sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.15356/0373-2444-2015-3-129-140sergeogr-267Research ArticleГеоинформационные системы и картографированиеGeoinformation Systems and MappingsПОСТПИРОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВ И ЗАПАСОВ ПОЧВЕННОГО УГЛЕРОДА В ПРЕДТУНДРОВЫХ РЕДКОЛЕСЬЯХ КОЛЫМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ: КАСКАДНЫЙ ЭФФЕКТ И ОБРАТНЫЕ СВЯЗИPost-pirogenic Transformation of Soils and Soil Carbon Stocks in Sub-Tundra Woodlands of Kolyma Lowland: a Cascading Effect and FeedbacksМергеловН. С.MergelovN. S.

Москва

Moscow

mergelov@igras.ruИнститут географии РАНРоссияInstitute of Geography, Russian Academy of SciencesRussian Federation20152707201503129140Copyright © Мергелов Н.С., 20152015Мергелов Н.С.Mergelov N.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/267

Установлено, что высокое разнообразие плакорных экосистем предтундровых редколесий Нижней Колымы обусловлено частыми пожарами. От силы и давности пожара зависит тип сукцессий, мощность деятельного слоя, степень оглеенности почвенного профиля, интенсивность процессов криогенного массообмена, величина запасов углерода, классификационный статус почв. Постпирогенные трансформации растительности, почв и древесных пород развиваются по каскадному принципу, когда каждое предыдущее изменение генерирует и усиливает последующее изменение. Активно работают механизмы обратных связей. В первые годы после пожара наблюдается ожидаемое снижение запасов углерода органогенных горизонтов (∆ = –3.4 кг С /м2 ), однако на более поздних стадиях возникает постпирогенный эффект избыточного (по отношению к первоначальному) накопления ОВ на минеральной поверхности (∆ = +1.7 кг С/м2 ). Такие последствия пожаров как опускание–поднятие кровли мерзлоты и интенсификация криогенного массообмена в условиях активного накопления органического вещества верхних горизонтов могут приводить к постпирогенному росту пула углерода минеральной толщи (∆ = +2.5 кг С/м2 ). Время, необходимое для восстановления после сильного пожара исходных запасов почвенного Сорг, составляет 60–200 лет.

It is found that the high diversity of the upland ecosystems in sub-tundra woodlands of the Lower Kolyma River is caused by frequent fi res. The type of successions, the power of the active layer, the degree of gleization of the soil profi le, the intensity of cryogenic processes of mass transfer, the size of carbon stocks, the classificatory status of soils depends on the strength and duration of the fi re. Post-pirogenic transformation of vegetation, soils and tree species evolve according to the cascade principle, when every previous change generates and enhances subsequent change, i.e. feedback mechanisms are working actively. In the first years after the fire the expected reduction in carbon stocks of organic horizons (–3.4 kilogram of carbon per square meter) is observed, however, in the later stages the post-pirogenic effect of surplus (relative to initial) accumulation of organic matter at mineral surfaces (+1.7 kilogram of carbon per square meter) occurs. Such consequences of fi res as the lowering-lifting of roof permafrost and the intensification of cryogenic mass transfer in conditions of active organic matter accumulation of upper horizons can lead to post-pirogenic increase of the carbon pool of mineral depth (+2.5 kilogram of carbon per square meter). The time required to recover after a severe fire the initial stocks of soil carbon is 60–200 years.

предтундровые редколесьяпочвыпочвенный углероддеятельный слойлесные пожарыэкстремальные условия почвообразованияпирогенные катастрофыsub-tundra woodlandssoilssoil carbonactive layerforest fi resextreme conditions of pedogenesispyrogenic catastrophesПрезидиум РАН, РНФReferencesБогданов В.В. Влияние низовых пожаров на органическое вещество почвы в криолитозоне Центральной Эвенкии. Автореф. ... дис. канд. биол. наук: Красноярск. 2010. 20 с.Bogdanov V.V. Infl uence of surface wild fi res on soil organic substance in cryolite zone of Central Evenkia, Extended Abstract of Cand. Sci. (Biol.) Dissertation, Krasnoyarsk, 2010. 20 p.Ведрова Э.Ф., Мухортова Л.В., Безкоровайная И.Н. и др. Органическое вещество почв лиственничников Северной тайги // Почвоведение. 2002. № 8. С. 967–974.Vedrova E.F., Mukhortova L.V., Bezkorovainaya I.N., et al. Organic matter of soils under larch forests of the northern taiga in the Niznyaya Tunguska River basin. Eurasian Soil Sci., 2002, vol. 35, no. 8, pp. 857–864.Габышева Л.П. Влияние пожаров на структуру и фитомассу лесных сообществ центральной Якутии // Совр. пробл. науки и образования. 2012. № 6.Gabysheva L.P. The effect of wild fi res on structure and phytomass of forest communities of Central Yakutia. Sovr. Probl. Nauki Obraz., 2012, no. 6, p. 569. (In Russ.).Губин С.В. Динамика формирования структуры тундровых мерзлотных неглеевых почв (тундровых криоземов) // Почвоведение. 1993. № 10. С. 62–70.Gubin S.V. Dynamics of formation of structure of tundra permafrost nongleyic soils (tundra cryozems). Pochvovedenie, 1993, no. 10, pp. 62–70. (In Russ.).Губин С.В. Палеогеографические аспекты почвообразования на Приморских низменностях Якутии. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1987. 27 с.Gubin S.V. Paleogeografi cheskie aspekty pochvoobrazovaniya na Primorkikh nizmennostyakh Yakutii (Paleogeographic Aspects of Soil-Formation on Marine Lowlands of Yakutia). Pushchino: Otd. Nauchno-Tekh. Inform., Nauchn. Tsentra Biol. Issled., 1987. 27 p.Губин С.В. Позднеплейстоценовое почвообразование на лёссово-ледовых отложениях Северо-Востока Евразии. Автореф. дис. ... докт. биол. наук: 1999. 36 c.Gubin S.V. Late Pleistocene soil-formation on loessglacial deposits of Northeastern Eurasia, Extended Abstract of Doctoral (Biol.) Dissertation, Pushchino, 1999. 36 p.Губин С.В., Лупачев А.В. Подходы к выделению и изучению погребенных почв в мерзлых толщах отложений ледового комплекса // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 2. С. 79–84.Gubin S.V. and Lupachev A.V. Approaches to selection and analysis of buried soils in permafrost massifs of sediments of glacial complex. Kriosfera Zemli, 2012, vol. 14, no. 2, pp. 79–84. (In Russ.).Исаев А.П. Устойчивость лесов криолитозоны к антропогенным факторам // Успехи совр. естествознания. 2012. № 11. С. 41–43.Isaev A.P. Resistance of permafrost forests to anthropogenic factors. Usp. Sovrem. Estestvozn., 2012, no. 11, pp. 41–43. (In Russ.).Шишов Л.Л. и др. Классификация почв России / М.: Почв. ин-т им. В.В.Докучаева, Докучаевское о-во почвоведов при РАН, 1997. 235 с.Klassifi katsiya pochv Rossii (Classifi cation of Soils of Russia), Shishov L.L., et al. Eds. Moscow: Pochv. Inst. im. V.V. Dokuchaeva, Ross. Akad. Nauk, 1997. 235 p.Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 246 с.Kobak K.I. Bioticheskie komponenty uglerodnogo tsikla (Biotic Components of Carbon Cycle). Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1988. 246 p.Мажитова Г.Г. Об особенностях почвообразования на едомах Колымской низменности // Почвоведение. 1989. № 9. С. 15–25.Mazhitova G.G. About peculiarities of soil-formation on yedomas of Kolyma lowland. Pochvovedenie, 1989, no. 9, pp. 15–25. (In Russ.).Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Процессы накопления органического вещества в минеральной толще мерзлотных почв приморских низменностей Восточной Сибири // Почвоведение. 2011. № 3. С. 275–287.Mergelov N.S. and Targulian V.O. Accumulation of organic matter in the mineral layers of permafrostaffected soils of coastal lowlands in East Siberia, Eurasian Soil Sci., 2011, vol. 44, no. 3, pp. 249–260.Прокушкин А.С. Водорастворимое органическое вещество в криогенных почвах пирогенных сукцессий. Аннотация к отчету по результатам реализации проекта РФФИ: 05-05-64208. 2005.Prokushin A.S. Vodorastvorimoe organicheskoe veshchestvo v kriogennykh pochvakh pirogennykh suktsessii. Annotatsiya k otchetu po rezul’tatam realizatsii proekta Rossiiskogo Fonda Fundamental’nykh Issledovanii no. 05-05-64208 (Water-Soluble Organic Substances in Cryogenic Soils of Pyrogenic Successions: Annotation to the Report on the Results of the Russian Foundation for Basic Research Project no. 05-05-64208), 2005.Тарабукина В.Г., Шумилов Ю.В. Пирогенная трансформация лесных почв в условиях криолитозоны // Продуктивность и устойчивость лесных почв / Мат-лы III междунар. конф. (Петрозаводск 7–11.09.2009 г.). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2009. C. 112–116.Tarabukina V.G. and Shumilov Yu.V. Pyrogenic transformation of forest soil in cryolitozone, in Mater. III mezhd. konf. “Produktivnost’ i ustoichivost’ lesnykh pochv,” Petrozavodsk, 7–11 sentyabrya 2009 g. (Proc. III Int. Conf. “Productivity and Resistance of Forest Soils,” Petrozavodsk, September 7–11, 2009). Petrozavodsk: Karel. Nauch. Tsentr, Ross. Akad. Nauk, 2009, pp. 112–116. (In Russ.).Тарабукина В.Г., Саввинов Д.Д. Влияние пожаров на мерзлотные почвы. Новосибирск. 1990. 120 с.Tarabukina V.G. and Savvinov D.D. Vliyanie pozharov na merzlotnye pochvy (Influence of Wild Fires on Permafrost Soils). Novosibirsk, 1990. 120 p.Тимофеев П.А., Исаев А.П., Щербаков И.П. и др. // Леса среднетаежной подзоны Якутии. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. 140 с.Timofeev P.A., Isaev A.P., Shcherbakov I.P., et al. Lesa srednetaezhnoi podzony Yakutii (Forests of Mid-Taiga Subzone of Yakutia). Yakutsk: Yakut. Nauch. Tsentr, Sib. Otd., Ross. Akad. Nauk, 1994. 140 p.Тишков А.А. Биогеографические последствия природных и антропогенных изменений климата // Успехи совр. биологии. 2011. Т. 131. № 4. С. 356–366.Tishkov A.A. Biogeographical consequences of natural and anthropogenic climate changes. Biol. Bull. Rev., 2012, vol. 2, no. 2, pp. 132–140.Тишков А.А. Пожары в степях и саваннах // Вопр. степеведения. 2003. № 4. С. 9–15.Tishkov A.A. Fires in steppes and savannah, Vopr. Stepevedeniya, 2003, no. 4, pp. 9–15. (In Russ.).Тыртиков А.П. Лес на северном пределе в Азии. Т-во науч. изд. КМК, 1995. 144 с.Tyrtikov A.P. Les na severnom predele v Azii (Forest on Northern Edge of Asia). Moscow: KMK Publ., 1995. 144 p.Фоминых Л.А. Особенности почвообразования в Колымских тундрах // Почвоведение. 1997. № 8. С. 917–926.Fominykh L.A. The peculiarities of soil formation in the Kolyma tundra. Eurasian Soil Sci., 1997, vol. 30, no. 8, pp. 811–819.Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.Г. Запасы органического углерода в почвах тундровых и лесотундровых экосистем России // Экология. 1999. № 6. С. 426–432.Chestnykh O.V., Zamolodchikov D.G., and Karelin D.V. Resources of organic carbon in the soils of tundra and forest-tundra ecosystems in Russia. Russ. J. Ecol., 1999, vol. 30, no. 6, pp. 392–398.Balshi M.S. et al. The role of historical fire disturbance in the carbon dynamics of the pan-boreal region: A process-based analysis // Journ. Geophys. Res. 2007. V. 112.Balshi M.S., et al. The role of historical fire disturbance in the carbon dynamics of the pan-boreal region: a process-based analysis. J. Geophys. Res.: Biogeosci., 2007, vol. 112, no. 2, p. 29.Beer C., Lucht W., Gerten D. et al. Effects of soil freezing and thawing on vegetation carbon density in Siberia: A modeling analysis with the Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model (LPJ-DGVM) // Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21.Beer C., Lucht W., Gerten D., et al. Effects of soil freezing and thawing on vegetation carbon density in Siberia: a modeling analysis with the Lund-PotsdamJena Dynamic Global Vegetation Model (LPJ-DGVM). Global Biogeochem. Cycles, 2007, vol. 21, GB1012.Chapin F.S. III et al. Role of land-surface changes in arctic summer warming //Science. 2005. V. 310(5748) P. 657–660.Chapin F.S. III, et al. Role of land-surface changes in arctic summer warming. Science, 2005, vol. 310(5748), pp. 657–660.Euskirchen E.S., McGuire A.D., Chapin F.S. et al. Changes in vegetation in northern Alaska under scenarios of climate change, 2003–2100: Implications for climate feedbacks // Ecol. Appl. 2009. V. 19(4). P. 1022–1043.Euskirchen E.S., McGuire A.D., Chapin F.S., et al. Changes in vegetation in northern Alaska under scenarios of climate change, 2003–2100: implications for climate feedbacks. Ecol. Appl., 2009, vol. 19(4), pp. 1022–1043.Fontaine S. et al. Stability of organic carbon in deep soil layers controlled by fresh carbon supply // Nature. 2007. V. 450. P. 277–280.Fontaine S., et al. Stability of organic carbon in deep soil layers controlled by fresh carbon supply. Nature, 2007, vol. 450, pp. 277–280.Fontaine S., Bardoux G., Abbadie L., Mariotti A. Carbon input to soil may decrease soil carbon content // Ecol. Lett. 2004. V. 7. P. 314–320.Fontaine S., Bardoux G., Abbadie L., and Mariotti A. Carbon input to soil may decrease soil carbon content. Ecol. Lett., 2004, vol. 7, pp. 314–320.Grosse G. et al. Vulnerability of high-latitude soil organic carbon in North America to disturbance // Journ. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. 1–23.Grosse G., et al. Vulnerability of high-latitude soil organic carbon in North America to disturbance. J. Geophys. Res., 2011, vol. 116, pp. 1–23.Heimann M., Reichstein M. Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks // Nature. 2008. V. 451. P. 289–292.Heimann M. and Reichstein M. Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks. Nature, 2008, vol. 451, pp. 289–292.Koven C., Friedlingstein P., Ciais P. et al. The effects of cryoturbation and insulation by organic matter on the formation of high-latitude soil carbon stocks in a land surface model // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36.Koven C., Friedlingstein P., Ciais P., et al. The effects of cryoturbation and insulation by organic matter on the formation of high-latitude soil carbon stocks in a land surface model. Geophys. Res. Lett., 2009, vol. 36, pp. 1–5.MacDonald G.M., Kremenetski K.V., Beilman D.W. Climate change and the northern Russian treeline zone // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008. V. 363(1501). P. 2285–2299.MacDonald G.M., Kremenetski K.V., and Beilman D.W. Climate change and the northern Russian treeline zone. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, 2008, vol. 363(1501), pp. 2285–2299.Parisien M.A. et al. Contributions of ignitions, fuels, and weather to the spatial patterns of burn probability of a boreal landscape // Ecosystems. 2011. V. 14(7). P. 1141–1155.Parisien M.A., et al. Contributions of ignitions, fuels, and weather to the spatial patterns of burn probability of a boreal landscape. Ecosystems, 2011, vol. 14(7), pp. 1141–1155.Scheffer M., Hirotaa M., Holmgren M. et al. Thresholds for boreal biome transitions // PNAS. 2012. V. 109(52). P. 21384–21389.Scheffer M., Hirotaa M., Holmgren M., et al. Thresholds for boreal biome transitions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2012, vol. 109(52), pp. 21384–21389.Wirth C. Fire regime and tree diversity in boreal forests: implications for the carbon cycle // Forest Diversity and Function: Temperate and Boreal Systems. Springer. 2005. P. 309–344.Wirth C. Fire regime and tree diversity in boreal forests: implications for the carbon cycle, in Forest Diversity and Function: Temperate and Boreal Systems. New York: Springer-Verlag, 2005, pp. 309–344.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.