ИСТИНА

Идентификация пирогенной метки (с характерным временем до 30 лет) в свойствах почв, структуре почвенного микробоценоза и фитоценозов, определяющей направление саморазвития после возгораний аридных экосистем Евразии.

Fires have a great impact on the species composition, functioning, seasonal and long-term dynamics of intracontinental ecosystems. A lot of data has been accumulated on the role of fire in the formation of the Earth vegetation, however, the main focus here is on forests and savannahs (Spasojevic et al., 2010). In arid regions, fires are important ecological factor in grassy biomes (steppes, prairies, etc.) and, in less extent, in deserts due to poor and sparse land cover. A decrease in the anthropogenic load (overgrazing) on the subboreal deserts of Eurasia at the beginning of the 21st century sharply increased the proportion of grasses with closed cover (Neronov, 2002), which caused local and then extensive fires in deserts, observed, for example, in 2017 in Central Kazakhstan. The pyrogenic factor favors the preservation of grasses in deserts, each time casting communities back along the already completed succession path and delaying the restoration of desert shrubs (Shilova et al., 2007). The fire in soils changes the physicochemical, chemical, hydrothermal, biological and trophic properties and conditions, which are poorly studied in the context and in conjunction with post-pyrogenic successions of vegetation. There are practically no works analyzing the ecological state of desert soil microbial complexes after fires, although the multifunctionality and high sensitivity of microorganisms to stresses make it possible to use soil microbial cenosis to predict the state of ecosystems after various disturbances (Dobrovolskaya, 2002; Schidlowski, 2002). A paired analysis of pyrogenic successions of vegetation and ontogenesis of soils is crucial for developing effective management of post-pyrogenic ecosystems and understanding ways to restore soil and vegetation, which is especially severe problemp due to the increased desertification (and the associated disruption of the carbon and nitrogen cycle) in southern Russia and countries of Central Asia, the Sahel and other (semi-)arid regions. A holistic view of the implications for arid ecosystems of fires is necessary for informed management decisions and requires the multidisciplinary approach proposed in this Project. Using open remote sensing data and full-scale geobotanical and landscape-geochemical studies in model territories with a total area of 2 thousand km2 of subboreal deserts in Kalmykia and Central Kazakhstan, it is planned: - to characterize the pyrogenic history of 6 key sites with sagebrush, xerophytic grasses and mesophytic grasses communities for 30 years, - to assess the effects of fires on the basic environmental functions of soils, - to identify the similarities and differences of pyrogenic successions of vegetation and soil microbiome in sagebrush, xerophytic grasses and mesophytic grasses communities, - to identify the presence and duration of the “pyrogenic label” in the properties of soils, vegetation and soil microbocenoses of arid ecosystems. To develop effective technologies for the reclaming of outburnt territories, based on a paired analysis of Earth remote sensing (ERS) data, the physicochemical properties of soils, the elemental composition of plants, the structure of phytocenoses and soil microbocenosis according to 30-year-old chronological series for subboreal deserts, responses to pyrogenic exposure will be identified for the first time. The rates and main limiting factors of post-pyrogenic self-restoration of arid ecosystems determined. The developed approach can be adapted for the study and rehabilitation of geocomplexes of other natural zones.

Определена частота возникновения возгораний на модельных территориях Калмыкии и Центрального Казахстана, установлена фактическая горимость полынников, ксерофито-злаковых и мезофитно-злаковых фитоценозов. Составлены предварительные карты постпирогенного саморазвития модельных территорий Калмыкии и Центрального Казахстана с 1986 г. Уточнены скорости и варианты постпирогенного восстановления нарушенных до 30 лет назад растительных и микробных сообществ суббореальных пустынь Центрального Казахстана. Для Центрального Казахстана рассчитаны скорости восстановления как растительных сообществ в целом, так и отдельных параметров (флористическая насыщенность, проективное покрытие, участие характерных видов и функциональных групп и др.) для наиболее распространённых полынных, ксерофитно-злаковых и мезофитно-злаковых сообществ в зависимости от различных эдафических факторов, включая возможное влияние почвенного микробиома. Выявлены свойства почв, определяющие изменение состава и разнообразия растительного и микробного сообществ на модельной территории Центрального Казахстана. Для Центрального Казахстана составлены предварительные схемы постпирогенной сукцессии полынных, ксерофитно-злаковых и мезофитно-злаковых сообществ по всему массиву описаний (около 200) участков техногенного воздействия для обследованных территорий. Определены скорости самовосстановления полынников, ксерофито-злаковых и мезофитно-злаковых фитоценозов. В Центральном Казахстане охарактеризована динамика изменения флористической насыщенности, проективного покрытия, фитомассы сообщества и участия отдельных функциональных групп (однолетников, кустарничков и полукустарничков, дерновинных злаков). Определены количественные значения филогенетического разнообразия микроорганизмов почв аридных экосистем модельной территории Центрального Казахстана, находящихся на разных стадиях саморазвития (сукцессии). Полынные, ксерофитно-злаковые и мезофитно-злаковые сообщества Центрального Казахстана ранжированы по уязвимости к пожарам и срокам постпирогенного самовосстановления.

В Центральном Казахстане научный коллектив постоянно с 2014 г. (и эпизодически в 1990 – 2013 гг.) участвует в международных российско-казахстанских работах на местах штатного падения первых ступеней ракет-носителей, где, согласно требованиям производственного экологического контроля, отбираются пробы почвы, снега и растительности для определения наличия в них компонентов ракетных топлив. Сотрудники научного коллектива в рамках этих договоров оценивают площади нарушенных экосистем и степень нарушений почвенного и растительного покрова. В 2014 – 2018 гг. в рамках проекта РНФ №14-27-00083 растительность описывали систематически с целью анализа степени химического воздействия компонентов ракетного топлива на фитоценозы и хода восстановления сообществ. При этом в рамках производственного экологического контроля пути восстановления ландшафтов, испытавших механическое и/или химическое и/или пирогенное воздействие, не анализировали.

Уточнены скорости и варианты послепожарного восстановления нарушенных до 30 лет назад растительных и микробных сообществ суббореальных пустынных ландшафтов Евразии, что востребовано для оценки риска опустынивания, целей устойчивого использования и дальнейшего развития, разработки систем адаптивного планирования хозяйствования. Рассчитаны скорости восстановления как растительных сообществ в целом, так и отдельных параметров (флористическая насыщенность, проективное покрытие, участие характерных видов и функциональных групп и др.) для наиболее распространённых полынных, ксерофитно-злаковых и мезофитно-злаковых сообществ Евразии в зависимости от различных эдафических факторов, включая возможное влияние почвенного микробиома. Определены количественные значения филогенетического разнообразия метаболических возможностей микроорганизмов почв аридных экосистем и их связь со свойствами растительных сообществ, находящихся на разных стадиях постпирогенного саморазвития (сукцессии). Выявлены свойства почв, определяющие изменение состава и разнообразия растительного и микробного сообществ. Составлены схемы постпирогенной сукцессии исходных полынных, ксерофитно-злаковых и мезофитно-злаковых сообществ после оказанного пирогенного воздействия. Получена характеристика долговременных экологических последствий пирогенного воздействия на пустынные ландшафты Калмыкии и Центрального Казахстана и установлена опасность опустынивания исследованных территорий. По итогам сопряженного анализа состава фитоценозов, почвенного микробиома, физико-химических свойств почв, элементного состава растений (однолетников, кустарничков и полукустарничков, дерновинных злаков) в контексте пирогенного воздействия будет определена устойчивость и обоснованы модели самовосстановления суббореальных пустынь Евразии с выделением наиболее уязвимых экосистем (с максимальными сроками восстановления) и основных лимитирующих факторов восстановления.