Уже не первый год в России горят леса, мы регулярно слышим в новостях о том, что свои дома теряют люди и дикие звери, после чего вынужденно спешат в безопасные места. Кроме того, мы можем собственными глазами увидеть смог, распространяющийся на десятки и сотни километров от очагов стихийного горения. Всё это внешние проявления пожаров, но существуют также отдаленные последствия этих стихийных бедствий. О том, чем опасны для человечества лесные пожары в долгосрочной перспективе, рассказали сибирские ученые. 
 
Наш спикер:
научный сотрудник лаборатории биогеохимических циклов в лесных экосистемах Института леса им. В. Н. Сукачёва СО РАН кандидат биологических наук Оксана Викторовна Масягина. 
 
— Почему постпожарный лес привлекает внимание ученых? 

— Ежегодно страдающие от пожаров сибирские леса содержат значительное количество так называемого старого почвенного органического углерода, погребенного в многолетней мерзлоте. Из-за изменения микроклиматических условий, вызванных ранее воздействием огня, он может подвергаться микробному окислению до углекислого газа (СО2) и высвобождаться в атмосферу. 

Этот процесс усугубит климатические изменения в высоких широтах (близких к полюсам, в данном случае — к северному), которые признаны наиболее уязвимыми, — всё это негативно повлияет на глобальный климат. Кроме того, лесные пожары сильно влияют на местный климат. 

С одной стороны, выделяемые во время этих процессов аэрозоли обладают охлаждающими свойствами, а также снижают парниковый эффект. С другой стороны, уменьшение альбедо (отражающей способности) поверхности на заснеженных территориях за счет разрушения древесно-кустарникового покрова может спровоцировать таяние вечной мерзлоты. Эти изменения могут напрямую влиять на потоки CO2 и других парниковых газов между почвой и атмосферой в долгосрочной перспективе. Особые опасения вызывает то, что за последние десятилетия лесные пожары в Сибири участились, причем во всех ее частях: Западной, Средней и Восточной. Пожарные сезоны 2019—2020 годов стали беспрецедентными по масштабам в Арктике из-за более раннего начала пожароопасного сезона, вызванного климатическими изменениями, такими как, например, теплые зимы. 

— Что такое старый органический углерод, и каким образом он высвобождается из почвы?  

— Old soil organic carbon, так называемый старый почвенный органический углерод — это погребенное в многолетней мерзлоте органическое вещество, часто в анаэробных условиях при низкой температуре и влажности, которые не способствуют его разложению почвенными микроорганизмами. Он как бы законсервирован до того момента, когда условия изменятся и он станет доступен для почвенной микробиоты, которая его окислит до СО2. Углекислый газ считается основным парниковым газом, который влияет на климатические изменения, в том числе в экосистемах высоких широт в Сибири и Арктике. В северных экосистемах с помощью радиоуглеродных исследований было показано, что термокарстовые озера, хорошо дренированные почвы с мощным активным слоем, вызванным пожарами, а также водоемы, возникшие на участках с термической эрозией, как раз являются источниками старого почвенного органического углерода, высвобождаемого из вечной мерзлоты. Например, исследование отложений едома (форма рельефа арктических и субарктических равнин Восточной Сибири, представляющая собой возвышенности, окруженные речными долинами или озерными котловинами. — Прим. ред.) показали, что более старый почвенный материал, сохранившийся в вечной мерзлоте, демонстрировал высокую скорость микробного дыхания почвы на единицу инкубированного углерода по сравнению с молодыми и менее разложившимися образцами.
Дыхание почвы, или поток СО2 из почвы в атмосферу, измеряемый с помощью камерного метода, имеет несколько источников: автотрофное дыхание (дыхание корней), микробное дыхание почвы и потоки CO2 как результат почвенных физико-химических процессов. Различные факторы окружающей среды, такие как температура и количество осадков, а также дестабилизирующие, например пожары, могут влиять на вклад каждого процесса в почвенное дыхание. В послепожарных бореальных экосистемах, в том числе в сибирских лесах, пожары вызывают существенные изменения в самом почвенном дыхании, а также влияют на процессы, из которых оно складывается.
Камерный метод (chamber method) относится к группе методов прямого определения интенсивности эмиссии CO2 из почвы, или дыхания почвы. Он является недеструктивным, так как исключает нарушение или уничтожение легко уязвимых и трудно восстанавливаемых растительных сообществ Севера. Метод заключается в регистрации при помощи портативного ИК-газоанализатора потока СО2, восходящего с поверхности живого напочвенного покрова. На каждом выбранном для анализа участке устанавливаются пластиковые кольца, количество которых зависит от многих факторов, например наличия микрорельефа, типа растительности, однородности территории (в среднем 16–20). Чем больше варьирование этих факторов, тем больше требуется колец. Глубина проникновения колец зависит от типа поверхности, но они обязательно должны погружаться в минеральный слой, иначе возможна диффузия CO2 снаружи камеры. Дальше на кольцо устанавливается почвенная камера, соединенная с газоанализатором, например Li-Cor 6200. Основной принцип работы установки — измерение увеличения концентрации СО2 в измерительной камере для оценки газообмена СО2 в естественных условиях. Перед замером в меню газоанализатора вводятся необходимые параметры для корректного определения дыхания почвы, например актуальное атмосферное давление, площадь камеры, скорость потока. Скорость потока устанавливается вручную, чтобы гарантировать стабильные условия внутри камеры, и она зависит от интенсивности почвенного дыхания. Например, при исследовании мерзлотных почв в Эвенкии скорость потока устанавливалась от 0,1 до 2 литров в минуту. Дыхание почвы рассчитывается по увеличению концентрации СО2 с течением времени, по объему всей системы (1 120 см3) и площади, которую занимает камера на поверхности почвы (78,5 см2). Кроме почвенного дыхания обычно замеряют также ряд микрометеорологических параметров, например температуру почвы, влажность. 
 
— Как выбросы CO2 зависят от времени, прошедшего после пожара? 

— Согласно последним опубликованным данным, дыхание почвы после пожара может сильно варьировать, но в целом требуется около 10–30 лет после этого стихийного бедствия, чтобы почвенная эмиссия СО2 стабилизировалась на допожарном уровне. Однако на скорость восстановления почвенного дыхания и регенерацию растительности существенно влияет тип пожара. В сибирских регионах наблюдаются разные их виды: чаще всего — низовые, возникающие из-за низкой сомкнутости лиственничников, основной древесной породы Сибири. Обилие густого мохово-лишайникового покрова, горючесть которого повышается в сухой летний период, увеличивает интенсивность низовых пожаров, и они могут распространяться на нескольких миллионов гектаров. В районах вечной мерзлоты из-за небольшой глубины распространения корней лиственницы, рост которых ограничен вечной мерзлотой, низовые пожары могут преобразовываться в верховые, как, например, в Средней и Восточной Сибири. Воздействие лесных пожаров на почвенный покров может варьироваться от прямого уничтожения верхних слоев почвы, в основном органических, до термохимической трансформации органического вещества. Следует отметить, что присутствие вечной мерзлоты вносит дополнительную неопределенность в оценки почвенного дыхания после пожара. Например, увеличение активного слоя почвы из-за уменьшения альбедо поверхности почвы в результате пожара и связанного с этим прогрева почвы может стимулировать дыхание почвы. При этом переувлажнение почвы в результате таяния вечной мерзлоты после пожара может приводить к подавлению дыхания почвы. В любом случае, в имеющихся публикациях минимальный период, за который значения почвенного дыхания в послепожарных экосистемах перестают существенно отличаться от таковых в неповрежденных лесах, составляет 23 года.  

listvenicy.jpg 
У лиственниц пожелтевшие кроны. Тура, август 2013. Фото Урбан А.В.
У лиственниц пожелтевшие кроны. Тура, август 2013. Фото Урбан А.В. 

— Каковы последние оценки ситуации с выбросами CO2? Насколько сильный ущерб экосистеме Сибири нанесли пожары? 

— Как основной дестабилизирующий фактор в бореальной зоне, и в Сибири в частности, пожары контролируют накопление углерода, которое происходит как в растительности (биомассе), так и в почве. Показано, что значительное сокращение чистой продукции лиственничных экосистем, заболачивание и деградация вечной мерзлоты, в частности в Восточной Сибири, является следствием лесных пожаров, которые смещали углеродный и водный баланс на протяжении десятилетий. Уничтожая органогенный слой почвы, пожары влияют на ее микробную активность, являющуюся одним из основных компонентов дыхания почвы. По различным опубликованным данным, в бореальной зоне для восстановления запасов углерода в различных послепожарных экосистемах требуется около 100 лет, между тем частота пожаров за последние десятилетия существенно возросла. Если предположить, что в Средней Сибири средние оценки частоты пожаров варьируются примерно от 50 до 82 лет, то получается, что при такой частоте пожаров сибирские леса вряд ли смогут полностью восстановить свой потенциал накопления углерода.
С 1988-го по 2015 год верховые пожары и низовые пожары высокой интенсивности привели к сокращению запасов углерода в лесных экосистемах в России, охватывающих 785,58 миллионов гектаров, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке. Этому также способствовали и продолжают способствовать национальные особенности защиты лесов от пожаров, когда тушение огня не происходит либо из-за их удаленности, либо из-за отсутствия финансирования. Между тем ратификация Парижского соглашения по климату в 2019 году обязывает РФ делать определенные шаги в сторону сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу. С целью смягчения последствий глобального изменения климата, а также во избежание возможных экономических проблем была разработана Стратегия долгосрочного развития России с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года. Она предусматривает усиление охраны лесов от пожаров и вредителей, включая распространение авиационной охраны на I зону космического мониторинга в базовом сценарии, либо распространение авиационной охраны на I и II зоны космического мониторинга и обеспечение накопление углерода в почвах в интенсивном втором сценарии. Как видим, защита леса от пожаров приобрела новую мотивацию. 

Низовой пожар в реальном времени. Тура, август 2013. Фото Урбан А.В.nizovoy pozhar.jpg 
Низовой пожар в реальном времени. Тура, август 2013. Фото Урбан А.В. 

— Как сегодня происходит восстановление растительности в экосистемах Сибири?  

— Успешная регенерация растительности и развитие древостоя после пожара тесно связаны с восстановлением вечной мерзлоты. Например, по примерным оценкам, в Восточной Сибири возвращение на допожарный уровень может занять 30 лет. При этом, сохраняясь в течение нескольких десятилетий, увеличенная мощность активного слоя почвы улучшает ее термический режим, который способствует росту растений. Согласно оценке растительных индексов, допустим NDVI (normalized difference vegetation index), в среднесибирских мерзлотных лиственничниках требуется примерно 7—10 лет для восстановления NDVI до допожарного уровня. Тогда как по более чувствительному параметру — температуре — необходимо не менее 20 лет. Исследования в Западной Сибири (территория Большого Васюганского болота) показывают, что через год после пожара потери углерода составили около 3 800 г/см2 в очаге пожара, а восстановление происходило в основном за счет кустарников. Наконец, согласно исследованиям, регенерирующая после пожара растительность контролирует альбедо, поверхностную проводимость и улучшает тепловой режим почв в лесных экосистемах Сибири, например Средней и Восточной. Восстановление потоков парниковых газов (CO2 и метана, CH4) из почвы до допожарных уровней также связано с регенерацией растительности. Как показала одна из недавних работ, прирост биомассы березы и ольхи, регенерировавших после пожара в Средней Сибири, хорошо коррелировал с увеличением потока CO2 из почвы за счет более высокого вклада корневого дыхания. То есть восстанавливающаяся растительность может контролировать почвенное дыхание также через стимуляцию микробного дыхания почвы выделениями корней растений. Таким образом, крайне важно исследовать в комплексе, как пожары влияют на почвенные процессы (цикл углерода, потоки парниковых газов, трансформацию органического вещества почвы) и восстановление растительности. 
 
— Есть ли способы позитивно повлиять на климатическую картину постпожарной Сибири? 

— Существование связи между изменением климата и увеличением частоты пожаров в высоких широтах, в частности в различных сибирских регионах, подтверждается многими исследованиями за последние два года. Более того, есть единое мнение о совместном влиянии изменения климата и лесных пожаров на цикл углерода и эмиссии CO2 почвами в Сибири. Обзор публикаций за последние два года показал, что дыхание почвы в послепожарных экосистемах Сибири достаточно сильно варьирует в зависимости от времени, прошедшего после пожара. В условиях потепления климата повышение температуры почвы будет стимулировать минерализацию углерода почвенной микробиотой, увеличивая величину и изменение выбросов парниковых газов в атмосферу в краткосрочной и долгосрочной перспективе. Отсутствие надлежащих государственных противопожарных мер в Сибири оставляет только возможность мониторинга выбросов CO2 и отслеживания изменений в экосистемах Сибири после пожаров. Сибирь занимает большую территорию и очень неоднородна по ландшафту. Поэтому понимание взаимодействия между изменением климата, пожарами, потоками углерода и растительностью имеет решающее значение для глобальных прогнозов климата. В том числе и для оценки потоков парниковых газов в рамках Стратегии долгосрочного развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года. Однозначно, сегодня необходимы дальнейшие исследования потоков углерода в атмосферу путем поддержки существующей структуры мониторинга и создания широкой сети новых точек для наблюдения за выбросами CO2 в послепожарных экосистемах Сибири. 

Беседовал Андрей Фурцев.
 
Фото предоставлены исследовательницей и из открытых источников. 

Источник: www.sbras.info

Источники

Стихийное бедствие замедленного действия
Наука в Сибири (sbras.info), 18/08/2021
Стихийное бедствие замедленного действия
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 31/08/2021

Похожие новости

  • 31/03/2021

    Новый научный совет СО РАН займется проблемами состояния окружающей среды в Сибири и Восточной Арктике

    На заседании президиума СО РАН было утверждено положение о создании Научного совета по проблемам экологии Сибири и Восточной Арктики. Основным направлением деятельности Совета определена подготовка предложений по созданию методов управления качеством окружающей среды в городах, наземных и водных экосистемах.
    485
  • 25/05/2021

    Ученые КНЦ СО РАН изучат выбросы метана в Арктике и Антарктике

    Тема реакции северных экосистем на глобальное изменение климата является одной из приоритетных для ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Новый грант Российского научного фонда поддержит проведение фундаментальных научных исследований отдельной научной группой красноярских ученых по теме «Отклик эмиссионных потоков метана из тундровых ландшафтов на увеличение количества осадков: полевые биполярные исследования в Арктике и Антарктике».
    713
  • 08/04/2021

    «Хочу разобраться, как все устроено»

    ​​Считается, что сегодня, в эпоху все более узкой специализации,  быть ученым-энциклопедистом невозможно. Однако молодой красноярский ученый Роман Морячков опровергает это досужее мнение. Спектр интересов младшего научного сотрудника института физики имени Л.
    376
  • 30/04/2021

    Учёный Красноярского научного центра СО РАН выступил на Глобальном симпозиуме «Сохраним почве жизнь, защитим биоразнообразие почв»

    ​23 апреля 2021 года Московское Отделение ФАО совместно c Факультетом почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова провело круглый стол «Почвенное биологическое разнообразие России». Ведущие российские учёные обсудили значимость почвенного биологического разнообразия для естественных и агрогенных ландшафтов, а также необходимость охраны биоты почв, в том числе в почвах, используемых в сельском хозяйстве.
    1059
  • 27/08/2021

    Большая наука, дендрарий и экокафе: как изменится кемеровский ботанический сад

    Кемеровский ботанический сад переехал с улицы Мичурина на Лесную поляну в 2018 году. В 2021-м его передали в федеральную собственность: под управлением Кемеровского государственного университета ботанический сад станет частью НОЦ «Кузбасс».
    672
  • 05/08/2021

    Большая Норильская экспедиция исследует большую водную систему

    ​Двухсоткилометровый маршрут на быстроходном катере дал сибирским ученым возможность собрать обширный материал для оценки состояния Норило-Пясинского бассейна.«На истоке Пясины из одноименного озера и на многих точках по его зеркалу мы отбираем полный комплекс гидрохимических проб, берем образцы донных отложений, проводим гидрохимические измерения, ведем гидробиологические и гидрологические исследования, ― пояснил начальник полевого отряда "Водные объекты" кандидат геолого-минералогических наук Рустам Ильясович Тимшанов​ из Института нефтегазовой геологии и геофизики им.
    1643
  • 30/07/2021

    Большая Норильская экспедиция идет по рекам Таймыра

    Два полевых отряда сибирских ученых обследуют течение и поймы Далдыкана и Амбарной, пострадавших год назад от разлива нефтепродуктов, в ходе второй комплексной экспедиции, которая организована Сибирским отделением РАН и ПАО ГМК «Норникель».
    639
  • 07/09/2021

    Биолог Иннокентий Охлопков рассказал, что происходит с животным миром после пожаров

     Эволюцией и инстинктами заложено, что в самом начале лесного пожара животные сразу же покидают опасную территорию. В основном погибают мелкие зверьки, но их популяции быстро восстанавливаются. При этом для животного мира, особенно хищников, после пожаров возникает другая угроза — борьба за территорию, рассказал ЯкутияDaily кандидат биологических наук, директор Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Иннокентий Охлопков.
    194
  • 26/11/2020

    Андрей Юрченко: мы разрабатываем систему экомониторинга Норильска

    ​​​​​Большая норильская экспедиция Сибирского отделения Российской академии наук – это не только полевые и лабораторные работы, за деятельностью промышленных предприятий начали внимательно следить со спутников.
    1190
  • 02/08/2021

    Будни Большой Норильской: пешком по воде и охота на зообентос

    Участники крупнейшей научной экспедиции СО РАН и «Норникеля» на Таймыр обследуют места загрязнений 2020 года ― устье реки Амбарная и южную часть озера Пясино.   «Теперь мы работаем на конечных участках речной сети, по которой в прошлом году распространялись разлившиеся с норильской ТЭЦ-3 нефтепродукты, ― прокомментировал начальник полевого отряда “Водные объекты” кандидат геологоминералогических наук Рустам Ильясович Тимшанов из Института нефтегазовой геологии и геофизики им.
    1017