Имеющее место при верховых и низовых пожарах сгорание травяно-мохового покрова, лесной подстилки, почвенного перегноя, а на заболоченных почвах торфянистого слоя вносит существенные изменения в биологический круговорот элементов под пологом леса. Эти изменения заключаются в единовременном освобождении из сгорающих органических веществ заключенных в них зольных элементов, улетучивании в атмосферу содержавшихся в этом органическом веществе углерода, азота и в какой-то части серы, фосфора, калия.
Потери органического углерода при полном сгорании травяно-мохового покрова и лесной подстилки составляют примерно 5—20 т/га, потери азота 1—1,5 т/га. Труднее определить потери С и N при сгорании части перегноя, поскольку изменчива мощность сгорающего слоя. Если принять, что сгорает слой примерно в 1—2 см, то потери углерода могут составить примерно 1,5—4 ц/га, азота 0,1—0,2 ц/га. Еще большие потери имеют место при верховых пожарах. Так, в надземной части (ствол, ветви, хвоя) 100-летнего сосняка I бонитета содержится азота около 3 ц/га, а ельника 5 ц/га. Возможные потери серы, фосфора, калия не исследованы.
Существенное значение имеет единовременное освобождение заключенных в сгорающих растительных материалах зольных элементов, которые освобождаются преимущественно в форме карбонатов и сульфатов, обладающих значительной растворимостью. В условиях сравнительно медленного восстановления растительного покрова на гарях это создает опасность вымывания и вовлечения в большой геологический круговорот значительной части образуемых растворимых солей. Особенно велика эта опасность при повальных пожарах, когда происходит гибель древостоя, а следовательно, резко сокращается вовлечение элементов в биологический круговорот.
Сгорание подстилко-мохового покрова оказывает многостороннее влияние на физические свойства почв. Во-первых, подстилко-моховой покров представляет своего рода биологический фильтр, который препятствует проникновению в лежащие ниже слои почвы более богатого кислородом атмосферного воздуха. Биологические процессы, протекавшие в слое ферментации и грубоперегнойном слое лесной подстилки, существенно обедняют проходящий через них при газообмене воздух кислородом. Поэтому можно полагать, что сгорание подстилко-мохового покрова должно повышать аэрацию почвы, способствовать развитию окислительных процессов. С количественной стороны влияние лесных пожаров еще не изучено.
В то же время лишенный защитного действия лесной подстилки поверхностный слой почвы под влиянием ударов дождевых капель утрачивает пористость и заиливается. Это приводит к уменьшению размера действующей скважности, а следовательно, снижению водопроницаемости и воздухообмена. В почвах, обладающих структурным мелкокомковатым перегнойным слоем, сгорание перегноя должно приводить к обесструктуриванию. Непосредственные опыты К. К. Гедройца показали, что разрушение почвенного перегноя путем обработки перекисью водорода приводит к распаду структурных отдельностей. В том же направлении должно влиять и сжигание почвенного перегноя при лесных пожарах.
В лесоводственной литературе имеются указания, что под влиянием лесных пожаров происходит спекание или сплавление минеральных частиц верхнего слоя почвы. Экспериментальных данных, подтверждающих это явление, нам не удалось найти.
В. З. Гулисашвили наблюдал заметное в (2,5 раза) увеличение плотности почвы под влиянием воздействия на нее огня.
Л. С. Азмайпарашвили изучал изменение под влиянием лесных пожаров физических свойств и водопроницаемости суглинистых горнолесных почв Закавказья (Боржомо-Бакурианский район и Верхняя Сванетия). Исследования Л. С. Азмайпарашвили показали уменьшение общей, капиллярной и некапиллярной скважности на гарях. Особый интерес представляют сообщаемые им данные о резком снижении водопроницаемости почв гарей.
Различная скорость впитывания верхним слоем почв столба воды высотой 100 мм
Полученные данные показывают резкое снижение скорости поглощения почвой воды под влиянием лесных пожаров.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что лесные пожары приводят к увеличению плотности верхнего слоя почвы, снижению общей скважности, влагоемкости, воздухоемкости и водопроницаемости на суглинистых почвах. На супесчаных почвах существенных изменений не было обнаружено.
В. З. Гулисашвили, используя плотномер Пухнера, подтвердил увеличение плотности верхнего слоя почвы после пожара. Почва гари имела плотность примерно в 2,5 раза большую, чем почва, не испытавшая действия огня. Нагрузка, необходимая для вдавливания в почву клина, на обожженной почве составила 5,1 кг/см, а на контрольной — 2,3 кг/см.