ИСТИНА

Проект направлен на решение актуальной задачи современного почвоведения, биогеохимии и экологии, связанной с оценкой воздействия природных пожаров на соотношение активного и стабильного пула органического вещества почв, а также изучением длительной постпирогенной динамики его устойчивости к биодеструкции. В связи с низкими запасами надземной фитомассы в тундровых экосистемах основное воздействие пожара приходится на подстилку и органогенные почвенные горизонты. При этом пока практически не изучено как влияние самого пирогенного фактора на пулы органического вещества почвы, так и их изменение при постпирогенной динамике. В тоже время, существенное повышение среднегодовой температуры во многих частях Арктики (0.6 оС за десятилетие в течение последних 30 лет [IPCC, 2013]) и увеличение частоты возникновения пожаров в тундре [Rocha et al., 2012] существенно повышают важность периодического воздействия огня в функционировании тундровых экосистем. По прогнозам [Higuera et al., 2008] частота возникновения тундровых пожаров на протяжении XXI века будет постоянно увеличиваться по мере потепления климата. Все это делает крайне актуальным исследование постпирогенных почв тундры, в частности изучение устойчивости их органического вещества к микробиологической трансформации. По результатам проекта будет обоснована оригинальная гипотеза положительного воздействия огня на величину активного пула органического вещества и его биодоступность.

The project is aimed at solving topical problems of modern soil science, biogeochemistry, and ecology related to the assessment of the impact of wildfires on the ratio of active and stable pool of soil organic matter and a study of the long post-fire dynamics of its resistance to biodegradation. Due to the low reserves of the top phytomass in tundra ecosystems the main impact of the fire falls on the litter and organic soil horizons. It is practically not studied as the influence of the pyrogenic factor on the pools of soil organic matter and their change in post-fire dynamics. At the same time, a significant increase in mean annual temperature in many parts of the Arctic (0.6 OS per decade over the last 30 years [IPCC, 2013]) and an increase in the frequency of occurrence of fires in the tundra [Rocha et al., 2012] significantly increase the importance of periodic fire in the functioning of tundra ecosystems. According to forecasts [Higuera et al., 2008] the frequency of tundra fires in the twenty-first century will constantly increase as climate warming. All this makes it extremely important to study post-fire soils of the tundra, particularly the study of the stability of their organic matter to microbial transformation. According to the results of the project will substantiate the original hypothesis of the positive impact of fire on the value of active pool of organic matter and its bioavailability.

По результатам реализации проекта будет оценена динамика активного и стабильного пулов органического вещества почв постпирогенного хроноряда. Включение в заявленный проект образцов почв, собранных в 2016-2017 гг. позволит получить уникальные данные по динамике этих показателей на одном и том же участке за несколько лет (в том числе - за три первых года после пожара 2017 г). Полученные результаты внесут определенный вклад в понимание механизмов воздействия пожара на органическое вещество и биологическую активность почв. Результаты проекта будут востребованы при оценке роли почв горной тундры как резервуара, а также источника или стока углекислого газа атмосферы, что крайне важно в свете подписания Российской Федерацией обязательств по Парижскому климатическому соглашению (2015) и необходимостью разработки научно-обоснованных мер по их исполнению. В частности, полученные результаты будут важны для разработки практических мер по воспроизводству почвенного органического вещества и секвестрации углерода после пожаров. Результаты проекта позволят оценить соответствие химически подвижного ("лабильного", извлекаемого "мягкими" растворителями) и биологически доступного углерода почвы, что позволит оценить биологический смысл при интерпретации данных по экстрагиуемости углерода из почв. Будет изучена устойчивость водорастворимого органического вещества к биодеструкции: получены оценки разложения водорастворимой органики в почвах на разных этапах постпирогенного восстановления, определено влияние на скорость этого показателя состава микроорганизмов, собственно свойств органического вещества, переходящего в водную вытяжку, доступности азота, а также общих физико-химических показателей. Будет определен субстратный профиль микробного сообщества почв и динамика этого показателя при постпирогенном восстановлении почв. Будут получены оригинальные данные по эффективности использования и роста микроорганизмов на разных по своим свойствам субстратах.

Maslov M. N., Pozdnyakov L. A., Maslova O. A. Pyrogenic transformation of tundra soils: Laboratory simulation // Moscow University Soil Science Bulletin. — 2017. — Vol. 72, no. 3. — P. 100–105. Biological activity of soils in mountain tundra ecosystems under postpyrogenic restoration / M. N. Maslov, O. A. Maslova, L. A. Pozdnyakov, E. I. Kopeina // Eurasian Soil Science. — 2018. — Vol. 51, no. 6. — P. 692–700.

Установлено, что прямые пирогенные потери углерода при пожаре высокой интенсивности составляют до 70% от первоначального запаса (Δ = - 4.2 кг С / м2) и в первую очередь затрагивают органогенный горизонт. При пожаре средней интенсивности статистически значимого снижения запасов почвенного углерода по сравнению с контролем не происходит. В течение первых двух лет постпирогенного развития почв на участках, пройденных пожаром средней интенсивности, за счет эрозии происходит снижение общих запасов углерода, сравнимое с прямыми потерями при пожаре высокой интенсивности. На поздних стадиях послепожарного самовосстановления проявляется постпирогенный эффект избыточного (Δ = +2.3 кг С / м2) накопления углерода в почве. Однако это утверждение справедливо только при рассмотрении всего почвенного профиля, т.к. возрастание запасов С в постпирогенных почвах наблюдается в основном за счет увеличения вклада минеральных горизонтов. Пожар высокой интенсивности приводит к практически полному уничтожению водорастворимого пула углерода в поверхностном горизонте и статистически значимому (p<0.05) снижению концентрации углерода, экстрагируемого 0.1 н. раствором NaOH. Пожар средней интенсивности не приводит к статистически значимому снижению лабильного углерода в почве по сравнению с контролем. Прямое пирогенное воздействие на содержание лабильного органического вещества минеральных горизонтов почв не выявлено. Лабильный пул углерода почвы (водорастворимый и щелочерастворимый) при постпирогенном самовосстановлении почв в целом повторяет динамику общего углерода с падением содержания в первые 2-3 года и последующим ростом до значений, характерных для почвы контрольного негоревшего участка. Пул потенциально минерализуемого органического вещества в пирогенных горизонтах имеет иную динамику с пиком в почве гари 3 лет, что связано с активным заселением этой гари травянистыми растениями. Общий тренд постпирогенного восстановления почвы в горной тундре заключается в росте содержания органического вещества в минеральных горизонтах, а также увеличения его минерализуемости по сравнению с контролем. Активность минерализации ВОВ определяется в первую очередь его собственными свойствами, а не микробным сообществом. Динамика биодеструкции адекватно описывается двухкомпонентной экспоненциальной моделью первого порядка с установлением статистически достоверного существования быстроминерализуемого (среднее время существования менее 1 сут.) и медленноминерализуемого (среднее время существования от 33 до 111 сут.) пулов. Максимальная доля «быстрого» пула характерна для почвы непосредственно после пожара и плавно убывает ходе дальнейшей постпирогенной сукцессии. В процессе биодеструкции происходит биокинетический отбор наиболее устойчивых к воздействию микроорганизмов гидрофобных соединений ароматического строения, в то время как простые азотсодержащие компоненты ВОВ потребляются микроорганизмами в первую очередь.