1 . Введение

Почвы являются одним из самых ценных невозобновляемых ресурсов (по крайней мере, в человеческом масштабе) ( Lal, 2015 ), поскольку они служат существенной поддержкой для природных и социально-экологических систем ( De Alba et al., 2011; Santín and Doerr, 2016 ), где их основные функции обеспечивают поддержку, регулирование и предоставление экосистемных услуг ( Porta et al., 2003 ). Временные масштабы в почвообразовании могут быть в том же порядке, что и геологические процессы ( Митчелл и Сога, 2005 ). По всем этим причинам любые процессы деградации почвы, то есть ухудшение их физических, химических и / или биологических свойств, которые уменьшают их качество и количество или приводят к потере функции почвы ( López, 2002), вероятно, будут иметь необратимые последствия. В лесных экосистемах основные процессы деградации почв были определены как эрозия, пожары, обезлесение и загрязнение ( Mataix-Solera, 1999 ).

Пожары являются обычными процессами во многих экосистемах, составляя естественную, даже жизненно важную составляющую экологии леса, хотя в последнее время повторяются крупномасштабные лесные пожары с высокой интенсивностью, которые могут быть крайне разрушительными. Пожары являются одним из основных факторов, влияющих на структуру и функцию экосистем, из-за их повсеместного воздействия на цикл питательных веществ, структуру и состав растительности и распределение травоядных животных ( Augustine et al., 2014 ). Действительно, следует подчеркнуть, что некоторые экосистемы зависят от огня, следовательно, нуждаются в нем для обеспечения своего развития ( Costa et al., 2011) ( Pyne, 2015)) ( Castellnou et al., 2010 ( Loomis et al., 2001 (Castellnou et al., 2010 ( Castellnou et al., 2010 ).

Предписанный огонь (пал) - это плановое использование огня низкой интенсивности для достижения очень разных целей с учетом определенных погодных, топливных и топографических условий ( Fernandes et al., 2013 ). Он рассматривается как основной комплексный вариант управления вегетацией для смягчения активности лесных пожаров и, как следствие, сокращения выброса углерода ( Bennet et al., 2014 ).  ( Santín and Doerr, 2016  ( Valkó et al., 2016; Végvári et al., 2016 ( San Emeterio et al., 2016; Armas-Herrera et al., 2016 ). Кроме того, предписанные пожары могут быть полезны при восстановлении отдельных видов растений, улучшении среды обитания млекопитающих, при организации пастбищ и др. ( Williams et al., 2012 ).

Предписанные пожары используются для восстановления пожароопасных экосистем, где огонь: (1) влияет на физико-химическую среду; (2) регулирует накопление сухого вещества; (3) контролирует виды и сообщества растений; (4) определяет модели обитания и популяции лесных пожаров; (5) влияет на насекомых, паразитов и грибов; и (6) контролирует основные экосистемные процессы и характеристики, такие как циклирование питательных веществ (Райт и Хейнслиман, 1973 ). Короче говоря, предписанные пожары - это суррогатные пожары, направленные на снижение интенсивности и тяжести лесных пожаров. Кроме того, McCaw (2013) сообщает, что сжигание может снизить пожароопасность и трудности подавления, снижая вероятность возникновения пожаров на короны в течение как минимум 5  лет после сжигания. Ясно, что они представляют собой нарушение окружающей среды и, как таковое, могут оказывать множественное воздействие на водные ресурсы, качество воздуха, растительность, фауну и почвы ( Bowman, 2005; Haikerwal et al., 2015; Martin, 2016 ), хотя и гипотетически, потому что ограниченного нагрева почвы и более низких интенсивностей и интенсивности пожара, эти эффекты менее выражены, чем те, которые связаны с лесными пожарами (Fernandes et al., 2013 ). Однако предписанные пожары также могут повредить, если интенсивность и интенсивность пожара слишком велики, и они запланированы в неправильный сезон года; но, если они должным образом выполняются, они должны быть полезными ( Scharenbroch et al., 2012 ).

В этом обзоре рассматривается краткосрочное и долгосрочное воздействие предписанных пожаров на физические, химические и биологические свойства почвенных свойств; при этом он дает краткое изложение преимуществ и недостатков этой техники с учетом интенсивности пожара, периодичности огня и сезонности, чтобы помочь определить, могут ли предписанные пожары быть полезными для управления ландшафтом. Мы искали научные публикации, опубликованные главным образом на английском языке в базе данных Scopus за период 1950-2016 годов, используя следующие критерии: «предписанный огонь» или «предписанное горение» и «свойства почвы» ИЛИ «химические свойства» ИЛИ «физические свойства» ИЛИ «Биологические свойства» и «управление вегетацией», который был объединен с поиском в учебном заведении Google.

2 . Воздействие предписанных пожаров на почву

Было показано, что пожар влияет на физические, химические и биологические свойства почв (обзоры см. Neary et al., 1999; DeBano, 2000; Certini, 2005). В этих обзорных документах основное внимание уделяется воздействию огня на различные свойства почвы, в то время как эта текущая работа хочет стать первым обзорным документом, суммирующим предписанные эффекты пожаров на физические, химические и биологические свойства почвы, давая нам возможность увидеть, могут ли предписанные пожары быть хорошим вариантом для управлять растительностью. Хотя наше понимание этих эффектов по-прежнему невелик, в последние годы увеличилось количество исследований, посвященных изучению предписанных пожаров и их воздействия на почву, поскольку их использование в управлении вегетацией стало более распространенным явлением как средство защиты лесов от лесных пожаров или его роль в восстановлении природных пастбищ. В следующих подразделах мы фокусируемся на воздействии предписанных пожаров на физические свойства почвы.

2.1 . Физические свойства

В различных средах были проведены различные исследования для определения последствий применения огня, некоторые из них приведены в таблице 1 . Как правило, авторы интересуются такими физическими свойствами, как объемная плотность, текстура, стабильность агрегата почвы и репеллент почвенной воды, поскольку они связаны с эрозией почв. При пожарах с высокой степенью тяжести объемная плотность обычно увеличивается из-за разрушения агрегатов почвы после сжигания органического вещества ( DeBano, 1981 ). Учитывая, что предписанные пожары имеют тенденцию быть низкой интенсивностью и серьезностью и неоднородными по своей природе, их воздействие зависит от типа и количества накопленного топлива и влажности почвы. Степень пожара увеличивается с большим количеством топлива, воспламеняемостью и уменьшенной влажностью влаги ( Úbeda et al., 2005)).

Таблица 1 . Образец исследований о предписанных воздействиях огня на физические свойства почвы. BD: объемная плотность; КСВ: водоотталкивающая способность почвы; SAS: стабильность агрегата грунта; na: недоступно; PF: предписанный огонь. Столбец интенсивности огня дает информацию, доступную в каждой рукописи (количественную или качественную).

Авторы	Место нахождения	Огнестойкость	растительность	Измеренные свойства	Обнаружено изменение (значимое)	Причина изменения	Время восстановления
Возраст, 1973	Калифорния, США	-	Смешанный хвойник	BD	Никто	-	-
				Задержка воды	Снижение	Относительно расхода топлива	Не обсуждается
				SWR	Вырос		Не обсуждается
Моралес и др., 2000	Мексика	-	Pinus arizonica	сток	Вырос	Два последовательных сжигания	Изменения снизились через год после PF
Phillips et al., 2000	Теннесси, США	Низкий	Смешанный дубовый лес	BD	Никто	Периодические ожоги каждые пять лет	Пять лет было достаточно для восстановления свойств почвы
					Вырос	Потеря органического вещества (годовые выгорания)
Robichaud, 2000	Монтана и Айдахо, США	na / 187  ° C на поверхности минерального грунта	Смешанная хвойная	сток	Вырос	Высокая степень ожога (119-187  ° C)	Не обсуждается
					Никто	Низкая степень ожога (na)	Не обсуждается
				инфильтрация	Вырос	Высокая степень ожога (119-187  ° C)	Не обсуждается
					Никто	Низкая степень ожога (na)	Не обсуждается
Brye, 2006	Арканзас, США	умеренный	Гумино-субтропическая прерия высокогорья	BD	Снижение	Увеличение количества подземных органических веществ в качестве корневой биомассы и, в частности, для увеличения ЗВОЛ	Не обсуждается
Hubbert et al., 2006	Калифорния, США	Низкий	колючий кустарник	текстура	модифицированный	Агрегация частиц глины в частицы размером с ил	Не обсуждается
				BD	Вырос	Потеря структуры почвы и разрушение органического вещества	Не обсуждается
				SWR	Вырос	Транслокация органических соединений, высвобождаемых из мусора и растений	Через 76 дней после того, как значения репеллентности ПФ начинают восстанавливаться
Вадилонга и др., 2008	Испания	200  ° C / 400  ° C	Средиземноморский лес - кустарник	SWR	Вырос	Высокая интенсивность (400 ° C)	Не обсуждается
					Снижение	Низкая интенсивность (200 ° C)	Не обсуждается
Granged et al., 2011a	Испания	450  ° C	Средиземноморская пустошь	BD	Вырос	Потеря органического вещества	Еще выше три года после ПФ
				SWR	Снижение		Увеличение за исследуемый период
				ПАВ	Снижение		Увеличилось через три года, но не вернулось к значениям, предшествующим огню
Granged et al. (2011b)	Канберра, Австралия	14  ° C / 142  ° C / 317  ° C / 525  ° C	Эвкалиптовый лес	текстура	Никто	-	-
				SWR	Вырос	Улучшено пожарами низкой интенсивности.Наблюдалось, что после пожаров средней и высокой тяжести разрушается водоотталкивающая способность.	Водоотталкивание уменьшилось через пять месяцев после ПФ, потому что это был дождливый период.
				ПАВ	Вырос	Включение органического вещества в почву в низкоинтенсивном PF	В течение месяцев AS уменьшалась из-за изменений в других свойствах почвы и первых дождей.
Chief et al., 2012	Невада, США	-	Wooded-кустарниковые	текстура	модифицированный	Увеличение содержания ила из-за авиационного осаждения	Изменения текстуры все еще присутствуют через 383  дня после PF
				BD	Снижение	Динамическое изменение: первоначальное снижение из-за расширения пар почвы	Через 299 дней после того, как ПФ увеличился до уровня предварительного огня из-за последующего уплотнения
				ПАВ	модифицированный	Дезагрегация почвенных пешеходов	Структура не восстанавливается через год.
Scharenbroch et al., 2012	Иллинойс, США	120-230  & deg ; С	Дубовый лес	текстура	Никто	-	-
				ПАВ	Никто	-	-
				SWR	Никто	-	-
Meira-Castro et al., 2014	Португалия	-	Pinus pinasterплантация	BD	Никто	-	-
				пористость	Никто	-	-

2.1.1 . Объемная плотность

Эффекты предписанного пожара на объемную плотность не особенно хорошо поняты, поскольку некоторые авторы не сообщают о значительных изменениях этого свойства после предписанных пожаров ( Agee, 1973; Phillips et al., 2000; Grady and Hart, 2006; Pierson et al. , 2008, Meira-Castro et al., 2014 ), тогда как другие сообщают об уменьшении ( Brye, 2006; Chief et al., 2012 ) или более высоких значениях ( Binkley et al., 1992; Kennard and Gholz, 2001; Hubbert et al. , 2006; Granged et al., 2011a ). Agee (1973) и Meira-Castro et al. (2014) не обнаружили значительных изменений в объемной плотности после одного предписанного пожара в Калифорнии и Португалии, соответственно, главным образом в результате того, что не было потери органического углерода.Chief et al. (2012) наблюдали более низкие значения объемной плотности после предписанного пожара, проведенного в лесисто-кустарниковой экосистеме в пустыне Большого Бассейна (Невада, США), связанной с расширением пар почвы. Аналогичным образом, Брай (Brye, 2006) сообщил о снижении значений объемной плотности после 12  лет ежегодных предписанных пожаров во влажно-субтропической среде в центральном Арканзасе из-за увеличения вкладов подземных органических веществ в качестве корневой биомассы. Напротив, Phillips et al. (2000) сообщили, что более высокие объемные плотности в дубовом лесу в Соединенных Штатах и Кеннард и Гольц (2001) также обнаружили более высокие значения объемной плотности после предписанного пожара в сухом лесу Боливии. Аналогично, Hubbert et al. (2006)наблюдалось, что после низкоинтенсивной пожарной массы объемная плотность значительно увеличилась (на 26%) с соответствующим уменьшением пористости в чапарральной почве в Калифорнии. Эти авторы заключают, что разрушение агрегации почвы способствовало увеличению объемной плотности. Таким образом, необходимо приложить более активные усилия для того, чтобы завершить наше понимание воздействия предписанных пожаров на плотность грунта. Однако многие факторы, по-видимому, определяют плотность грунта (в том числе интенсивность и интенсивность пожара, цементирующие агенты, накопление топлива, текстуру, влажность), и их необходимо тщательно контролировать, если мы надеемся получить более глубокое знание этого свойства почвы.

2.1.2 . Текстура почвы

Текстура почвы обычно не претерпевает никаких изменений при температурах ниже 500  ° C ( Tan et al., 1986 ). Однако Afif и Oliveira (2006) и Granged et al. (2011b)обнаружили значительные изменения в супесчаных почвах в Испании и Австралии, соответственно, после предписанного пожара. Они сообщают, что содержание песка увеличилось из-за образования неустойчивых агрегатов. Тем не менее, через семь дней после того, как Афиф и Оливейра (2006) заметили, что содержание песка вернулось до уровня предварительного огня, эти изменения были эфемерными. Аналогично, Hubbert et al. (2006) сообщил о 39% -ном изменении содержания глины в грубо-суглинистых почвах из-за агрегации мельчайших частиц в крупные частицы размера ила. В противоположность,Pierson et al. (2008) наблюдалось лишь небольшое снижение содержания глины и большие значения содержания песка в грубых текстурированных почвах, расположенных в западной части Соединенных Штатов после лесного пожара, но никаких изменений текстуры не обнаружено в предписанном месте пожара. В нескольких исследованиях основное внимание уделялось изменениям текстуры почвы после предписанного пожара. Возможно, было бы интересно увидеть эффекты на почвах разных типов текстур, чтобы определить, ведут ли они себя таким же образом или ухудшается ли деградация. В тех случаях, когда это имеет место, предписанные пожары в таких регионах лучше всего проводить в конкретных условиях или непосредственно, а не использоваться в качестве управления растительностью.