Biologiczne skorupy glebowe (BSC), złożone struktury zbudowane z mikroorganizmów, porostów oraz mchów, a także mikrobiota glebowa, mają istotny wpływ na funkcjonowanie ekosystemu leśnego. W trakcie pożaru lasu wysoka temperatura dociera również w głąb gruntu, oddziałując na żyjące w nim mikroorganizmy oraz na biologiczne skorupy glebowe występujące na powierzchni.
Każdego roku strażacy muszą walczyć z wieloma pożarami lasów, które przyczyniają się do niszczenia drzewostanu, roślinności, śmierci zwierząt i zanieczyszczeń powietrza. Konsekwencje pożarów dla środowiska naturalnego mogą być długotrwałe, często nawet niezauważalne na pierwszy rzut oka.
Badania aktywności mikrobiologicznej gleby po pożarze: Pustynia Starczynowska
Celem badań było określenie wpływu pożaru lasu, który miał miejsce 12 lat wcześniej, na aktywność mikrobiologiczną gleby oraz biologicznych skorup glebowych na obszarze Pustyni Starczynowskiej w miejscowości Bukowno (południowa Polska).
W badaniach analizowano próby pobrane z terenu pożarzyska oraz z boru sosnowego, który nie uległ spaleniu w trakcie pożaru, stanowiącego próbę kontrolną. Uwzględniono trzy poziomy podłoża:
- biologiczne skorupy glebowe (BSC),
- warstwę gleby 0-1 cm pod biologicznymi skorupami glebowymi,
- warstwę gleby 1-5 cm pod biologicznymi skorupami glebowymi.
Aktywność mikrobiologiczną oceniono na podstawie aktywności dehydrogenazy (DHA, ang. Dehydrogenase Activity).
Analizy wykazały istotne statystycznie różnice w aktywności dehydrogenazy pomiędzy terenem pożarzyska a lasem kontrolnym, szczególnie w warstwie biologicznych skorup glebowych oraz w górnej warstwie gleby. W BSC występujących na terenie po pożarze obserwowano spadek aktywności DHA o około 50% w stosunku do obszaru kontrolnego. Sugeruje to, że czas potrzebny do odbudowy mikrobioty gleby może stanowić nawet kilkanaście lat. W głębszych warstwach gleby różnice były mniejsze niż w warstwie biologicznych skorup glebowych oraz tuż pod ich powierzchnią, co wskazuje, że pożar w mniejszym stopniu oddziałuje na mikroorganizmy żyjące w głębszych warstwach gruntu.
Uzyskane dane wskazują, że regeneracja mikrobioty glebowej po pożarze zajmuje znaczący okres czasu. Wyniki podkreślają znaczenie ochrony gleby oraz różnorodności mikrobiologicznej w planowaniu działań rekultywacyjnych i gospodarki leśnej, szczególnie w obszarach wydm śródlądowych narażonych na susze i pożary.
Ogólne skutki pożarów dla ekosystemu leśnego
Pożary lasów mają bardzo duży wpływ na środowisko naturalne. Ich konsekwencje często są długotrwałe:
- Niszczą rośliny, drzewa i krzewy. Zwierzęta, które znajdują się w strefie pożaru, zmuszone są do ucieczki albo co gorsza - giną.
- Emisja dwutlenku węgla (CO2). Do atmosfery przedostają się duże ilości CO2, choć las jest jednym z naturalnych pochłaniaczy tego gazu. Aby wyrównać emisję dwutlenku węgla wytworzonego w pożarze 1 ha, należy zalesić 10-24 ha obszaru.
- Zanieczyszczenie powietrza. Dym i pył, który unosi się w powietrzu, wpływa bardzo źle na jakość powietrza i zdrowie ludzi, prowadząc do problemów z układem oddechowym i sercowo-naczyniowym.
- Zniszczenie warstwy gleby. Po pożarze warstwa gleby jest zniszczona.
Wpływ pożarów na skład chemiczny gleby i procesy regeneracji
Pożary powodują trwałe zmiany w składzie chemicznym gleby, wpływając na jakość wody, powietrza i zdolność roślin do regeneracji. Badacze z Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Stanowego Kolorado alarmują, że obecne metody monitorowania zmian w glebie po pożarach są niewystarczające.
Ogień może wpływać na poziom dwutlenku węgla w atmosferze, a niektóre substancje chemiczne, takie jak karrikiny (regulatory rozwoju roślin), mogą nie być produkowane w wystarczających ilościach. Eksperci zauważają, że pożary mogą niekiedy wzbogacać gleby w azot i sprawiać, że węgiel organiczny staje się bardziej rozpuszczalny, co sprzyja nowemu wzrostowi. Jednak znacznie częściej zwiększają zawartość substancji toksycznych, co utrudnia wzrost roślin.
Pożary wpływają również na chemiczną naturę metali w glebie, przekształcając je w formy, które mogą łatwo przenikać do powietrza i źródeł wody. Odkrycia badaczy wskazują także na wysoki poziom niebezpiecznych form chromu w miejscach dotkniętych ekstremalnymi, długotrwałymi upałami. Zrozumienie mechanizmów molekularnych w glebie pomaga naukowcom zrozumieć, dlaczego woda z obszarów dotkniętych pożarem może stać się bardziej toksyczna i co jest powodem tego, że lasy mają trudności z regeneracją.
Poprawa technik monitorowania mogłaby znacznie usprawnić zarządzanie scenariuszami po pożarach, w tym uzdatnianie wody pitnej oraz ponowne zalesianie. Identyfikacja obszarów zagrożonych niebezpiecznym uwalnianiem chromu pozwoliłaby zarządzać intensywnością ognia, minimalizując ryzyko uwolnienia toksyn.
Pożar jako naturalny element ekosystemu: Różnorodność biologiczna i regeneracja
Konsekwencje pożarów w lasach bywają złożone, a niektóre gatunki mogą na nich wręcz skorzystać. Wyniki badań chrząszczy po przejściu ognia w Puszczy Białowieskiej przedstawiono w piśmie "Forest Ecology and Management".
Badania w Puszczy Białowieskiej
W końcu kwietnia 2009 roku w północnej części Białowieskiego Parku Narodowego wybuchł pożar, który zajął około 7 ha lasu. Ogień nie obejmował koron drzew, ale uśmiercił dominujące tam świerki (niemal wszystkie) i ponad jedną dziesiątą sosen. Na pożarzysku nagromadziło się sporo martwego drewna. Naukowcy, wkraczając na ten teren, rozpoczęli badania chrząszczy (Coleoptera), które trwały aż dziesięć lat. Pozwoliło to poznać zestaw gatunków obecnych w odradzającym się lesie i dynamikę całego zespołu chrząszczy.
Zaraz po pożarze zespoły chrząszczy na powierzchni spalonej i niespalonej różniły się wyraźnie od siebie pod względem gatunków i ich liczebności. Jednak z upływem czasu stawały się coraz bardziej podobne. Na badanym terenie zidentyfikowano niemal 28 tysięcy osobników chrząszczy, należących do 630 gatunków. W zebranym materiale stwierdzono trzy gatunki nowe dla polskiej fauny i aż 11 gatunków nowych dla Puszczy Białowieskiej.
W spalonym miejscu bogactwo gatunkowe (na poziomie alfa, czyli średnia liczba gatunków w pojedynczej próbie) oraz zagęszczenia chrząszczy były wyższe niż w takim samym lesie niedotkniętym pożarem. Różnica dotyczyła także różnorodności gamma (suma gatunków dla wszystkich pojedynczych prób), która była znacznie wyższa. Dla wielu leśnych gatunków pożar paradoksalnie jest lepszy niż jego brak. Nagłe pojawienie się dużej ilości osłabionych czy martwych drzew przyciąga bezkręgowce, które z kolei są ważnym źródłem pokarmu dla ptaków, takich jak dzięcioły, żerujące tam, gdzie rozwijają się larwy chrząszczy. Zwierzęta leśne z klimatu borealnego i Europy Środkowej są przystosowane do tego rodzaju zaburzeń.
Wnioski z badań nad regeneracją
Badania prowadzone przez naukowców z Polski i Szwecji w lesie gospodarczym strefy borealnej po potężnym pożarze w 2014 r. wykazały, że zaraz po pożarze w lasach nadal tętni życie. Porównano fragmenty pożarzyska poddane wycince z miejscami nieuprzątniętymi i pozostawionymi naturze. Okazało się, że większe bogactwo ptasiej fauny (liczebność ptaków, a także w nieznacznym stopniu różnorodność gatunków) dotyczyło części lasu spalonych i pozostawionych bez ingerencji.
W spalonym lesie wyłączonym z ingerencji obserwowano gatunki leśne, takie jak sikory bogatki, czubatki i czarnogłówki; gile, drozdy (paszkoty) czy dzięcioły trójpalczaste. Na terenach uprzątniętych pojawiły się gatunki związane z krajobrazem otwartym: pokląskwy, pliszki siwe, gąsiorki czy świergotki.
W miejscach, w których ogień zniszczył część drzew, na pewien czas zmieniają się warunki. Do pozostałych po pożarze, nadpalonych, martwych drzew ciągną gatunki związane z martwym drewnem lub terenami półotwartymi. W lesie gospodarczym pożar paradoksalnie oznacza więc szanse na wzbogacenie ekologiczne: zróżnicowanie siedlisk, powstanie nowych nisz ekologicznych czy wzbogacenie fauny. Martwe drzewa po przejściu ognia pozostają ważnym, abiotycznym elementem środowiska: wciąż dają nieco cienia i pomagają utrzymać wyższą wilgotność gleby.
Kanadyjski rząd informuje, że lasy potrzebują pożarów, ponieważ w dłuższej perspektywie będą one zdrowsze i będą sprzyjać bioróżnorodności. Zakłócanie jest częścią naturalnego cyklu życia lasu i najczęściej pomaga lasowi w odnowie. Pożary uwalniają cenne składniki odżywcze przechowywane w ściółce, otwierają koronę lasu na światło słoneczne, co stymuluje nowy wzrost. Pozwalają także niektórym gatunkom drzew, takim jak sosna zwyczajna, rozmnażać się, otwierając szyszki i uwalniając nasiona. Wiele roślin, np. daglezja czy sosna północnoamerykańska, potrzebuje ognia do przetrwania lub rozmnażania.
Autorzy analiz z Puszczy Białowieskiej sugerują, by lasy po przejściu ognia częściej zostawiać bez interwencji: nie wycinać drzew, nie uprzątać terenu ani sztucznie go nie obsadzać. Takie podejście daje pole do rozwoju różnorodności gatunków związanych z martwym drewnem i sprzyja naturalnej regeneracji lasu. Usuwanie nadpalonych drzew i sadzenie nowych, zamiast przyspieszyć regenerację lasu, tak naprawdę ją opóźnia.
Pożary a klimat: Emisje, pochłanianie i globalne skutki
Postępujące globalne ocieplenie i częstsze pożary lasów sprawiają, że ekosystemy te emitują coraz więcej dwutlenku węgla. Ekosystemy lądowe i morskie pochłaniają mniej więcej połowę CO2, który ludzkość emituje do atmosfery, co czyni je kluczowymi naturalnymi sojusznikami w ograniczaniu globalnego ocieplenia.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Nature Geoscience” naukowcy przyjrzeli się, jak wygląda sytuacja w przypadku ekosystemów leśnych. Z powodu rosnącej liczby pożarów lasy na całym świecie coraz częściej stają się wyraźnym źródłem emisji CO₂. Gdy badacze ten brakujący element dodali do modeli, z ich obliczeń wyszło, że pozostały ludzkości „budżet węglowy” ulega zmniejszeniu o około 5%. Każdy pożar lasu ma podwójny wpływ na klimat.
Poziom globalnego ocieplenia, przy którym pożary lasów zaczęły mieć znaczący wpływ na globalne magazynowanie węgla, został już przekroczony. Pożary lasów odgrywają już jedną z głównych ról w zmniejszaniu efektywności lądowych pochłaniaczy węgla. Odkrycia te podkreślają ponurą rzeczywistość: pożary nie są tylko problemem przyszłości, wpływają na naszą planetę już teraz.
Z drugiej strony, Science News Explore podaje, że pożary lasów mogą pomóc ochłodzić klimat. Blokując światło słoneczne i przyciągając dodatkowe kropelki wody, które rozjaśniają chmury, aerozole dymu mogą odbijać światło słoneczne z powrotem w kosmos, prowadząc do miejscowego ochłodzenia w niższych warstwach atmosfery. Ten efekt chłodzenia zwykle trwa tylko do czasu, gdy deszcz wypłucze aerozole z powrotem na ziemię. Zmiany ciepła w stratosferze zmieniają cyrkulację wiatrów, a ta może zmienić sposób, w jaki fale rozchodzą się w stratosferze, zapewniając sprzężenie zwrotne w troposferze.
Jeden mechanizm obejmuje zmiany albedo krajobrazu, czyli zdolności odbijania światła. W następstwie pożaru zwęglone powierzchnie mogą zmniejszyć albedo, prowadząc do wzrostu ocieplenia powierzchni. I odwrotnie, zmniejszony baldachim lasu może podnieść albedo, odsłaniając bardziej odblaskowe elementy, takie jak trawa lub śnieg, co prowadzi do efektu ochłodzenia. Interakcje między ociepleniem klimatu, dynamiką wegetacji i pożarami są bardzo złożone i jeszcze nie zostały w pełni zrozumiane.
Strategie zarządzania pożarowego i ochrona środowiska
Eksperci nie mają wątpliwości, że wskutek globalnych zmian klimatu pożary będą coraz częstsze i bardziej intensywne. Dalsze badania mogą zminimalizować ich skutki. Naukowcy przewidują, że w miarę postępu badań, coraz to nowsze odkrycia doprowadzą do opracowania lepszych strategii łagodzenia wpływu pożarów na cały ekosystem.
Autorzy badań wskazują, że polityka zarządzania pożarami lasów powinna uwzględniać nie tylko aspekty techniczne, ale i odpowiedzialność społeczną. Za pożary będące skutkiem celowego podpalenia przez człowieka powinny grozić konsekwencje. Niezwykle ważne jest też podjęcie zdecydowanych działań przez światowych liderów na rzecz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Porażka społeczności międzynarodowej w ograniczeniu globalnych emisji oznacza, że musimy teraz żyć z nieuniknionymi zmianami.
Warto dodać, że pożary lasów to nie jedyne sprzężenie zwrotne, które niepokoi naukowców. Podobne zagrożenie stanowi np. szybkie topnienie pokrywy lodowej. W ten sposób coraz bardziej zbliżamy się do punktów krytycznych, po których przekroczeniu procesy napędzające zmianę klimatu będą napędzać się samoistnie.
