科学家发现了北极地区火灾对土壤肥力的影响

气候变化导致了森林火灾的增加,这一趋势在受永久冻土影响的北部地区尤为明显。托木斯克国立大学的科学家们首次在俄罗斯研究了北方森林火灾对化学元素流失和土壤肥力的影响。这项研究在位于亚马尔-涅涅茨自治区的普罗夫斯基区进行,这里有托木斯克国立大学的科学站。新的数据将有助于预测不同类型景观的未来变化。研究结果发表在《Geoderma》期刊上(Q1)。 

“火灾自古以来就存在,有些生态系统在全新世(过去的11700多年)中被烧毁了多达30次,”生物地理气候实验室主任谢尔盖·洛伊科(Sergei Loiko)解释说。“北方地区森林火灾对陆地和水生生态系统的频繁影响是全球气候变暖在高纬度地区的主要后果之一,但这一现象仍未得到充分研究。我们决定分析不同温度燃烧后,土壤表层30厘米的化学成分变化,以及在水的作用下灰烬和森林地表层中化学物质的流失情况。” 

据洛伊科介绍,对于植物来说,表层10厘米的土壤是最重要的,因为大多数吸收根都集中在这个层次。因此,这一层的变化直接影响植物的生产力。在实验研究中,科学家们分析了300°C、450°C和600°C下的燃烧情况。结果发现,温度是决定因素,燃烧基质(森林凋落物)的初始成分也有重要影响。 

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土壤取样

研究表明,从森林垃圾中去除的磷、铁、钙、镁和许多其他对植物具有重要生物学意义的元素比从灰烬中去除的要高得多。燃烧灰烬的反应性不像通常认为的那样强,这是研究中最意外的发现。然而,从灰烬中被淋出的元素由于根系烧毁而无法再生。 

此外,研究显示,火灾温度影响化学物质的流失,因为不同温度下会形成可溶性和不可溶性化合物,这些化合物会随着雨水进入土壤。部分化合物被植物根系吸收,部分被孔隙水带走。 

这导致高地生态系统的生物生产力下降。相反,火灾下游的生态系统,如河流泛滥平原,则获得了额外的养分。无论是现在还是几百年前,火灾都是北方针叶林生态系统不稳定的主要因素。 

火灾期间,氮挥发;磷转变为不溶性形式;钾、硒、钼和硼的移动性增加,并随初次火灾被冲刷。因此,尽管其他元素在火灾后能较好地保存,但上述重要生物元素的损失会立即导致养分缺乏。考虑到气候进一步变暖和火灾数量增加的趋势,未来几十年土壤中生物元素的流失可能会更加活跃。 

在亚北极森林中,火灾有助于树木的再生,摧毁灌木、苔藓和地衣覆盖层。然而,需要注意的是,每一代的土壤肥力和质量都会下降。这在树木根系痕迹中可见:几千年前,树木根系比现在大1.5到2倍,这意味着北方的树木曾经更大。科学家建议在森林管理中使用机械扰动来为树木种子的萌发准备土壤。