22 октября 2022
Биолог Константин Гонгальский о пользе и вреде лесных пожаров
Лесные пожары становятся все более частым и разрушительным явлением в нашей жизни, оказывая негативное воздействие на жизнь человека. Но пожары — это естественный этап смены экосистем, к которому приспособлены живущие в этих условиях организмы, и для них гари жизненно необходимы. Такие «пирофильные» организмы без пожаров становятся на грань исчезновения. Как лесные пожары влияют на локальное биоразнообразие и стабильность экосистем? Надо ли бороться с пожарами, или пусть себе горят? Об этом рассуждает Константин Гонгальский, доктор биологических наук, профессор РАН, завлабораторией изучения экологических функций почв и замдиректора Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.
Фото: Из личного архива
— Константин, все боятся лесных пожаров, считают, что это один из признаков глобального потепления и со дня на день нас ждет апокалипсис. Но вы говорите, что лесные пожары необходимы. Зачем они нужны?
— Пожары — один из компонентов естественного цикла экосистем. Есть много экосистем, которые устроены на периодических пожарах. Например, средиземноморские экосистемы. Все пробковые дубы и множество других видов растений адаптированы к тому, чтобы переживать пожары низкой интенсивности, или низовые пожары. Обычная пробка, используемая для бутылок,— это изолятор, который сохраняет древесину от пожаров. Поскольку в тех краях пожары случаются часто, то в средиземноморских экосистемах есть виды растений, которые начинают вегетировать только после того, как их семена пройдут термическую обработку высокой температурой. У них есть специальные полисахариды, которые не дают им прорастать. После такой обработки структура нарушается, и они начинают прорастать. Иначе говоря, в почве десятилетиями лежит некий «банк семян», и эти растения получают преимущество на свежей гари — там они вырастают первыми. И таких видов там довольно много.
— А у нас?
— У нас тоже есть такие. Например, в таежных экосистемах — сосна очень хорошо растет на гарях, семена у нее могут получать преимущество после пожара. Есть довольно большое количество видов грибов, насекомых, которые являются так называемыми пирофильными видами. Они могут существовать исключительно в горелых местах обитания. Как в природе есть леса, поля, долины рек, также есть и пирогенные экосистемы.
— Как долго они могут жить в гари?
— Они там живут очень недолгое время, три-пять лет. После того как гарь начинает зарастать, в нее постепенно проникают другие виды, более конкурентоспособные, а эти виды постепенно исчезают.
— Для чего нужны пирофильные виды?
— В природе все имеет свою функцию. Например, один из пирофильных видов, самых знаменитых, так называемая златка пожарищ (Melanophila acuminata). Это насекомое черного цвета, которое прилетает в первые часы после пожара с расстояний десятки километров. У нее есть модифицированные сенсиллы, которые направлены на распознавание инфракрасного излучения. Чувствительность этих сенсилл невероятной тонкости. Ее используют как один из прототипов в бионике для создания датчиков инфракрасного излучения. Находясь на других горелых местах, она чувствует, что за 30 км вспыхнул пожар, и мчится туда. Это удивительное свойство может использоваться в ранней диагностике пожаров на местности, если разработать датчики такой же чувствительности, как у насекомых. На этом уровне даже зажженную в комнате спичку можно будет ощутить.
Помимо этого существует концепция сукцессии растительных сообществ, согласно которой сначала образуются, например, на появившемся в результате вулканической деятельности острове какие-то водоросли, бактериальная пленка, потом появляются лишайники и мхи, потом из растительных остатков формируется тонкий плодородный слой, на котором поселяется мелкая растительность и кусты, потом их сменяют мелколиственные леса, а потом уже большие деревья.
Это типичная растительность каждой природной зоны, например, наши таежные леса — это такие же стадии растительных сукцессий, которые прошли все стадии развития сообществ. Считается, что эти климаксовые сообщества, как их назвал немецкий ботаник Клементс, очень устойчивы. Согласно концепции Клементса, эти сообщества бесконечны в своем существовании.
Но в 1980–1990 годы появилась концепция периодических нарушений. Ни одна климаксовая экосистема не может быть устойчивой во времени, потому что в ней накапливается валежник, деревья становятся менее устойчивыми к вредителям, и обязательно произойдет какой-нибудь нарушение, например, ветровал, потому что деревья становятся старыми, или нашествие насекомых, как у нас случилось с нашествием жука-типографа, который уничтожил недавно значительную часть лесов в Московской области. Таким нарушением могут быть и пожары. Любая вспышка — и завалы древесины сгорают. Иначе говоря, появилась новая концепция, что любой климакс обязательно конечен.
— Никогда раньше не слышала, что у растений тоже есть климакс…
— Речь не об отдельных растениях, а о растительных сообществах или целых экосистемах. Да, это стабильная экосистема в конечной стадии развития. И она тоже конечна. Эти регулярные нарушения в природе раньше были в основном пожарами. Потом на месте пожара образовывается новая экосистема. Поэтому пожары — это еще и смена экосистемы, они естественны в природе. Пожары были всегда, у нас существует множество данных, подтверждающих регулярность возникновения лесных пожаров в прошлом. Одним из методов является дендрохронологический, когда с помощью полого бура высверливают керны из старых деревьев, живых или уже опавших, и на кернах можно отметить черные слои и определить, когда был этот пожар. Другой метод — это анализ современных и палеопочв, то есть анализ почвенного профиля на наличие в нем горизонтов с вкраплением древесного угля. Поскольку древесный уголь инертен и устойчив во времени, достаточно легко можно отследить эти тонкие черные прожилки в почвенном профиле. Зная скорость накопления гумусового горизонта, либо с помощью радиоуглеродного датирования можно определить время, когда в данной экосистеме был пожар.
Почему вредных насекомых в России становится с каждым годом все больше
— Вы можете определить их периодичность?
— Да, конечно. Раньше пожары случались с регулярностью от 80 до 200 лет в каждом конкретном лесу. Нет экосистем, которые не прошли бы стадию пожара. Но если вернуться к современной ситуации, то становится очевидно: пожары начинают возникать на одном и том же месте чаще. Не интенсивнее в плане силы пожара, но чаще. Лесу нужно 80–200 лет, чтобы восстановиться до следующего пожара, то теперь он происходит через 40 лет, и система не успевает вернуться к этому состоянию.
— С чем это связано? С глобальным потеплением или еще с чем-то?
— Я не климатолог, но, как я понимаю, у нас сейчас наблюдается не глобальное потепление, а глобальное изменение климата. В некоторых районах теплеет, а в некоторых может холодать. Этот дисбаланс приводит к тому, что происходят так называемые катастрофические природные явления — наводнения, пожары и так далее. Вместо того чтобы у нас был стабильный климат с предсказуемыми сменами времен года, наблюдаются резкие скачки, в том числе высокие температуры и засухи, которые приводят к пожарам. Поэтому отрицать роль глобальных климатических изменений нельзя.
Но, с другой стороны, и это было показано в научных работах, подавляющее большинство пожаров сейчас антропогенного происхождения. Они в основном начинаются в окрестностях городов и поселков, потому что люди не следят за безопасностью своей деятельности.
Не обязательно они что-то жгут — можно просто выбросить на свалку мусора стекло, которое, как через линзу, сфокусирует луч, от чего в жаркую погоду может начаться возгорание. Или вылили машинное масло, которое испаряет легко воспламеняющиеся фракции, и в случае жары или искрения они могут загореться. Из-за всех этих событий экосистема не успевает восстановиться, цикл от одного пожара до другого сокращается. Это губительно для всех компонентов экосистемы.
— Что же делать?
— Бороться с пожарами. Их нужно предотвращать в первую очередь. Лес должен находиться под контролем, чего, к сожалению, в нашем случае сказать нельзя. Нет даже ежегодного осмотра, в каком он состоянии. А там должны быть просеки, регулярный вывоз валежника, если это регулируемый лес. Рослесхоз должен вести работу, заботиться о состоянии леса, вывозить мусор, который тоже может стать причиной пожара. Не говоря уж о бесконтрольных кострах, которые далеко не все гасят, уходя из леса.
— Знаю, у геофизиков существуют методы раннего предсказания пожаров еще до того, как видны какие-то их признаки. Например, такие методы разработаны в геофизической обсерватории Института физики Земли РАН.
— Это правда, такие разработки есть. Ученые учитывают сочетания климатических, географических признаков, свойств ландшафта и могут предсказать, в каком месте с наибольшей вероятностью пожар может возникнуть. Я видел такие работы — в Прибайкалье, на Алтае, в Сибири. Но вот о практической реализации этих идей сказать ничего определенного не могу.
Фотогалерея
Лесные пожары в Калифорнии
— Какие исследования такого рода ведутся в вашем институте?
— У нас работает лаборатория биогеоценологии им. академика В. Н. Сукачева, в которой занимаются изучением потоков газов в экосистемах. Они ставят огромные вышки в лесах, в основном не нарушенных, и оценивают, сколько углекислого газа вылетает из леса, сколько воды, как выглядит баланс этих веществ. Работают они и с гарями, но уже с последствиями пожара. В нашей лаборатории изучения экологических функций почв недавно закончился большой проект, который финансировал Российский научный фонд, а я был руководителем проекта.
— Расскажите об этом проекте.
— Роль почвенной биоты в стимулировании круговорота почвенного углерода несомненна, но она до сих пор не была оценена для лесов на обширных географических градиентах. Для решения этой проблемы мы количественно оценили роль почвенных трофических сетей в круговороте углерода в сгоревших и несгоревших лесах вдоль 3000-километровой трансекты, проходящей с севера на юг в европейской части России. Работа над проектом была разделена на три логических этапа. Первый — выбор гарей в европейской части России, отбор полного набора параметров в двух парах модельных экосистем в Тверской области. Второй — отбор проб в пяти экорегионах. Третий — определение таксономической принадлежности рассматриваемых групп биоты, а также физико-химических параметров почв, изотопный анализ компонентов пищевой сети, моделирование потоков углерода через детритную пищевую сеть и анализ влияния пищевой сети на экосистемные функции лесов.
Мы впервые показали, что структура, общая биомасса и направление потоков углерода в почвенных пищевых сетях подвергаются влиянию пожара, несмотря на очень сильное влияние природной зоны. Такие эффекты, как правило, связаны с функциональным усилением роли бактерий после лесных пожаров.
Бактериальный канал становится наиболее важным в процессе минерализации почвенных пищевых сетей. В несгоревших лесах более важной становится роль грибов.
Удивительно, что сокращение эффективности мобилизации углерода в почвенных пищевых сетях после пожара не приводит к значительному снижению потребления углерода главными деструкторами в горелых лесах. Этот вывод указывает на сложные механизмы функциональной устойчивости почвенных пищевых сетей с точки зрения сохранения экосистемных функций в пирогенных лесах. Такая функциональная устойчивость подземных экосистем делает их жизненно важными для повышения мультифункциональности нарушенных пожарами лесов. Однако степень поддержания функциональной активности почвенной биоты существенно изменяется из-за географических условий. Примечательно, что именно почвенные животные, а не микроорганизмы, как можно было бы предполагать, управляют положительным эффектом почвенной биоты на мультифункциональность экосистем сгоревших лесов.
— Каким образом этим организмам удается выживать в столь экстремальных условиях?
— Понятно, что в процессе пожара что-то гибнет, но даже при довольно сильном пожаре в почве сохраняется очень большая доля живых организмов. Особенно микроорганизмов, грибов, нематод.
Почва дает хорошую защиту более глубоким горизонтам. Если на поверхности почвы температура горения достигает 200 градусов, то уже на глубине 10 см она не выше 50 градусов. Этого вполне достаточно, чтобы животные там выжили.
Этот проект был направлен на то, чтобы оценить, как меняется функционирование экосистем, в частности, в процессе эмиссии углекислого газа, метана, скорости разложения органического вещества.
— И какой же вклад в эмиссию парникового газа?
— Мы видим, что происходят довольно сильные изменения. В очень большой степени меняется эмиссия не только CO2, но и оксидов азота, потому что микроорганизмы, занимающиеся окислением и восстановлением соединений азота, начинают совершенно по-другому себя вести. Мы видим, что это довольно сильно меняет баланс выделяемых почвой парниковых газов.
Как ученые смоделировали изменение климата к 2050 году
— Если принять на веру точку зрения, что антропогенный вклад в изменения климата довольно существенный, то получается, что пожары происходят все чаще по нашей вине — не только те, что от непогашенных костров и разбитых бутылок, но и вообще все лесные пожары?
— Не могу сказать, что все. Но была статья, где было оценено, что антропогенный характер пожаров составляет 95%. И наша задача — как-то их регулировать, предотвращать, прогнозировать. Особенно с учетом того, что площадь лесов сокращается за счет вырубок, и если они еще и гореть будут, много ли нам останется «легких» планеты? А ведь мы знаем, насколько леса для нас важны.
— А есть ли опасности, связанные с высвобождением долго дремавших болезнетворных микроорганизмов?
— В последние несколько лет были теплые сезоны в широтах Ямала, где были захоронения могильников сибирской язвы. Вечная мерзлота начала таять, скотомогильники начали оттаивать и высвобождать эти микроорганизмы, которые представляют большую опасность для человека. Если пожар так же пройдет по месту природно-очагового заболевания, которое дремало где-то в мерзлоте, то могут быть эпидемии.
Еще одна опасность пожаров связана с тем, что их можно считать «воротами» для инвазивных видов, или видов-вселенцев. Сейчас это одна из актуальных проблем.
Гарь значительно более теплая по сравнению с окружающим местом обитания. У нее ниже альбедо, она сильно нагревается. Кроме того, сама почва вокруг прогревается, да еще там, как правило, образовывается заболоченность, потому что деревья перестают трансперировать воду из почвы в атмосферу. Такие условия оказываются сопоставимыми со значительно более теплыми, поэтому в такие места могут проникать чужеродные виды, потом они там закрепляются и могут вытеснять коренные виды. Чаще всего это разного рода грибы-микромицеты, которые растут на горелой древесине. Они могут вести себя агрессивно по отношению к другим видам, а это меняет биоту, причем далеко не всегда в лучшую сторону.
— Например?
— Интересный пример вторжения инвазивных видов через гари был получен в США. Злак Bromus tectorum, или читграсс, произрастает в Евразии и широко распространен в западной части Северной Америки. К концу весны это однолетнее растение рассыпает семена и погибает; его надземная биомасса затем становится легко горючим топливом, которое сгорает каждые три-пять лет.
Оказалось, что читграсс лучше приспособлен к пожарам, чем многие конкурирующие виды растений, но вклад его грибковых симбионтов в эту адаптацию ранее не изучался. При отборе проб эндофитов читграсса было обнаружено много грибов, связанных с пожарами, в том числе Morchella. Morchella влияет на увеличение как биомассы, так и продуктивности популяции читграсса, тем самым одновременно увеличивая как вероятность пожара, так и выживания за счет большего подземного банка семян. Morchella также увеличивает выживаемость семян при воздействии высоких температур. Авторы показали, что симбиоз злака с пирофильными грибами может способствовать вторжению читграсса в западную часть Северной Америки.
— Какие здесь можно дать практические советы?
— На обычном бытовом уровне все просто: несмотря на естественную природу и многовековой характер пожаров, несомненно, что их частота стремительно растет под воздействием человека. Мы обязаны следить за состоянием лесов, заботясь при каждом походе в лес, чтобы наше присутствие не привело к возгоранию не только из-за незатушенного костра или брошенного окурка, но и из-за оставленного мусора. Как бы это банально ни звучало, ответственность за возникновение пожаров в лесу лежит на каждом из нас.
Беседовала Наталия Лескова
