Международный коллектив ученых при участии исследователей ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» оценил влияние лесных пожаров на содержание органического вещества и питательных элементов в водотоках на территории Среднесибирского плоскогорья. В ближайшие десятилетия прогнозируемое увеличение частоты пожаров и их интенсивности вызовет рост количества азота в реках Сибири и, наоборот, снижение поступления в них углерода из лесных экосистем. Эти изменения могут повлиять на продуктивность не только рек, но и морей акватории Северного Ледовитого океана. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific reports.
Ежегодно арктические реки выносят в Северный Ледовитый океан около 35 миллионов тонн органического вещества. Вклад одной из великих рек мира, Енисея, в этот поток — пять миллионов тонн органического вещества и чуть менее ста тысяч тонн азота. Эти соединения в речном стоке в основном появляются из почв лесов в бассейнах рек. В последние годы из-за изменения климата и антропогенной деятельности на территории северной Евразии возрастает частота и интенсивность пожаров. Сопутствующая этому деградация вечной мерзлоты влияет на способность лесных почв удерживать органические и неорганические вещества. При этом, исследования того, как реагируют водосборные бассейны Арктической зоны на происходящие изменения, остаются все еще достаточно редкими и зачастую противоречивыми.
Коллектив ученых из Северной Америки и России представил результаты многолетних исследований химического состава малых рек Эвенкии, где произрастают лиственничные леса на вечной мерзлоте. Для исследования были выбраны водосборные бассейны, пройденные пожарами в разное время — от одного до более ста лет назад. Оказалось, что после лесных пожаров в водотоках происходит рост концентраций неорганических форм азота и значительное снижение растворенного органического углерода, сопровождающееся изменениями его молекулярного состава.
Такие исследования для рек огромной территории Среднесибирского плоскогорья ученые выполнили впервые. Важной частью работы были эксперименты по внесению различных форм минеральных удобрений для выяснения биологического отклика водных экосистем на лесной пожар. Ученые выявили, что сообщества бактерий в реках переключаются с поглощения органической формы азота на нитратную форму. При этом, именно нехватка доступного органического субстрата ограничивала их способность поглощать азот.
Исследование показало, что на восстановление концентрации и исходного молекулярного состава растворенного органического углерода до предпожарных значений требуется примерно полвека. За этот период в лиственничных лесах вновь формируется органических слой на поверхности почвы, который и является основным источником растворенной органики в реках Сибири. Нитратная форма азота реагирует на последствия пожара иначе. Ее концентрация увеличивается в течение примерно десяти лет из-за аэрации и дренажа почв, а также гибели растительности, которая поглощает азот в ненарушенных пожарами лесах. Таким образом, по мере восстановления лесной растительности уровни нитратов в ручьях снижаются до предпожарных.
Прогнозируемое из-за увеличения частоты пожаров в северных лесах и деградации мерзлоты сокращение выноса растворенного органического вещества и увеличение поступления азота в реки, впадающие в Северный Ледовитый океан, приведет к изменениям в качестве воды. Снижение количества органического вещества в воде с точки зрения хозяйственной деятельности человека это благо, так как часто речная вода в этих широтах характеризуется именно «органическим» загрязнением и не отвечает требованиям качества. Последствия роста концентраций нитратов более сложны. С одной стороны, наблюдаемые концентрации азота свидетельствуют об ухудшении качества вод по этому параметру. С другой, избыток азота может привести к росту продуктивности водоемов.
«В целом, подобные изменения химического состава речных вод северных территорий чреваты перестройками в структуре сообществ водных организмов и требуют дальнейших исследований. В глобальном масштабе происходящие изменения касаются и Северного Ледовитого океана, который уже сейчас получает больше пресных вод, чем раньше», — резюмирует один из авторов статьи, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биогеохимических циклов в лесных экосистемах Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН Анатолий Прокушкин.
Исследование было поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 18–05–60203-Арктика.
