Пожары и рубки нарушают микробные сообщества в почвах сибирских лесов

Пожары и рубки в сибирских сосновых лесах существенно влияют на сообщества микроорганизмов в почве. Ученые обнаружили, что после таких воздействий в почве снижается микробная активность, теряется почвенный углерод, а восстановление экосистем замедляется. Особенно уязвимыми оказались лишайниковые сосняки, где последствия для микроорганизмов наиболее выражены. Результаты исследования опубликованы в Журнале Сибирского федерального университета. Биология.

Анна Богородская, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. Фото ФИЦ КНЦ СО РАН

Пожары и рубки значительно нарушают лесные экосистемы, влияя на углеродный цикл и почвенное биоразнообразие. Эти изменения могут сохраняться более 100 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 ведет 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.

Ученые 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%.

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. 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», — рассказала одна из авторов исследования Анна Богородская, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.

Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»