зростанням біологічної активності ґрунтів відбувається зменшення частки фульвокислот, які більш доступні мікроорганізмам, ніж негідролізовані або важкогідролізовані компоненти гумінових кислот. У нижньому 5 – 10 – см горизонті продовжується зниження вмісту гумінових та фульвокислот по відношенню до вищележачого горизонту.

Мал. 8. Вплив низових пожеж на концентрації фульвокислот (ФК) та гумінових – кислот (ГК) у 0 – 5 см шарі ґрунту, мг/г а.с.м.

При активізації біологічних процесів після пожежі можливою причиною зростання кількості гумінових кислот у ґрунтах вважається прискорене розкладання залишків коренів, що не згоріли, і збільшення швидкості гумифікації рослинних залишків.

Якісний склад органічної речовини ґрунтів у післяпожежних модринах

В результаті термічного аналізу окремих мінеральних горизонтів ґрунту (0 – 5; 5 – 10 см) з гарою різного віку виявлено два максимуми втрати маси, зазначені при 250 і 4000С, а за 1500С відбувається видалення гігроскопічної та конституційної води.

Відомо, що при температурі 200 - 2500С втрачається до 37% органічної речовини, при цьому 70 - 80% втрачається за рахунок целюлози та геміцелюлози, 50% - за рахунок лігніну та водорозчинних органічних сполук і 10 - 25% - за рахунок липи ін 1997). Істотне зниження маси відбувається при 4000С і зумовлено деструкцією таких компонентів органічної речовини як лігнін і лігноцелюлоза. У нижчих горизонтах(5 -10 см), на відміну від вищележачих, спостерігаються два піки втрати маси: перший – при 1500С, що характеризує втрати води, другий – при 4000С, зумовлений деструкцією органічної речовини. В результаті можна припустити, що мінеральний горизонт на глибині 5-10 см представлений продуктами гумифікації.

Таким чином, термічний аналіз грунтів, сформованих в умовах кріолітозони середнього Сибіру, веде до трансформації і повної втрати органічної речовини, що міститься в них при 4000С. Можна припустити, що органічна речовина верхнього горизонту кріогенних ґрунтів на півночі Середнього Сибіру представлена як «свіжими» фракціями, так і продуктами гумифікації. З іншого боку, можлива і менша термостійкість органічної речовини, що гумифікується в даних умовах, що, можливо, обумовлено відмінностями в його фракційному складі.

Глава 5. Вплив експозиції схилу на кількісний та якісний склад органічної речовини грунтового покриву та ґрунту

5.1. Запаси органічної речовини у живому грунтовому покриві залежно від експозиції схилу

Аналіз процесу накопичення ЖНП у післяпожежних модринах, сформованих на схилах різної експозиції, показав, що його запас на північному схилі залежить від віку модрин і екологічних умов, складаючи при цьому від 807,4 до 1884,9 г/м2, у той час як на південних схилах він дещо нижчий - від 747,2 до 1504,9 г/м2 (рис.9)

Мал. 9. Запас живого грунтового покриву на північному (А) та південному (Б) схилах, г м-2 а.с.м.

Виявлені відмінності пов'язані з тим, що більш теплозабезпечених південних схилах знижується вологість і зменшується приріст ЖНП. На північних схилах, що відрізняються більшою зволоженістю протягом вегетаційного сезону, створюютьсяоптимальні умови для зростання мохів. Дані умови стимулюють краще розгалуження мохів, що призводить до утворення щільніших подушок, де довше зберігається волога.

5.2. Запаси органічної речовини впідстилках постпірогенних модринів

Аналіз запасів підстилок у модринах показав, що, як і живий грунт, вони формуються переважно на схилах північної експозиції, де їх кількість залежно від віку модрин становить від 1142,4 до 2250,5 г/м2, у той час як на південних схила їх запаси знаходяться в межах від 963,2 до 1554,3 г/м2 відповідно. Зі збільшенням постпірогенного періоду відбувається збільшення запасів органічної речовини в підстилках, незалежно від експозиції схилу, хоча на північному схилі цей процес виражений набагато чіткіше (рис. 10).

Крім того, істотний вплив на характер та темпи накопичення підстилки має також і мікрорельєф. Проведені дослідження дозволили охарактеризувати динаміку накопичення підстилок залежно від віку модрин на схилах різної експозиції. Згідно з отриманими даними, запаси підстилки в мікрозниження на північних схилах перевищують такі на південних схилах і складають від 1393,6 до 2945,7 і від 986 до 1949,8 г/м-2 відповідно.