Ученые и менеджеры по ресурсам уже давно считают, что лесные пожары низкой степени серьезности и предписанные ожоги не причиняют вреда почве, но, как показывают новые исследования, это может быть не так..
Согласно двум новым исследованиям, проведенным группой из Калифорнийского университета в Мерседе (UCM) и Исследовательского института пустыни (DRI), ожоги низкой степени тяжести - при которых огонь быстро распространяется, а температура почвы не превышает 250oC (482oF) - вызывают повреждение структуры почвы и органического вещества способами, которые не проявляются сразу после пожара.
«Когда у вас сильный пожар, вы сжигаете органические вещества из почвы, и воздействие наступает немедленно», - сказал Тимрат Геззехей, доктор философии, главный исследователь двух исследований и доцент Экологическая физика почв в UCM. «При слабом пожаре органика не сгорает, и сразу видимых разрушений нет. Но горение ослабляет структуру почвы, и если не вернуться позже и внимательно не посмотреть на почву, вы бы не заметили повреждений."
Исследователь DRI Маркус Берли, доктор философии, адъюнкт-профессор наук об окружающей среде, заинтересовался изучением этого явления во время посещения сгоревшего района недалеко от Эли, штат Невада, в 2009 году, где он сделал неожиданное наблюдение, что предписанный, пожар небольшой силы привел к повреждению структуры почвы на выгоревшей территории. Он и несколько его коллег из DRI провели последующее исследование другого контролируемого пожара в этом районе и обнаружили, что структура почвы, которая казалась нормальной сразу после пожара, но ухудшилась в последующие недели и месяцы. Затем Берли объединился с Геззехей и командой UCM, в которую входили аспирант Мэтью Цзянь и доцент Асмерет Асефо Берхе, доктор философии, для дальнейшего исследования.
Почва состоит из крупных и мелких минеральных частиц (гравия, песка, ила и глины), которые связаны друг с другом органическим веществом, водой и другими материалами, образуя агрегаты. Когда агрегаты почвы подвергаются воздействию сильных пожаров, органическое вещество сгорает, изменяя физическую структуру почвы и увеличивая риск эрозии на выжженных участках. В районах пожаров низкой степени тяжести, где органическое вещество не испытывает значительных потерь, команда задалась вопросом, разрушается ли структура почвы в результате другого процесса, например, из-за кипячения воды, содержащейся в почвенных агрегатах?
В исследовании, опубликованном в AGU Geophysical Research Letters в мае 2018 года, команда UCM-DRI исследовала этот вопрос, используя образцы почвы из несгоревшего лесного массива в округе Марипоса, штат Калифорния, и несгоревшего кустарника в округе Кларк, штат Невада..для анализа воздействия пожаров небольшой силы на структуру почвы. Они нагревали заполнители грунта до температур, которые имитировали условия слабого пожара (175 °C/347 °F) в течение 15 минут, а затем наблюдали за изменениями внутреннего порового давления почвы и прочности на растяжение (сила, необходимая для разрыва заполнителя на части).).
Во время эксперимента они заметили, что поровое давление внутри почвенных агрегатов поднимается до пика, когда вода кипит и испаряется, а затем падает, когда связи в почвенных агрегатах разрываются и пар выходит. Измерения прочности на растяжение показали, что в ходе этого процесса более влажные агрегаты почвы были ослаблены больше, чем более сухие образцы почвы.
"Наши результаты показывают, что тепла, выделяемого небольшими пожарами, на самом деле достаточно, чтобы нанести ущерб структуре почвы, и что ущерб усугубляется, если почвы влажные", - пояснил Берли. «Это важная информация для менеджеров по ресурсам, поскольку она подразумевает, что предписанные ожоги и другие пожары, возникающие в более влажное время года, могут быть более вредными для почвы, чем пожары, возникающие в засушливое время.«Затем исследовательская группа задалась вопросом, какое влияние эта структурная деградация оказала на органическое вещество, которое обычно защищает структура почвы. Органическое вещество почвы состоит в основном из микробов и разлагающихся тканей растений и способствует общей стабильности и водоудерживающей способности почвы. почвы.
Во втором исследовании, которое было опубликовано в журнале Frontiers in Environmental Science в конце июля, исследовательская группа UCM-DRI провела эксперименты по моделированию сжигания, чтобы ослабить структуру агрегатов почвы, и протестировала почвы на предмет изменения качества и количества. нескольких видов органического вещества за 70-дневный период.
Они обнаружили, что нагревание почвы привело к выбросу органического углерода в атмосферу в виде CO2 в течение недель и месяцев после пожара, и снова обнаружили, что самые высокие уровни деградации произошли во влажных почвах. Эта потеря органического углерода важна по нескольким причинам, объяснил Геззехей.
«Потеря органического вещества из почвы в атмосферу напрямую способствует изменению климата, потому что этот углерод высвобождается в виде CO2», - сказал Геззехей.«Органические вещества, которые теряются из-за пожаров, также являются наиболее важным запасом питательных веществ для почвенных микроорганизмов, и это клей, скрепляющий почвенные агрегаты. Как только вы теряете структуру, происходит много других вещей. Например, инфильтрация становится медленнее, вы получаете больше стока, у вас появляется эрозия».
Несмотря на то, что результаты исследовательской группы показали несколько пагубных последствий пожаров для почвы, известно, что небольшие лесные пожары и предписанные ожоги приносят пользу экосистемам другими способами - например, возвращая питательные вещества обратно в почву и избавляясь от разросшейся растительности.. По словам Берли, еще не ясно, перевешивают ли негативные воздействия на почву, связанные с этими пожарами низкой степени тяжести, позитивные стороны, но команда надеется, что результаты их исследований помогут информировать управляющих землей, когда они управляют лесными пожарами и планируют предписанные сжигания.
«В засушливых и полузасушливых районах очень мало топлива, поэтому пожары, как правило, недолговечны и имеют относительно низкую пиковую температуру», - сказал Геззехей.«В отличие от горячих пожаров, которые горят днями и неделями, о которых мы видим в новостях, они кажутся безобидными, и мы обычно относимся к ним соответствующим образом. Наша работа показывает, что пожары низкой степени тяжести не так безобидны, как могут показаться.."