Влияние пожаров на почвенные микробоценозы

Почвенные микробоценозы представлены многочисленными группами микроорганизмов, связанных сложными трофическими взаимоотношениями. Изучение структуры и численности эколого-трофических групп микроорганизмов, их разнообразия, биохимической активности почвы позволяет судить о степени выгорания органогенного горизонта, послепожарных изменений лесорастительных свойств почв, изменений трофических условий почвенного ценоза.

Одним из основных почвенных компонентов, реагирующих на пирогенное воздействие, являются микробоценозы, что проявляется в изменении структуры и функциональной активности (Сорокин, 1983). Так, на гарях 4- и 16-летней давности абсолютное содержание всех эколого-трофических групп микроорганизмов в 1,5-3,0 раза выше, чем в контроле и в 3-7 раз, чем на однолетней гари (Цветков и др., 2001).

Огонь может влиять на почвенные микробные популяции и видовой состав в зависимости от интенсивности пожара, максимальных температур, от типа почвы и увлажнения, продолжительности огневого воздействия и глубины прогорания, от до и послепожарного состава растительного яруса и климатических условий (Hungerford et. al., 1995; Certini, 2005). Количество горючих материалов, месторасположение участка, его возвышенность и до и послепожарные погодные условия также важны, так как они могут влиять на поведение огня и дальнейшее восстановление. Низкоинтенсивные, с быстропродвигающейся кромкой огня пожары не оказывают сильного влияния на почвенные микробные популяции. Высокоинтенсивные пожары могут стать причиной значительных изменений в микробных популяций почв (Nearly et. al., 1999). 

Влияние прогревания среды на микроорганизмы многосторонне, особенно в такой гетерогенной среде как почва. Обычно, при прогревании почвы количество микроорганизмов в ней в первое время уменьшается. Несмотря на то, что при низовых лесных пожарах температура поверхности подстилки колеблется в пределах от 93⁰ до 720⁰С, температура верхнего трех-четырех сантиметрового слоя почвы не превышает 50-80⁰С. Незначительные различия в популяции почвенных микроорганизмов до и сразу после прогревания могут быть объяснены относительно низкими температурами почвы (Ahlgren, 1974). Температура свыше 127⁰С стерилизует почву, а воздействие 70⁰С убивает неспорообразующие грибы, и некоторые бактерии, но практически не влияет на спорообразующие

Пожары средней и низкой интенсивности убивают неспорообразующие грибы, простейших, актиномицетов и некоторые бактерии, но практически не влияют на спорообразующие бактерии и грибы (Bacillus spp., Clostridium spp.). Несмотря на то, что общее количество бактерий в почве сразу после пожаров средней и низкой интенсивности обычно уменьшается, тем не менее, через некоторое время их количество увеличивается благодаря быстрому росту. Очевидно, это связано с внезапным увеличением количества минеральных питательных веществ, которые постепенно вымываются в более глубокие слои, увеличения рН почвы и прочих химических изменений, связанных с горением. Повторный засев может произойти очень быстро после пожара за счет принесенных ветром спор и прочих остатков и за счет вторжения из подпочвенных слоев. Большое значение при этом имеет влага: увлажнение почвы и выпадение дождей после пожара оказывает благоприятное действие на повторный засев и увеличение популяций микроорганизмов (Vazqeuz et. al., 1993).

При пожарах высокой интенсивности наблюдается снижение микробиологической деятельности, а при средней и низкой интенсивности огня жизнедеятельность микроорганизмов усиливается (Гуняженко, 1970; Попова, 1978). После обжига отмечается смещение зоны действия микроорганизмов в нижележащие слои почвы. По истечению двух-трех лет после пожаров низкой и средней интенсивности разница между обожженной и необожженной почвой сглаживается (Сорокин, 1983).

Прогрев почвы по глубине является основным фактором воздействия огня на свойства почв и микрофлору. Степень нагревания почвы часто определяет послепожарную растительность, влияет на водопроницаемость почвы и образование эрозии. Температура на поверхности почвы при пожаре может превышать 900^оС, доходить до 1500^оС при высокоинтенсивных пожарах, а температура в 200-300^оС является обычной при горении (Davis, 1959). Основная доля тепла при горении уносится нагретыми газами в атмосферу, а рассеивание энергии теплопроводностью составляет небольшую долю от всего расхода тепла. По некоторым оценкам рассеивание тепла низовых пожаров в окружающую среду в среднем составляет: излучение в стороны – 18-20%, по некоторым данным – 25%, конвекцией и излучением вверх – 70-80%, теплопроводностью в почву – 3-5% (Humphreya, Craig, 1981).

Следовательно, действие пирогенного фактора распространяется до глубины 10 см, где микроорганизмы гибнут при высокой интенсивности огня (Grasso et. al., 1996; Neary et. al., 1999; Certini, 2005).

Дополнительным буфером, предохраняющим почву от действия высоких температур, служит лесная подстилка, имея высокое влагосодержание, она плохо горит и снижает термическое воздействие на почву (Курбатский, 1962; Campbell et. al., 1995). При пожаре сгорает только часть подстилки, почва и нижняя часть подстилки при этом, как правило, остаются влажными. В такой ситуации прямой эффект на почву незначителен (Grasso et. al., 1996).

Таким образом, резкое подавление микробиологической деятельности в почве наблюдается лишь при очень сильных пожарах, когда подстилка выгорает полностью (Попова, 1986). Но и в этих случаях снижение активности микроорганизмов бывает временным.

Влияние пожара на микробные комплексы почв может быть опосредованным. На скорость восстановления микробоценозов почв после пожаров влияет удаление или сокращение источников органики, изменение качественного состава органических субстратов, физико-химических и гидротермических свойств почв (Fritze, Pietikainen, 1993; Pietikainen, Fritze, 1993, 1995; Nearly et. al., 1999; Краснощеков и др., 2004; Certini, 2005).