Вклад ветровалов и крупных древесных остатков (валежа) в динамику органического вещества почвы является спорным и малоизученным. Ветровалы являются естественным нарушением, частота которого, как прогнозируется, увеличится из-за глобального изменения климата. В новой статье российских учёных оценивается влияние массового ветровала на общее содержание и запасы C и N, а также на микробную активность почв. Статья опубликована в журнале Eurasian Soil Science.

Валеж (лежащие стволы упавших деревьев) является естественным элементом лесных экосистем, связанным с жизнью и смертью деревьев. Валеж образуется как в результате падения единичных деревьев, так и в результате массового падения древостоя, вызванного ураганными ветрами и шквалами. Упавшие деревья на протяжении многих веков активно использовались человеком и выносились из леса, и лишь во второй половине XX века, с массовым переходом на использование других видов топлива и строительного материала, валеж стал оставаться в лесу. Сначала это случилось в природных заповедниках и национальных парках, о чём были приняты соответствующие законодательства во многих странах. В последние 20 лет оставление валежа в лесу считается элементом «природосберегательного», экологически устойчивого лесопользования, необходимого для выполнения лесом своих экосистемных функций, прежде всего — регулирующей (регулирование климата, циклов элементов питания, почвенного плодородия) и поддерживающей (почвообразование, сохранение местообитаний организмов).

Наличие валежа в лесу напрямик связано с сохранением лесного биоразнообразия, поддержанием гидрологического режима территорий, запасанием углерода в почве. Однако в настоящее время есть только качественные оценки роли валежа в выполнении этих функций, да и они часто противоречивы. Получение количественных оценок скорости разложения валежа разных видов деревьев в разных экологических условиях, вклада валежа в циклы химических элементов, в разнообразие растений, грибов, бактерий и насекомых, в почвенное богатство — все это крайне актуальные задачи, выполнение которых возможно при использовании современных научных технологий, в частности, метагеномики. В России, в силу большой территории нашей страны и достаточно больших площадей, занятых заповедниками и национальными парками, сохранились уникальные малонарушенные старовозрастные леса, исследования в которых позволяют как получить принципиально новую информацию, так и дополнить и проверить в природных условиях данные, получаемые учеными разных стран в полевых и лабораторных экспериментах.

Коллектив сотрудников Института математических проблем биологии РАН (ИМПБ РАН, филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН), Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) и Центра экологии и продуктивности лесов РАН (Москва) оценил динамику физико-химических и микробных свойств почв под валежом разных видов деревьев в сравнении с фоновыми почвами через 15 лет после массового ветровала.

Лариса Ханина, ведущий научный сотрудник лаборатории вычислительной экологии ИМПБ РАН: «Наши исследования показали, что наличие ветровально-почвенных комплексов, образованных в результате падения деревьев с выворачиванием корневой системы, а также присутствие крупного валежа деревьев в широколиственных лесах значимо увеличивает общее разнообразие растительности за счёт их зарастания нетипичными для этих лесов видами растений — бореальными (таёжных лесов), светлолюбивыми опушечниками и видами богатых местообитаний (нитрофильными)».

Исследования показали принципиальные различия в воздействии массового ветровала многовидового широколиственного леса на свойства песчаных и суглинистых почв. Как показано в предыдущем исследовании того же коллектива, результаты которого опубликованы в Вестнике биологии Томского государственного университета, на водно-ледниковых песках нет значимых различий химических характеристик почв между участком ветровала и фоновым лесом, не затронутым ветровалом. Только по сравнению с почвой фонового леса в почве на ветровале больше азота относительно углерода, при этом от вида лежащего дерева зависит содержание азота, подвижных форм калий, кальция и магния. В новом своем исследовании учёные показали, что на суглинках запасы углерода и азота, микробная активность и влажность почвы максимальны на участке массового ветровала, свободном от лежащих стволов, и эти запасы выше на ветровале, чем в фоновом лесу. При этом вид упавшего дерева не влияет на почвенные характеристики.

Лариса Ханина: «В лесу должны быть упавшие деревья. Наши исследования подтвердили, что в широколиственных лесах они являются хранителями разнообразия растений, грибов и бактерий. Наличие в лесу валежа деревьев многих видов ведёт к увеличению содержанию в лесных экосистемах многих важных химических элементов. При этом чем разнообразнее валеж по видам деревьев, тем разнообразнее насыщенность экосистемы различными химическими элементами, тем выше разнообразие деструкторов — грибов и бактерий. Исследования метагенома почв разных типов только начинаются. Какие почвы будут более богатыми под валежом, важен ли видовой состав валежа для общего разнообразия почвенной микробиоты? На эти и другие вопросы будут получены ответы по завершении нашего исследования».

Работа выполнена при поддержке РНФ (грант 24-24-00340).

Источник: пресс-служба ИМПБ РАН.