فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 27، زمستان 92

تاثیر آتش‎سوزی برخصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک اکوسیستم‎های جنگلی

مریم مصلحی[1]^*

Maryam.moslehi508@gmail.com

هاشم حبشی[2]

اکرم احمدی¹

چکیده

آتش‎سوزی یکی از رخدادهای مهم و رایج در کلیه اکوسیستم‎های جنگلی است که تاثیرات بسیار پیچیده‎ای بر روی خصوصیات خاک دارد. تغییرات در خصوصیات فیزیکی (تخریب ساختار و تخلخل خاک، افزایش رواناب و فرسایش)، شیمیایی (کاهش مواد آلی، تبخیر کاتیون‎ها، تغییر در ذخایر عناصر غذایی وچرخه آن‎ها) و بیولوژیکی خاک (کاهش در گونه‎های میکرو و ماکروفون‎ها و تغییر جمعیت میکربی) توسط آتش می‎تواند سبب تغییر در پوشش و فعالیت‎های گیاهی گردد. آتش‎سوزی‎های شدید در جنگل، همچنین با ایجاد ترکیبات آلی با خاصیت آب‎گریزی در خاک منجر به کاهش نفوذپذیری آب گردیده و بازده چرخه هیدرولوژیکی را کاهش می‎دهد. خاک، آب و          موجودات زنده از عوامل موثر در تعادل و پایداری اکوسیستم جنگلی می‎باشد که هرسه آن تحت تاثیر آتش‎سوزی‎های شدید تخریب می‌گردد لذا در این تحقیق به بررسی تاثیرات آتش‎سوزی جنگل بر خصوصیات مختلف خاک که در نگهداشت سلامت اکوسیستم موثر می‎باشند، پرداخته شده است.

کلمات کلیدی: آتش‎سوزی، خصوصیات خاک، اکوسیستم‎های جنگلی.

مقدمه

بخش زیرزمینی از یک طرف نیاز آبی و غذایی پوشش گیاهی را برطرف نموده و جریان عناصر غذایی و ذخیره آن‎ها را از طریق کنترل فرایندهای بیوژئوشیمیایی، میکروبی و فیزیکی تنظیم می‎نماید و از طرف دیگر محل انجام فرآیندهای حساس (چرخه‏های آب و بیوژئوشیمیایی)، زیستگاهی مناسب برای زندگی باکتری‎ها، قارچ‎ها (میکرو و ماکروفون‎ها) و ذخیره‎گاه عناصر غذایی برای موجودات زیرزمینی و روزمینی است (1) که نتیجه کلیه این روابط پیچیده، پایداری بخش زیرزمینی و روزمینی و به‎طور کلی اکوسیستم است که آتش‎سوزی‎های شدید عامل مخرب این روابط پیچیده است. در حقیقت آتش با تغییر در خصوصیات خاک بعد از آتش سوزی منجر به تغییرات آب، پوشش گیاهی و موجودات زنده گردیده (2) و بدین ترتیب اکوسیستم را از تعادل خارج می‎نماید.

شدت آتش که توسط فاکتورهای محیطی مانند مقدار، طبیعت و رطوبت سوخت زنده و مرده (پوشش گیاهی زنده و پوشش مرده)، درجه حرارت، رطوبت، سرعت باد و توپوگرافی کنترل می‎گردد (3)، بر خصوصیات خاک تاثیرات متفاوتی دارد. دی بانو (1990) در تحقیق خود گزارش نمود که آتش‎سوزی شدید بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک خاک تاثیر گذاشته و منجر به کاهش موادآلی و افزایش بعضی از کاتیون‎ها و تبخیر عناصر گوگرد، نیتروژن و فسفر می‎گردد. همچنین میزان نفوذپذیری خاک، فضای بین ذرات و میکروارگانیسم‎های خاک تحت‎ تاثیر آن تغییر می‎کند.       پریتو فرناندز و همکاران (1998) در بررسی خصوصیات بیولوژیکی خاک جنگل‏های کاج، به این نتیجه رسیدند بلافاصله بعد از واقعه آتش‎سوزی طبیعی، بیومس میکروبی در لایه سطحی (5-0 سانتی‎متر) تقریبا ناپدید شد و در لایه (10-5 سانتی‎متر) تا 50 درصد کاهش یافت. نیری و همکاران (1999) در بررسی تاثیر آتش بر پایداری بخش زیرزمین بیان نمودند که آتش‎سوزی‎های شدید منجر به تغییر در نرخ معدنی شدن و نسبت کربن به نیتروژن و در نتیجه کاهش عناصر غذایی می‎گردد. ضمن اینکه تخریب خصوصیات فیزیکی خاک و تغییر چرخه هیدرولوژی، کاهش میکروفانا، ماکروفانا و جمعیت میکربی را نیز در پی دارد. بادیا و مارتیا (2003) در تحقیق تاثیر شدت گرما بر خصوصیات شیمیایی خاک گزارش نمودند افزایش اسیدیته خاک تحت تاثیر آتش ناچیز بود ولی ظرفیت تبادل کاتیونی کاهش یافت. سرتینی (2005) در بررسی تاث   یر آتش بر خصوصیات خاک مشاهده کردند وزن مخصوص ظاهری خاک بطور قابل ملاحظه‎ای افزایش یافت.              یلدیز و همکاران (2010) در بررسی تاثیر آتش‎سوزی بر خاک در جنگل‎ کاج بروسیا در ترکیه نشان دادند آتش بر خصوصیات خاک تاثیر گذاشته و ذخیره عناصرغذایی خاک، کربن، منیزیم و ظرفیت تبادل کاتیونی را کاهش می‎دهد. محمد عارف و همکاران (2011) در بررسی تاثیر آتش بر خصوصیات خاک گزارش نمودند آتش بر بافت خاک تاثیر خاصی نداشت ولی نیتروژن و مواد آلی کاهش و اسیدیته افزایش یافت و منجر به تغییر مولیبدن، کبالت، نیکل و سرب گردید. ورما و جایکمار (2012) در تحقیق تاثیر آتش‎سوزی جنگل بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک نشان دادند عناصر غذایی کم‎مصرف و پر مصرف، خصوصیات فیزیکی خاک مانند بافت، رنگ، اسیدیته و جاندران خاکزی تحت تاثیر آتش سوزی تغییر می‎کند. در واقع آتش‌سوزی‎های شدید کاهش میزان مواد آلی، تبخیر عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و گوگرد، مرگ میکروب‎ها، فرسایش خاک و افزایش دفع آب را در پی دارد که بسته به شدت آتش، میزان سوخت و رطوبت خاک متفاوت است.

به‎طورکلی تخریب مولفه‎های خاک، پیامدهای سریع ولی طولانی مدتی بر کل اکوسیستم دارد (11). با وجود تاثیر عظیمی که خاک و مولفه‎های آن بر بیوسفر و پایداری اکوسیستم‎های خشکی (2) به‎ویژه جنگل دارد هنوز عوامل طبیعی و غیرطبیعی موثر بر خصوصیات آن، به درستی مورد بررسی قرار نگرفته است لذا در این تحقیق به بررسی تاثیرات آتش‎سوزی جنگل بر خصوصیات مختلف خاک که در حفظ سلامت اکوسیستم موثر می‎باشند، پرداخته شد تا بتوان از آن در مدیریت جنگل استفاده نمود.

تاثیر آتش بر خصوصیات شیمیایی خاک

1- مواد آلی

یکی از مهم‎ترین اثرات آتش در خاک، کاهش ماده آلی است. از لحاظ فیزیکی ماده آلی سطحی لایه محافظ خاک و ماده آلی موجود در آن، اصلاح کننده روابط هیدرولوژیکی است (12) بنابراین می‎توان گفت افق آلی خاک به عنوان موثرین عامل پایداری اکوسیستم جنگلی، لایه محافظ خاک در برابر فرسایش، تنظیم‎کننده درجه حرارت، فراهم کننده رویشگاه و مواد غذایی برای موجودات خاکزی، مکان اصلی معدنی شدن عناصر غذایی (1)، ذخیره‎گاه عناصر غذایی و تنظیم‎کننده تبادل آن‎ها بین گیاه و میکرب‎ها، پایداری ساختمان خاک و تشکیل خاکدانه (9) است که بسته به شدت آتش‎سوزی بخشی از آن یا بطور کامل از بین می‎رود (1). کاهش مواد آلی بسته به شدت و نوع آتش، خشکی موادآلی سطحی (1)، رطوبت و نوع خاک و سرشت مواد قابل اشتعال (13) بسیار متغیر است. آتش‎سوزی‎های شدید می‎تواند در رویشگاه‎های خشک بیش از 50 سانتی‎متر  ماده‎ آلی روی خاک را حذف کند (12) به‎طوری‎که در حرارت 450 درجه سانتی‎گراد خاک به مدت 2 ساعت یا 500 درجه سانتی‎گراد به مدت فقط نیم ساعت، تقریبا 90 درصد از مواد آلی از بین می‎رود (14). در بعضی از خاک‎ها نیز کاهش سریع مواد آلی بعد از آتش‎سوزی رخ می‎دهد که می‎تواند ناشی از تغییر در خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاک (15) و حذف موقتی پوشش علفی باشد. بطور کلی تاثیر آتش به علت نیاز به اکسیژن و رطوبت بالای لایه‎های عمیق‎تر، محدود به ذخایر ماده آلی سطحی می‎گردد. ماده آلی موجود درخاک به علت ترکیب با خاک معدنی در حالت عادی تحت تاثیر آتش‎سوزی قرار نمی‎گیرد ولی در آتش‎سوزی‎های بسیار شدید، نفوذ گرما به سمت پایین می‎تواند ماده آلی کلوئیدی (هوموس) را از بین نموده و با سوزاندن ریشه‎های مرده در امتداد آن در خاک نفود می‎کند (16). بنابراین می‎توان گفت تاثیر آتش بر مواد آلی بسیار متغیر است و روند تغییرات و تاثیرپذیری آن‎ها در خاک‎ها و آتش‎سوزی‎های متفاوت یکسان نیست اما بطور کلی روند تغییرات آن، روندی کاهشی است.

2- دینامیک عناصر غذایی

عناصر غذایی موجود در بقایای گیاهی و ماده آلی خاک طی فرایند تجزیه به‎وسیله تجزیه کنندگان در محیطی که درجه حرارت به‎ندرت به 38 درجه سانتی‌گراد می‎رسد و رطوبت کافی برای پایداری فعالیت میکروبی در دسترس می‎باشد، انجام می‎گیرد. در چنین شرایطی، میکروارگانیزم‎های خاک، مواد آلی را تجزیه نموده و بسیاری از عناصر ضروری مورد نیاز گیاه را به آهستگی آزاد می‎نماید (17). آتش‎سوزی‎های طبیعی،           بر خصوصیات شیمیایی خاک با خاکستر نمودن مواد آلی تاثیر می‎گذارد. تاثیر فوری آتش، سوزانیدن عناصر غذایی و تبدیل پیوندهای آلی آن‎ها در پوشش‎کف، بقایای چوبی و پوشش‎های گیاهی به شکل‎غیرآلی است. باقی ماندن این عناصر در رویشگاه به شکل جامد یا کاهش آن‎ها از طریق تبخیر بستگی به      درجه‌ی حرارت در طول مدت آتش‎سوزی و آستانه حرارتی هریک از عناصر غذایی دارد (12). براساس آستانه حرارتی عناصر غذایی به سه دسته حساس، حساسیت متوسط و نسبتا غیرحساس تقسیم می‎کنند که نیتروژن و گوگرد با آستانه حرارتی به‎ترتیب 200 و 375 درجه سانتی‎گراد در گروه عناصر حساس به حرارت قرار می‎گیرند (17) ولی پتاسیم و فسفر در گروه حساسیت متوسط و منیزیم، کلسیم و منگنز با آستانه حرارتی بالا در گروه نسبتا غیر حساس قرار می‎گیرد (18). لذا به علت پایین‎تر بودن آستانه حرارتی نیتروژن، پتاسیم، فسفر و گوگرد از حرارت شعله سوخت‎های چوبی (1100 درجه سانتی‎گراد)، این عناصر غذایی در طول آتش‌سوزی به راحتی از مواد آلی تبخیر گردیده (17) و در اتمسفر پخش و از دست می‎رود (19). مقدار نیتروژن تبخیر شده طی احتراق، متناسب با مقدار آن در ماده آلی سوخته شده است (18). این ارتباط ممکن است در درجه حرارت پایین‎تر برقرار نباشد (20)، زیرا ماده آلی در درجه حرارت مناسب بدون متصاعد شدن نیتروژن (تبخیر نیتروژن) تجزیه می‏گردد، بنابراین کاهش نیتروژن متناسب با کاهش مواد آلی نخواهد بود. بیشتر نیتروژن بخار شده (بیش از 99 درصد) به شکل نیتروژن ملکولی برگشت می‎کند (19) و نیتروژنی که تبخیر نمی‎شود در رویشگاه یا در ماده آلی سوخته نشده یا به شکل آمونیم قابل دسترش در خاک باقی می‎ماند (4) اما عموما، آتش منجر به کاهش نیتروژن کل می‎گردد (21). ذخیره اصلی فسفر یکی از عناصر غذایی مهم برای رویش گیاهان، در خاک است (94 تا 98%). لذا سوختن شدید پوشش گیاهی و لاشبرگ آن تاثیری که         بر نیتروژن دارد بر ذخیره فسفر ندارد ولی شکل آلی فسفر در لاشریزه برای گیاه قابل دستر‎س‎تراست. بنابراین، سوختن کامل لاشریزه می‎تواند بر چرخه فسفر تاثیر شدیدی داشته باشد. بنابراین، با توجه به این‎که چرخه فسفر عمدتا از طریق ذخیره فسفر آلی است حذف کل پوشش گیاهی بطور همزمان توسط آتش‎سوزی، منجر به کاهش ذخیره فسفر آلی با نرخ سریع‎ خواهد شد. این نرخ کاهش، سریع‎تر از آن حدی است که فسفر تولید شده از طریق هوازدگی بتواند جایگزین آن گردد (22) لذا میزان فسفر خاک کاهش می‎یابد ولی میزان کاهش آن کمتر از نیتروژن است. چون فسفر دارای آستانه حرارتی بالاتری از نیتروژن است و در حرارت بالاتری (770 درجه سانتی‎گراد) تبخیر می‎شود (18).

بطور کلی عناصر غذایی طی آتش‎سوزی یا به صورت دود از دسترس خارج می‎گردد (فسفر و کاتیون‎ها حین آتش‎سوزی به شکل ذرات در اتمسفر انتشار می‎یابد (23)، یا به شکل خاکستر در سطح خاک نشست می‎کند (24)، یا با تشکیل لایه نفوذناپذیر در خاک و افزایش رواناب و فرسایش، کاهش قابل توجه عناصر غذایی ته‎نشین شده (خاکستر) در لایه سطحی را منجر می‎گردد (25) و یا این‎که در بقایا و گیاهان نیمه‎سوخته بصورت پایدار باقی می‎مانند (26). قا بل ذکر است دسترسی گسترده به عناصر غذایی در حالتی که خاکسترهای آلی ناشی از احتراق در سطح خاک نشست می‎کند، چندان قابل توجه نیست زیرا آن‎ها نسبت به آبشویی خاک بعد از آتش‎سوزی، بسیار فرسایش بادی بسیار آسیب پذیر بوده و به سرعت از دست می‎روند (24) بنابراین تاثیر فوری آتش بر عناصر غذایی، کاهش آن‌ها است که از طریق تبخیر عناصر فرار، به خاطر حرارت بالای آتش رخ می‎دهد (7).

تاثیر آتش‎سوزی بر خصوصیات فیزیکی خاک

تغییرات آب موجود در خاک و رژیم هیدرولوژیکی اکوسیستم در ارتباط با مقدار لاشبرگ، خشکه‏دارها و ساقه‏های چوبی مصرف شده در طول آتش‎سوزی است. آتش قسمت عمده یا کل پوشش کف و سیستم ریشه‎ای را مصرف می‎نماید و منجر به تغییر در چرخه هیدرولوژیکی می‎گردد (27). در حقیقت یکی از مهم‎ترین تاثیرات آتش بر خصوصیات فیزیکی خاک کاهش ظرفیت ذخیره آب است که ابتدا سرعت نفود آب افزایش ولی بعد از مدتی تقلیل می‎یابد (28) که به علت تخریب ساختمان خاک و پرشدن خلل و فرج می‎باشد. ساختمان خاک یکی از خصوصیات مهم خاک به عنوان یکی از عوامل موثر در  نفوذ آب (29) بشدت تحت تاثیر مواد آلی خاک قرار دارد (4). بنابراین سوختن پوشش کف، با تغییری که در ساختمان و بافت خاک ایجاد می‎کند، ظرفیت نگهداری آب را تغییرمی‎دهد (14). به‎طورکلی می‎توان گفت مواد آلی (سازنده ساختمان خاک و اصلاح‎کننده خصوصیات فیزیکی خاک) بخش سطحی خاک را تشکیل می‎دهند که از یک‎طرف دارای آستانه تغییر ناپذیری بسیار پایین هستند و از طرف دیگر بطور مستقیم تحت تاثیر آتش‎سوزی قرار دارند (30)، لذا با توجه به نقش شگرف آن در خصوصیات خاک می‎توان گفت، سوختن ماده آلی  یکی از مهم‎ترین فرایندهای آتش‎سوزی است که متلاشی شدن ساختمان خاک را به همراه دارد (29) که نتیجه آن کاهش خلل و فرج به‎ویژه خلل و فرج‎های بزرگ، کوبیده شدن بیشتر خاک سطحی در نتیجه ضربات قطرات باران، پر شدن خلل و فرج‎ها و در نهایت کاهش نفوذ آب به علت ایجاد لایه غیرقابل نفوذ سطحی و افزایش رواناب و فرسایش سریع خاک، می‎باشد (14). کاهش خلل و فرج در نتیجه تخریب ساختمان خاک و کانیهای رسی، افزایش وزن مخصوص ظاهری را نیز در پی دارد (7) که منجر به کاهش نفوذپذیری آب باران و ریشه می‎گردد (31). یکی دیگر از تغییرات ویژگی‎های خاک که از احتراق ناشی از آتش‌سوزی رخ می‎دهد، دفع آب[3] است. درجه حرارت بالای سطح خاک، مواد آلی را می‌سوزاند (32) که بخش اعظم آن به‌صورت دود به اتمسفر متصاعد می‌گردد و مقدار اندکی از آن به سمت پایین، در امتداد شیب تغییرات درجه حرارت، در 5 سانتی‎متری لایه بالایی خاک حرکت نموده و با متراکم شدن خود، لایه نفوذ ناپذیری را تشکیل می‎دهد که مانع نفوذ آب به خاک (33)، کاهش رطوبت، افزایش رواناب، فرسایش، کاهش عناصر غذایی سطوح بالایی خاک و در نهایت خشکی حوضه آبریز می‎گردند (1).

در مقابل ساختمان خاک، بافت می‎باشد که دارای آستانه حرارتی بسیار بالایی بوده و بشدت در برابر آتش‎ مقاومت می‎کنند مگر این ‎که در لایه سطحی خاک معدنی، تحت تاثیر حرارت‎های بسیار بالا قرار گیرند. در بین بافت‎های مختلف خاک، بافت رسی یکی از حساس‎ترین آن‎ها است که در درجه‎حرارت‎های بالای خاک (تقریبا 400 درجه سانتی‎گراد)، با شکستن ساختار شبکه‎ای‎، شروع به تغییر می‎کند ولی در درجه حرارت‎های 700 و 800 درجه سانتی‎گراد تخریب کامل ساختار درونی آن اتفاق ‎می‎افتد (34).

تاثیر آتش بر خصوصیات بیولوژیکی خاک

خصوصیات بیولوژیکی خاک شامل یک دامنه وسیعی از موجودات زنده است که در خاک زندگی می‎کنند که فعالیت‎شان بطور مستقیم یا غیرمستقیم بر تولید بلندمدت، کوتاه مدت و پایداری اکوسیستم تاثیر می‎گذارد (35). به‎طورکلی، موجودات خاکزی با نقشی که در افزایش نرخ تجزیه، چرخه نیتروژن، تشکیل هوموس، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، تغذیه و پایداری گیاه دارد، تولید را بشدت تحت تاثیر قرار می‎دهند (14). این موجودات خاکزی مانند همه موجودات زنده برای زندگی در خاک نیاز به دامنه معینی از درجه حرارت، اسیدیته، آب، عناصر غذایی و منبع انرژی کافی دارند که به علت تغییر موارد فوق تحت تاثیر آتش‎سوزی (5)، تغییر در اجتماع آن‎ها و تولید جنگل را می‎توان انتظار داشت. تاثیر آتش بر موجودات خاکزی بصورت مستقیم یا غیر مستقیم است. تاثیر مستقیم منجر به تغییر کوتاه مدت آن‎ها می‎گردد. در این حالت، هر موجود زنده‎ای در خاک به صورت مستقیم در معرض شعله آتش، حرارت شعله و گازهای داغ قرار می‎گیرد یا در خاک و محیط‎ های دیگری که گرمای زیاد به اطراف آن انتقال می‎یابد، اسیر می‎شوند. این افزایش درجه حرارت یا منجر به مرگ آن‎ها می‎گردد و یا آسیب جدی به آن‎ها می‎رساند. تاثیر غیر مستقیم معمولا سبب تغییرات بلندمدت در محیط می‎شود که از طریق تاثیر بر شرایط سالم و مناسب محل زندگی آن‎ها (تاثیر بر زیستگاه، تهیه غذا، رقابت، استقرار و توالی گیاهان و جانوران) رخ می‏دهد (9).

1- تاثیر بر میکروارگانیسم‎ها

میکروارگانیسم‎ها، یکی از مهم‎ترین اجزای‎ زنده خاک است که نقش کلیدی را در ایجاد یک خاک سالم و حاصل‌خیز (36)، چرخه عناصر غذایی و جریان انرژی دارد و بسیار حساس به تغییرات محیطی هستند (37). میکروارگانیسم‏های خاک نقش‎های کاربردی متعددی در اکوسیستم‎های جنگلی دارد. در حقیقت آن‎ها منبع عناصر غذایی، تسریع کننده انتقال عناصر غذایی، مهندسین و نگهدارنده ساختمان خاک هستند و با تشکیل روابط همزیستی با ریشه گیاهان توانایی گیاه را بهبود می‎بخشد (38).

آتش بر بیشتر میکروارگانیسم‎هایی که در خاک زندگی ‎می‎کنند بصورت مستقیم (کشته شدن یا آسیب دیدن) و غیر مستقیم (تغییر شکل مواد آلی خاک و میکروکلیما) تاثیر می‎گذارد (35) و منجر به تغییرات قابل توجهی در آن‎ها و      در پی آن بر فرایندهایی مانند چرخه عناصر غذایی می‎گردد (1). تاثیر فوری آتش بر میکروب‏ها، کاهش بیومس آن‎هاست که در آتش‎سوزی‏های شدید رخ می‎دهد زیرا در حداکثر درجه حرارت خود، شرایط لازم برای کشتن اغلب موجودات زنده خاک را فراهم می‎نماید (29). بیشتر موجودات زنده و مواد آلی در سطح یا نزدیک به سطح خاک قرار دارد، که بشدت در معرض پرتوهای گرمایی ناشی از احتراق سوخت‎های آلی سطحی و یا دودهای ناشی از آن قرار دارد لذا بسته به شدت آتش و موجودات زنده موجود در مواد آلی بی‎درنگ کشته می‎‍شوند. از این‎رو بیشترین تاثیر آتش بر میکروارگانیسم‎ها در لایه آلی و 1 تا 2 سانتی‎متری بالای خاک هست که جمعیت آن‎ها حداکثر فراوانی و حرارت آتش، بیشترین حد خود را دارد (14) که بسته به گونه میکروب‎ها، این گرما می‎تواند کشنده (210 درجه سانتی‎گراد) یا تغییر دهنده توانایی تولیدمثل‎شان باشد (38).

2-تاثیر بر بی‎مهرگان

بی‎مهرگان ساکن خاک، نقش کلیدی در تجزیه لاشریزه، معدنی کردن عناصر غذایی و کربن، تغییر و تبدیل خاک و تشکیل ساختمان آن دارد (1). اجتماع موجودات داخل پوشش کف و خاک اکوسیستم‎های جنگلی بسیار متنوع بوده و بر فرایندهای اکوسیستم نقش بسیار مهمی دارد. این موجودات تشکیل یک شبکه غذایی بسیار پیچیده‎ای را می‎دهد که مسئول تبدیل بقایای تولید شده در بخش روزمینی و زیرزمینی به مواد آلی ریز مناسب برای فرایند تجزیه، هستند. ضرورت وجود این موجودات خاکزی ریز و درشت به حدی است که در صورت عدم حضورشان، تجزیه لاشریزه‎ متوقف می‎‎شود (39). به‎طورکلی، تاثیرات مستقیم آتش بر بی‎مهرگان نسبت به میکروارگانیسم‎ها کمتر است. زیرا این موجودات تحرک زیادتری نسبت به آن‏ها دارند، لذا توانایی بیشتری برای حفر تونل‎ به قسمت عمیق‎تر خاک برای فرار از حرارت ناشی از آتش دارند (7). تحرک بی‎مهرگان با افزایش اندازه بدن‎شان افزایش می‎یابد ولی در آن‎هایی که از لحاظ اندازه یکسان هستند توانایی حفر  تونل بسیار متفاوت است (40). کاهش انبوهی لاشریزه (از تاثیرات غیر مستقیم آتش)، بشدت بر انبوهی و تعداد گونه‎های بی‎مهره در خاک تاثیرگذار است.

ماتلک در سال (2001) نتیجه گرفت آتش تاثیر معنی‎داری روی جوامع نماتد یا روی تعداد و تنوع آن ندارد درحالی‎که کولت و همکاران در سال 1993، ثابت کردند آتش کنترل شده حتی با شدت کم، منجر به کاهش قابل توجه کرم خاکی در زیر درختان اکالیپتوس شده است و برای رسیدن به حالت اولیه نیاز به چندین سال زمان دارد که البته بستگی به رطوبت خاک بعد از آتش‎سوزی دارد (43). مک سورلی (1993) نیز در تاثیر آتش  بر موجودات خاکزی گزارش کردند بعد از 6 هفته آتش‌سوزی کنترل شده، علفخواران بدون تغییر، همه‌چیزخواران و انگل‎ها افزایش و بعضی از قارچ‎خوارها کاهش داشته است. کنه‎ها و کالمبولاها از مهم‎ترین بندپایان حاضر در پوشش‎کف و خاک‎های اکوسیستم جنگلی هستند که در فرآیند تجزیه نقش کلیدی دارند که تحت تاثیر آتش‎سوزی قرار دارند بطوری‎که در جنگل‎های آمیخته بلوط، در یک آتش‎سوزی 3 ساله، تعداد کالمبولاها و کنه‎ها تا 50 درصد کاهش یافته بود (45). لذا می‎توان گفت که اثرات آتش تحت تاثیر شرایط محیط و رویشگاه، نوع آتش، تکرار و شدت آن، بر بعضی از موجودات اثرات مثبت و بر بعضی دیگر اثرات منفی دارد.

بحث و نتیجه‎گیری

آتش‎سوزی یکی از آشفتگی‎های رایج در اکوسیستم جنگلی است که به‎صورت طبیعی یا مصنوعی (کنترل شده و کنترل نشده) ایجاد شده (9) و در هر دو حالت  تاثیرات  قابل توجهی را بر ساختمان و ترکیبات خاک (46)، موجودات خاکزی، چرخه آب و پوشش گیاهی جنگل بر جای می‎گذارد که در صورت عدم کنترل، جنگل را به سوی تخریب سوق خواهد داد. آتش‎سوزی‎های شدید و کنترل نشده منجر به تغییر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک شده و با کاهش مواد آلی، چرخه عناصر غذایی را تحت تاثیر قرار داده و کاهش آن‎ها را در پی خواهد داشت (1، 4، 8 و 9).  سرتینی، (2005)، ورما و جایکمار، (2012) در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند کاهش مواد آلی در خاک طی آتش‎سوزی، تخریب ساختمان خاک و کاهش خلل و فرج را در پی دارد که در نتیجه آن، وزن مخصوص ظاهری افزایش می‎یابد که این تغییر خصوصیات فیزیکی به همراه تولید ترکیبات آلی نفوذناپذیر به آب؛ میزان نفوذ آب کاهش و رواناب و فرسایش خاک افزایش می‎یابد (1؛ 4، 9). پریتو فرناندز و همکاران، (1998)؛ نیری و همکاران، (1999)؛ ورما و جایکمار، (2012) دریافتند تغییرات مجموعه عوامل فوق از یک طرف و انتقال حرارت و تاثیر شعله آتش از طرف دیگر، شرایط مطلوب برای زندگی موجودات خاکزی را سخت نموده که در نتیجه آن کاهش جمعیت و بیومس اکثر جاندران خاکزی به‎ویژه بیومس میکروبی را در پی دارد.

تغییرات خاک تحت تاثیر آتش، به‎خاطر حرارتی است که تولید می‎شود که برای تغییر در خصوصیات شیمیایی (مواد آلی) و در پی آن تغییرات فیزیکی و بیولوژیکی کافی است. تغییرات شیمیایی در خاک بعد از آتش‎سوزی، مهم‎تر از دو فاکتور دیگر است زیرا تغییر در موادآلی و چرخه عناصر غذایی می‎تواند پتانسیل تولید اکوسیستم را تغییر دهد (9). عناصر ذخیره شده در  ماده آلی هنگام آتش، آزاد شده و بخشی از آن تبخیر و از دسترس خارج می‎گردد و بخش دیگر به اشکال قابل دسترس گیاهان و میکروارگانیسم‎ها تبدیل می‎شوند که به علت عدم ایموبلایزه، به راحتی شسته شده و از دسترس آن‎ها خارج می‎گردند (14). بنابراین افزایش دسترسی گیاهان به عناصر غذایی، بعد از آتش‎سوزی به صورت موقت بوده و بسرعت از دسترس خارج می‎شوند. همچنین ساختمان خاک یکی از مهم‎ترین خصوصیات فیزیکی خاک است که تحت تاثیر آتش تغییر می‎کند که دلیل آن را باید تغییر ماده آلی خاک دانست که در درجه حرارت نسبتا پایین از بین می‎رود. تخریب ساختمان خاک نیز افزایش وزن مخصوص ظاهری، کاهش خلل و فرج، کاهش تولید و افزایش رواناب و فرسایش را بعد از آتش‎سوزی در پی دارد که به علت از بین رفتن شرایط مطلوب زیستی، زندگی برای بسیاری از جانداران خاکزی سخت می‎گردد و جمعیت آن‎ها رو به کاهش می‎رود. بنابراین می‎توان گفت، مواد آلی نه تنها نقش کلیدی در خصوصیات شیمیایی خاک دارد بلکه بر خصوصیات فیزیکی و بیولوژیکی خاک نیز موثر است (14). یکی از تاثیرات مهم آتش کاهش نفوذپذیری خاک و ظرفیت نگهداری آب و بطور کلی چرخه هیدرولوژیکی است (9) که در نتیجه آن رواناب افزایش یافته و زمینه ایجاد سیل و فرسایش فراهم می‎شود که آثار تخریب آن به مناطق اطراف جنگل نیز خواهد رسید.

پایداری بخش زیرزمینی، برطرف کردن نیاز آب و غذای گیاهان از طریق ریشه، چرخه بیوژیوشیمیایی، فرایندهای میکروبی و فیزیکی است که منجر به ذخیره مواد غذایی و مدیریت خاک در جهت افزایش توانایی در نگهداری آب و عناصر غذایی می‎گردد. در واقع پایداری کلیه فرایندهای بخش زیرزمینی جهت حفظ ساختار و کارکرد بخش‎های روزمینی ضروری است (1) که در صورت تخریب تعادل و پایداری اکوسیستم متزلزل می‎گردد که با توجه به تاثیرات آتش، چنین فرایندی قابل پیش‎بینی است. تاثیر آتش سوزی بر خصوصیات خاک بستگی به شدت، تکرار و مدت آتش، رطوبت خاک، شرایط آب و هوایی و نوع سوخت دارد (7) که در این میان آتش‎سوزی شدید، طولانی مدت و مکرر بیشترین تاثیر منفی را بر خاک دارد زیرا تا زمانی‎که گرمای خاک  به  بالاتر از 200 درجه سانتی‎گراد نرسد هیچ‎گونه تغییری در ماده آلی، وزن مخصوص ظاهری، بافت و مدت زمانی که طول می‎کشد تا آب در خاک نفوذ کند، مشاهده نمی‎شود (47). بنابراین در آتش‎سوزی‏های با شدت اندک یا آتش‎سوزی‎های کنترل شده تغییرات خاصی مشاهده نمی‎شود و حتی می‏تواند در مدیریت جنگل،  با سوختن بخشی از مواد آلی به عنوان ابزاری در جهت بازگشت سریع‎تر عناصر غذایی به خاک و ایجاد بستری مناسب برای جوانه زنی بذر استفاده گردد ولی در مقابل آتش‎سوزی‎های شدید (طبیعی و انسان ساز) با حذف لاشریزه و ماده آلی، میکروکلیمای خاک سطحی و کلیه خصوصیات خاک را      تحت‌تاثیر قرار داده که نتیجه آن برهم خوردن تعادل اکوسیستم جنگل و اکوسیستم‎های وابسته به آن خواهد بود. طبیعت خود تنظیم است و هر گونه تغییری در آن ایجاد گردد خود قادر به رفع نقص حاصله خواهد بود و تعادل را دوباره برقرار می‎کند ولی زمانی‎که عامل خارجی در طبیعت وارد می‎شود تعادل اکوسیستم را از بین برده و پتانسیل خود تنظیمی آن را سلب نموده که نتیجه آن نابودی اکوسیستم خواهد بود. آتش یکی از معدود عوامل مخرب در اکوسیستم‎های جنگلی است که انسان تاثیر مستقیم و غیرمستقیم در رخداد آن دارد. سهل‎انگاری‎های انسان حین گردش و تفریح و باقی گذاشتن آتش زنده در داخل جنگل، استفاده از مواد آتش‎زا،  باز کردن بیش از حد تاج‎پوشش حین بهره‎برداری و افزایش روز افزون درجه حرارت در اثر فعایت‎های انسانی در سال‎های اخیر، یا آتش‎سوزی مصنوعی در جنگل افزایش یافته و یا زمینه آتش‎سوزی‎های طبیعی افزایش و شدت بخشیده شده است که با توجه به تاثیرات گسترده‎ آن بر خصوصیات خاک و پایداری جنگل، آن را تبدیل به یکی از عوامل مخرب رایج در جنگل تبدیل نموده است. با وجود تاثیر وسیع آتش در جنگل، امکانات و اطلاعات کافی برای مقابله با آتش‎سوزی در جنگل وجود ندارد. لذا ضروریست مدیران جنگل در جهت کنترل آتش‎سوزی، با توجه به شرایط موجود در جنگل، شرایط آب و هوایی، رطوبت خاک و سوخت موجود در جنگل (لاشریزه‎ها و بیومس زنده) به برنامه‎ریزی پرداخته و بر این اساس نوع، شدت، زمان و مکان دخالت (پرورشی و بهره‎برداری) در جنگل را تعیین نماید تا شرایط لازم جهت ایجاد آتش‎سوزی‏های طبیعی را کاهش دهند. همچنین با ایجاد آتش‎برهای بیشتر در اطراف جنگل از پیشروی آتش جلوگیری کرده و با آگاه نمودن مردم (به‎ویژه روستانشینان حاشیه جنگل و جنگل‎نشینان) از فواید جنگل، زیان و خطرات آتش، تاثیرات منفی آن بر محیط زیست انسان و حیوان به آموزش روش‎های پیشگیری از آتش‎سوزی‎های طیبعی پرداخته تا بخش عظیمی از آتش‎سوزی با همکاری مردم کنترل گردد و پایدارترین اکوسیستم خشکی به عنوان محیط زیستی سالم و پایدار برای انسان و حیوان، برای نسل حاضر و آینده حفظ گردد.

منابع

1. Neary, D. G., Klopatek, C. C., DeBano, L. F., and Ffolliott, P. F., 1999. Fire effects on belowground sustainability: a review and synthesis. Forest Ecology and Management, Vol. 122, pp.51-71.
2. Neary, D. G., 2004. Fire effects on soils. Southwest Hydrology, pp.18-19.
3. Campbell,  G. S.,  Jungbauer, J. D. Jr., Bidlake, W. R., Hungerford, R. D., 1994. Predicting the effect of temperature on soil thermal conductivity. Soil science, Vol, 158, pp.307–313.
4. DeBano, L. F., 1990. The effect of forest fire on soil properties. Symposiam on Management and Productivity of Western- Montane Forest Soil. 151-156, Boise, ID, USA.
5. Prieto-Fernandez, A., Acea, M. J., Carballas, T., 1998. Soil microbial and extractable C and N after wildfire. Biol Fertil Soils, Vol. 27, pp.132–142.
6. Badía, D., Martí, C., 2003. Plant ash and heat intensity effects on chemical and physical properties of two contrasting soils. Arid Land Research and Management. Vol. 17, pp.23–41.
7. Certini, G., 2005. Effects of fire on properties of forest soils. Oecologia, Vol. 143, pp.1-10.
8. Yildiz, D., Esen, D., Sarginic, M., Topark, B. 2010. Wffects of forest fire on soil nutrients in Turkish pine (Pinus brutia Ten) Ecosystems.  Journal of Environment Biology, Vol. 31, pp.11-13.
9. Verma, S. and Jaykumar, S., 2012. Impact of forest on physical, Chemical and biological properties of soil. IAEES, Vol. 2, pp.168-176.
10. Mohamed Aref, I., Atta, H. A., Al Ghamed, A. R. M., 2011. Effect of forest fires on tree diversity and some soil properties. Journal of Agriculture Biology. Vol. 13, pp.659-664.
11. Perry, D. A., Amaranthus, M. P., Borchers, J. G., Borchers, S. L., Brainerd, R. E., 1989. Bootstrapping in ecosystems. BioScience, Vol. 39, pp.230-237.
12. Wells, C. R., 1979. Effects of prescribed burning on soil chemical properties and nutrient availability. Ashville, New York. 86-99p.
13. Gonzalez-Perez, J. A., Gonzalez-Vila, F. J., Almendros, G, et al., 2004. The effect of fire on soil organic matter—a review. Environment International, Vol. 30, pp.855– 870.
14. USDA, 2005. Wildland fire in ecosystems: Effects of fire on soil and water. America. 4:262 p.
15. DeBano, L. F., 2000. The role of fire and soil heating on water repellency in wildland environments: a review. Journal of Hydrology, Vol. 231-232, pp.195-206.
16. Kimmins, J. P., 1997. Forest Ecology. Third edition. Prentice Hall, New Jersey. 1045p.
17. De Bano, L. F. Savage, S. M., Hamilton. D. A., 1976. The transfer of heat and hydrophobic substances during burning. Soil Science Society of America Journal, Vol. 40, pp.779-786.
18. Raison, R.J., Khanna, P.K., Woods, P.V., 1985. Transfer of elements to the atmosphere during low-intensity prescribed fires in three Australian subalpine eucalypt forests. Canadian Journal of Forest Research, Vol. 15, pp. 657-664.
    1. DeBell, D. S., Ralston, C. W., 1970. Release of nitrogen by burning light forest fuels. Soil Science Society of America Proceedings, Vol.34, pp.936-938.
    2. Grier, C.C., 1975. Wildfire effects on nutrient distribution and leaching in a coniferous ecosystem. Canadian Jornal of Forest Research, Vol. 5, pp.599-607.
    3. Knight, H., 1996. Loss of nitrogen from the forest floor by burning. The Forestry Chronicle, Vol. 42(2), pp.149-152.
    4. DeBano, L. F., Klopatek, J. M., 1987. Effect of management on nutrient dynamics in southwestern pinyon-juniper woodlands. In: Troendle, C. A., Kaufmann, M.R., Hamre, R.H., Winokur, R.P. (Technical Coordinators), Management of Subalpine Forests: Building on 50 Years of Research. Proceedings of a Technical Conference, Silver Creek, CO, July 6-9, 1987. USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. RM-149. pp. 157-160.
    5. Clayton, J. R., 1976. Nutrient gains to adjacent ecosystems during a forest fire: an evaluation. Forest Science, Vol. 22, pp.162-166.
    6. Kaufmann, J. B., Sanford Jr., R. L., Cummings, D. L., Salcedo, I. H., Sampaio, E. V. S. B., 1993. Biomass and nutrient dynamics associated with slash fires in neotropical dry forests. Ecology, Vol. 74, pp.140-151.
    7. Raison, R. J., O’Connell, A. M., Khanna, P. K., Keith, H., 1993. Effects of repeated fires on nitrogen and phosphorus budgets and cycling processes in forest ecosystems. In: Trabaud, L.; Prodon, P. (eds.). Fire in Mediterranean ecosystems. Ecosystem Res. Rep. 5. Brussels, Belgium: Commission of the European Countries: 347–363.
    8. Boerner, R. E., 1982. Fire and nutrient cycling in temperate ecosystems. BioScience, Vol. 32(3), pp.187-192.
    9. DeBano, L. F., 2000. Water repellency in soils: a historical overview. Journal of Hydrology, Vol. 231-232, pp.4–32.
    10. Imeson, A., Verstraten, J., Mulligen EV, et al., 1992. The effects of fire and water repellency on infiltration and runoff under Mediterranean type forest. Catena, Vol.19(3-4), pp.345-361.
    11. DeBano, L. F., Neary, D. G., Ffolliott, P. F., 1998. Fire effects on ecosystems. Wiley, New York. 333p.
    12. DeBano, L. F., 1990. The effect of forest fire on soil properties. Symposiam on Management and Productivity of Western- Montane Forest Soil. 151-156, Boise, ID, USA.
    13. Letey, J., 2001. Causes and consequences of fire-induced soil water repellency. Hydrological Processes, Vol. 15(15), pp. 2867-2875.
    14. Wells, Wade, G., II. 1981. Some effects ofbrushfires on erosion processes in coastal southern California. In: Erosion and sediment transport in Pacific Rim steeplands. 1981 January; Christ Church, New Zealand. Sponsored jointly by the Royal Society of New Zealand, New Zealand Hydrological Society, lARS, and the National Water and Soil Conservation Authority of New Zealand. International Association of Hydrologic Publication Sciences, Vol. 132, pp.305-342.
    15. Neary, D. G., Ryan, K. C., DeBano, L. F., 2008. Wildland Fire in Ecosystems: Effects of Fire on Soils and Water. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, USA.
    16. Borchers, J. G., Perry, D. A., 1990. Effects of prescribed fire on soil organisms. In: Walstad, J.D.; Radosevich, S.R.; Sandberg, D.V. (eds.). Natural and prescribed fire in Pacific Northwest forests. Corvallis: Oregon State University Press, pp.143–157.
    17. Ahlstrom, J., Baldes, J., Bird, J., Brummer, T., Singh Gill, P., Glenn, M., Harrison, N.,  Herstand, M., Hess, K., Hudlow, C., Jensen, M., Jordan, K., Lange, R., McCaughey, M., Park, N., Schroeder, M., Smith, H., Senecal, S., 2008. Forest Fire: examining the effects of recent fire on soil nutrients and microbes, and above and below ground vegetation. Montana State University, LRES Capstone Course. 69p.
    18. Hart, S. C, DeLuca, T. H, Newman, G. S., et al., 2005. Post-fire vegetative dynamics as drivers of microbial community structure and function in forest soils. Forest Ecology and Management, Vol. 220, pp.166-184.
    19. Klopatek, C. C., DeBano, L. F., Klopatek, J. M., 1988. Effects of simulated fire on vesicular–arbuscular mycorrhizae in pinyon–juniper woodland soil. Plant Soil, Vol. 109, pp.245–249.
    20. Edwards, C. A., Heath, G.W., 1963. The role of soil animals in breakdown of leaf material. In: Doeksen, J., van der Drift, J., eds. Soil organisms. Amsterdam: North-Holland Publishing Co. pp.254-259.
    21. Wikars, L.O., Schimmel, J., 2001. Immediate effects of fire severity on soil invertebrates in cut and uncut pine forests. Forest Ecology and Management. Vol. 141(3), pp.189–200.
    22. Matlack, G. R., 2001. Factors determining the distribution of soil nematodes in a commercial forest landscape. For Ecol Manage, Vol. 146, pp.129–143.
    23. Collett, N. G., Neumann, F. G., Tolhurst, K. G., 1993. Effects of two short rotation prescribed fires in spring on surface-active arthropods and earthworms in dry sclerophyll eucalypt forest of west-central Victoria. Aust For, vol. 56, pp.49–60.
    24. Neumann, F. G., Tolhurst, K., 1991. Effects of fuel reduction burning on epigeal arthropods and earthworms in dry sclerophyll eucalypt forest of west-central Victoria. Aust J Ecol, Vol. 16, pp.315–330.
    25. McSorley, R., 1993. Short-term effects of fire on the nematode community in a pine forest. Pedobiologia, Vol. 37, pp.39–48.
    26. Dress, W. J., Boerner, R. E. J., 2004. Patterns of microarthropod abundance in oak-hickory ecosystems in relation to prescribed fire and landscape position. Pedobiologia, Vol. 48, pp.1-8.
    27. Jain, T. B., Gould, W. A., Graham, R. T, et al., 2008. A soil burn severity index for understanding soil-fire relations in tropical forests. A Journal of the Human Environment, Vol. 37(7), pp.563-568.
    28. Stoof, C., Wesseling, J., Ritsema, C., Effects of fire and ash on soil water retention. Geoderma. Vol. 159, pp. 276-285.

31. Brady, N. C., 1990. The Nature and Property of Soils. Macmillan Publishing Company, New York. Vol. 31 (2). pp.193-200.