Введение

toxreview

Токсикологический вестник

Toxicological Review

0869-79223034-4611

Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman

10.47470/0869-7922-2023-31-5-304-312

nlmbzy

toxreview-759

Research Article

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

ECOLOGICAL TOXICOLOGY

Влияние дыма лесных пожаров на снижение биоразнообразия и функциональное состояние живых организмов (обзор литературы)

Influence of forest fire smoke on the decline of biodiversity and the state of living organisms (literary review)

https://orcid.org/0000-0002-3709-8676

Андреева

Елизавета Сергеевна

Andreeva

Elizaveta S.

Младший научный сотрудник ФГБНУ «ВСИМЭИ», 665827, г. Ангарск, Российская Федерация.

e-mail: liza.2995@mail.ru

Junior Researcher at the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, 665827, Angarsk, Russian Federation.

e-mail: liza.2995@mail.ru

liza.2995@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-8165-8052

Вокина

Вера Александровна

Vokina

Vera A.

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, г. Ангарск.

e-mail: vokina.vera@gmail.com

vokina.vera@gmail.com

ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»РоссияEast-Siberian Institute of Medical and Ecological ResearchRussian Federation

2023

13112023

315304312

2023

Андреева Е.С., Вокина В.А.

Andreeva E.S., Vokina V.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.toxreview.ru/jour/article/view/759

Введение

Введение. Актуальность данной работы обусловлена растущей экологической проблемой, связанной с масштабными лесными пожарами и недостаточной изученностью выживания, адаптации и размножения животных после продолжительного воздействия вредных компонентов дыма.

Цель обзора — сбор и анализ информации о загрязнённости окружающей среды вследствие задымления от лесных пожаров и их воздействие на животных, находящихся в зоне задымления.

Материал и методы

Материал и методы. Материалом для анализа послужили источники литературы, опубликованные за период до 2022 г. в изданиях, индексируемых в базах научных данных Scopus, Web of Science, Publons, Springer, PubMed, включающих работы отечественных и зарубежных учёных-исследователей по этой тематике.

Результаты

Результаты. При возникновении лесных пожаров в окружающую среду выделяется смесь газообразных соединений, содержащая ультрадисперсные твёрдые частицы, угарный газ, озон, полициклические ароматические углеводороды, диоксиды азота и серы, альдегиды, хлорированные диоксины, свободные радикалы и многие другие соединения. При этом существенный ущерб наносится широкому биоразнообразию животного мира, который является крайне важным индикаторным звеном практически любого биоценоза.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Результаты исследования могут быть экстраполированы только на популяции животных, находящихся в зоне задымления от лесных пожаров.

Заключение

Заключение. Увеличение масштабных задымлений всё больше приводит к риску исчезновения диких животных, испытывающих воздействие высоких концентраций токсичных компонентов дыма. Необходимо постоянное поддержание и восстановление биотического потенциала популяций исчезающих видов животных в лесных экосистемах, а также более глубокое изучение механизмов возникновения опасных для организма животных последствий при воздействии дыма лесных пожаров.

Участие авторов

Участие авторов:Андреева Е.С. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование;Вокина В.А. — сбор и обработка материала, написание текста.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование

Финансирование. Работа выполнялась по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила в редакцию

Поступила в редакцию: 26 июня 2023 / Принята к печати: 19 октября 2023 / Опубликована: 30 октября 2023

Introduction

Introduction. The relevance of this work is due to the growing environmental problem associated with large-scale forest fires and insufficient knowledge of the survival, adaptation and reproduction of animals after prolonged exposure to harmful smoke components.

The aim of the review is to collect and analyze information on environmental pollution due to smoke from forest fires and their impact on animals in the smoke zone.

Material and methods

Material and methods. The material for the analysis was the literature sources published for the period up to 2022, in publications indexed in the Scopus, Web of Science, Publons, Springer, PubMed databases, including domestic and foreign research scientists on this topic.

Results

Results. When forest fires occur, a mixture of gaseous compounds is released into the environment, containing ultrafine solid particles, carbon monoxide, ozone, polycyclic aromatic hydrocarbons, nitrogen and sulfur dioxide, aldehydes, chlorinated dioxins, free radicals and many other compounds. At the same time, significant damage is caused to a wide biodiversity of the animal world, which is an extremely important indicator link in almost any biocenosis.

Conclusions

Conclusions. The increase in large-scale smoke is increasingly leading to the risk of extinction of wildlife exposed to high concentrations of toxic components of smoke. It is necessary to constantly maintain and restore the biotic potential of populations of endangered species in forest ecosystems, as well as a deeper study of the mechanisms of the occurrence of consequences that are dangerous for the animal organism when exposed to forest fire smoke.

Contribution of the authors:Andreeva E.S. — concept and design of the study, writing text, editing;Vokina V.A. — collection and processing of the material, writing text.All co-authors — approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.

Funding

Funding. The work was carried out according to the plan of research work within the framework of the state assignment.

Received

Received: June 26, 2023 / Accepted: October 19, 2023 / Published: October 30, 2023

дым лесных пожаровбиоразнообразиеэкологические сообществаобзор литературы

wildfire smokebiodiversityecological communitiesreview

References1

Balmes J.R. The Changing Nature of Wildfires. Clin. Chest. Med. 2020; 41(4): 771–6. https://doi.org/10.1016/j.ccm.2020.08.006

Yao J., Brauer M., Wei J., McGrail K.M., Johnston F.H., Henderson SB. Sub-Daily Exposure to Fine Particulate Matter and Ambulance Dispatches during Wildfire Seasons: A Case-Crossover Study in British Columbia, Canada. Environ. Health Persp. 2020; 128(6): 067006. https://doi.org/10.1289/EHP5792

Silvestro R., Saulino L., Cavallo C., Allevato E., Pindozzi S., Cervelli E., Conti P., Mazzoleni S., Saracino A. The Footprint of Wildfires on Mediterranean Forest Ecosystem Services in Vesuvius National Park. Fire. 2021; 4(4): 95. https://doi.org/10.3390/fire4040095

Magzamen S., Gan R.W., Liu J., O’Dell K., Ford B., Berg K., et al. Differential cardiopulmonary health impacts of local and long-range transport of wildfire smoke. GeoHealth. 2021; 5(3): e2020GH000330. https://doi.org/10.1029/2020GH000330

Adame J.A., Lope L., Hidalgo P.J., Sorribas M., Gutiérrez-Álvarez .I, Águila A., et al. Study of the exceptional meteorological conditions, trace gases and particulate matter measured during the 2017 forest fire in Doñana Natural Park, Spain. Sci. Total Environ. 2018; 645: 710–20. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.181

Kondo M.C., De Roos A.J., White L.S., Heilman W.E., Mockrin M.H., Gross-Davis C.A., Burstyn I. Meta-Analysis of Heterogeneity in the Effects of Wildfire Smoke Exposure on Respiratory Health in North America. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16(6): 960. https://doi.org/10.3390/ijerph16060960

O’Neill S.M., Diao M., Raffuse S., Al-Hamdan M., Barik M., Jia Y., et al. A multi-analysis approach for estimating regional health impacts from the 2017 Northern California wildfires. J. Air Waste Manag. Assoc. 2021; 71(7): 791–814. https://doi.org/10.1080/10962247.2021.1891994

San-Miguel-Ayanz, Durrant J., Boca T., Maianti R., Liberta P., Artes-Vivancos G., et al. Forest fires in Europe, Middle East and North Africa 2020. Publications office of the European Union, Luxembourg. EUR 30862 EN, 2021. https://doi.org/10.2760/216466

Лупян Е.А., Барталев С.А., Балашов И.В., Егоров В.А., Ершов Д.В., Кобец Д.А., и др. Спутниковый мониторинг лесных пожаров в 21 веке на территории Российской Федерации (цифры и факты по данным детектирования активного горения). Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017; 14(6): 158–75. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-6-158-175

Lupyan E.A., Bartalev S.A., Balashov I.V., Egorov V.A., Ershov D.V., Kobec D.A., et al. Satellite monitoring of forest fires in the 21st century on the territory of the Russian Federation (figures and facts based on active gorenje detection data). Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2017; 14(6): 158–75. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-6-158-175 (In Russian)

Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2019 году». Иркутск: ООО «Мегапринт»; 2020.

State Report “On the state and environmental protection of the Irkutsk region in 2019” [Gosudarstvenny`j doklad “O sostoyanii i ob oxrane okruzhayushhej sredy` Irkutskoj oblasti v 2019 godu”]. Irkutsk: ООО «Megaprint»; 2020: 314. (In Russian)

Харук В.И., Пономарев Е.И. Пространственно-временные характеристики частоты и относительной площади лесных пожаров в лиственничных лесах Центральной Сибири. Российский экологический журнал. 2017; 48: 507–12. https://doi.org/10.1134/S1067413617060042

Haruk V.I., Ponomarev E.I. Spatial and temporal characteristics of the frequency and relative area of forest fires in the larch forests of Central Siberia. Rossijskij ekologicheskij zhurnal. 2017; 48: 507–12. https://doi.org/10.1134/S1067413617060042 (In Russian)

Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем Востоке [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://fires-dv.kosmosnimki.ru (дата обращения: 9.09.2022).

Satellite monitoring of fires in the Far East [Sputnikovy`j monitoring pozharov na Dal`nem Vostoke] (Electronic resource). Access mode: https://fires-dv.kosmosnimki.ru (date of application: 9.09.2022) (In Russian)

Федеральное агентство лесного хозяйства [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aviales.ru (дата обращения: 9.09.2022).

Federal Forestry Agency [Electronic resource]. Access mode: https://aviales.ru (date of application: 9.09.2022) (In Russian)

Stephens S., Collins B.M., Fettig C.J., Finney M.A., Hoffman C.M., Knapp E.E., et al. Drought, tree mortality, and wildfire in forests adapted to frequent fire. BioScience. 2018; 68(2): 77–88. https://doi.org/10.1093/biosci/bix146

Hood S., Sala A., Heyerdahl E.K., Boutin M. Low-severity fire increases tree defense against bark beetle attacks. Ecology. 2015; 96(7): 1846–55. https://doi.org/10.1890/14-0487.1

Zhao-Hua L., Ling M., Qing-Xi G. Concepts of keystone species and species importance in ecology. Journal of Forest Research. 2001; 12(4): 250–2. https://doi.org/10.1007/BF02856717

Алейников А.А., Тюрин А.В., Симакин Л.В., Ефименко А.С., Лазников А.А. История пожаров в темнохвойных лесах Печоро-Илычского заповедника со второй половины XIX в. по настоящее время. Сибирский лесной журнал. 2015; (6): 31–42.

Alejnikov A.A., Tyurin A.V., Simakin L.V., Efimenko A.S., Laznikov A.A. The history of fires in the dark coniferous forests of the Pechora-Ilych Reserve from the second half of the XIX century to the present. Sibirskij lesnoj zhurnal. 2015; (6): 31–42. https://doi.org/10.15372/SJFS20150603 (In Russian)

Keeley J.E., Fotheringham C.J. History and Management of Crown-Fire Ecosystems: A Summary and Response. Conservation Biology. 2001; 15(6): 1561–7.

Цветков П.А. Пирогенные свойства древесных пород. Лесоведение. 2011; (2): 25–31. https://doi.org/10.15372/SJFS20150603

Cvetkov P.A. Pyrogenic properties of wood species. Lesovedenie. 2011; (2): 25–31. (in Russian)

Hovick T.J., McGranahan D.A., Elmore R.D., Weir J.R., Fuhlendorf S.D. Pyric‐carnivory: Raptor use of prescribed fires. Ecol Evol. 2017; (7): 9144–50.

Цветков П.А. О последствиях лесных пожаров в Сибири. Хвойные бореальной зоны. 2013; 31(5–6): 10–4.

Cvetkov P.A. About the consequences of forest fires in Siberia. Hvojnye boreal’noj zony. 2013; 31(5–6): 10–4. (In Russian)

Dennekamp M., Abramson M.J. The effects of bushfire smoke on respiratory health. Respirology. 2011; 16(2): 198–209. https://doi.org/10.1111/j.1440-1843.2010.01868.x

Sapkota A., Symons J.M., Kleissl J., Wang L., Parlange M.B., Ondov J., et al. Impact of the 2002 Canadian forest fires on particulate matter air quality in Baltimore city. Environ. Sci. Technol. 2005; 39(1): 24–32. https://doi.org/10.1021/es035311z

Tomshin O., Solovyev V. Features of the Extreme Fire Season of 2021 in Yakutia (Eastern Siberia) and Heavy Air Pollution Caused by Biomass Burning. Remote Sensing. 2022; 14(19): 4980. https://doi.org/10.3390/rs14194980

Wohlsein P., Peters M., Schulze C., Baumgärtner W. Thermal injuries in veterinary forensic pathology. Veterin. Pathol. 2016; 53(5): 1001–17. https://doi.org/10.1177/03009858166433682016

Reid J.S., Koppmann R., Eck T.F., Eleuterio D.P. A review of biomass burning emissions part II: intensive physical properties of biomass burning particles. Atmos. Chem. Phys. 2005; 5(3): 799–825. https://doi.org/10.5194/acp-5-799-2005

Monroe M.C., Watts A.C., Kobziar L.N. Where there’s fire, there’s smoke: air quality & prescribed burning in Florida. Gainesville, FL, USA: IFAS Extension University of Florida, 1999.

Alman B.L., Pfister G., Hao H., Stowell J., Hu X., Liu Y., et al. The association of wildfire smoke with respiratory and cardiovascular emergency department visits in Colorado in 2012: a case crossover study. Environ Health. 2016; 15(64). https://doi.org/10.1186/s12940-016-0146-8

Phuleria H.C., Fine P.M., Zhu Y. Air quality impacts of the October 2003 Southern California wildfires. J. Geophys. Res. 2005; 110(7): 1–11. https://doi.org/10.1029/2004jd004626

Wegesser T.C., Pinkerton K.E., Last J.A. California Wildfires of 2008: Coarse and Fine Particulate Matter Toxicity. Environ Health Perspect. 2009; 117(6): 893–7. https://doi.org/10.1289/ehp.0800166

Zayakhanov A.S., Zhamsueva G.S., Tcydypov V.V., Balzhanov T.S., Dementeva A.L., Khodzher T.V. Investigation of Transport and Transformation of Tropospheric Ozone in Terrestrial Ecosystems of the Coastal Zone of Lake Baikal. Atmosphere. 2019; 10(12): 739. https://doi.org/10.3390/atmos10120739

Khodzher T.V., Zagaynov V.A., Lushnikov A.A., Chausov V.D., Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., et al. Study of aerosol nano- and submicron particle compositions in the atmosphere of lake Baikal during natural fire events and their interaction with water surface. Water Air Soil Pollut. 2021; 232: 266. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05237-6

Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Цыдыпов В.В., Бальжанов Т.С. Влияние динамических процессов на вариации озона и других малых газовых примесей вблизи береговой зоны озера Байкал. Оптика атмосферы и океана. 2015; 28(6): 505–11. https://doi.org/10.15372/AOO20150602

Zayakhanov A.S., Zhamsueva G.S., Tcydypov V.V., Balzhanov T.S., Dementeva A.L., Khodzher T.V. Investigation of Transport and Transformation of Tropospheric Ozone in Terrestrial Ecosystems of the Coastal Zone of Lake Baikal. Optika Atmosphery i Okeana. 2019; 10(12): 739. https://doi.org/10.3390/atmos10120739 (In Russian)

Zhamsueva G., Zayakhanov A., Tcydypov V., Dementeva A., Balzhanov T. Spatial-temporal variability of small gas impurities over lake baikal during the forest fires in the summer of 2019. Atmosphere. 2021; 12(1): 20. https://doi.org/10.3390/atmos12010020

Zhamsueva G., Zayakhanov A., Khodzher T., Tcydypov V., Balzhanov T., Dementeva A. Studies of the Dispersed Composition of Atmospheric Aerosol and Its Relationship with Small Gas Impurities in the Near-Water Layer of Lake Baikal Based on the Results of Ship Measurements in the Summer of 2020. Atmosphere. 2022; 13(1): 139. https://doi.org//10.3390/atmos13010139

Дыржинов Ж.Д., Гынинова А.Б. Почвы сосновых боров Селенгинского дельтового района и их трансформации под влиянием пожаров. Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». 2014; 9: 95–104.

Dyrzhinov Z.H.D., Gyninova A.B. Soils of pine forests of the Selenginsky delta region and their transformation under the influence of fires. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Biologiya. Ekologiya». 2014; 9: 95–104. (In Russian)

Белых Л.И., Терентьев Е.С. Опасность лесных пожаров для охотничье-промысловых животных на территории Ольхонского района Иркутской области. XXI век. Техносферная безопасность. 2019; 4(3): 268–82. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-268-282

Belyh L.I., Terent’ev E.S. Danger of forest fires for hunting and commercial animals on the territory of the Olkhonsky district of the Irkutsk region. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost’. 2019; 4(3): 268–82. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-268-282 (in Russian)

Белых Л.И., Садовская Е.А. Влияние лесных пожаров на численность популяций охотничьей фауны на территории Иркутской области. XXI век. Техносферная безопасность. 2021; 6(1): 9–28. https://doi.org/0.21285/2500-1582-2021-1-9-28

Belyh L.I., Sadovskaya E.A. The impact of forest fires on the number of hunting fauna populations in the Irkutsk region. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost’. 2021; 6(1): 9–28. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2021-1-9-28 (In Russian)

Lee B.P.Y.-H., Davies Z.G., Struebig M.J. Smoke pollution disrupted biodiversity during the 2015 El Niño fires in Southeast Asia. Environ. Res. Lett. 2017; 12(9): 1–7. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa87ed

Erb W.M., Barrow E.J., Hofner A.N., Utami-Atmoko S.S., Vogel E.R. Wildfire smoke impacts activity and energetics of wild Bornean orangutans. Scientific Reports. 2018; 8: 7606. https://doi.org/10.1038/s41598-018-25847-1

Rappaport D.I., Swain A., Fagan W.F., Dubayah R., Morton D.C. Animal soundscapes reveal key markers of Amazon forest degradation from fire and logging. Ecology. 2022; 119(18): e2102878119. https://doi.org/10.1073/pnas.2102878119

Brown R.E., Brain J.D., Wang N. The avian respiratory system: a unique model for studies of respiratory toxicosis and for monitoring air quality. Environ. Health Perspect. 1997; 105(2): 188–200. https://doi.org/10.1289/ehp.97105188

Matthews J.K., Stawski C., Körtner G., Parker C.A., Geiser F. Torpor and basking after a severe wildfire: mammalian survival strategies in a scorched landscape. J. Comp. Physiol. 2017; 187: 385–93. https://doi.org/10.1007/s00360-016-1039-4

Sanderfoot O.V., Gardner B. Wildfire smoke affects detection of birds in Washington State. Ornithological Applications. 2021; 123(3): 1–14. https://doi.org/10.1093/ornithapp/duab028

Yang D., Yang A., Yang J., Xu R., Qiu H. Unprecedented migratory bird die-off: a citizen-based analysis on the spatiotemporal patterns of mass mortality events in the western United States. Geo Health. 2021; 5(4): e2021GH000395. https://doi.org/10.1029/2021GH000395

Venn-Watson S., Smith C.R., Jensen E.D., Rowles T. Assessing the potential health impacts of the 2003 and 2007 firestorms on bottlenose dolphins Tursiops truncatus in San Diego Bay. Inhalation Toxicology. 2013; 25: 481–91. https://doi.org/10.3109/08958378.2013.804611

Black C., Gerriets J.E., Fontaine J.H., Harper R.W., Kenyon N.J., Tablin F., et al. Early life wildfire smoke exposure is associated with immune dysregulation and lung function decrements in adolescence. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2017; 56(5): 657–66. https://doi.org/10.1165/rcmb.2016-0380OC

Willson B.E., Gee N.A., Willits N.H., Lie L., Zhang Q., Pinkerton K.E., et al. Effects of the 2018 camp fire on birth outcomes in non-human primates: case-control study. Reprod. Toxicol. 2021; 105: 128–35. https://doi.org/10.1016/j.reprotox.2021.08.005

Capitanio J.P., Del Rosso L.A., Gee N., Lasley B.L., Commun N. Adverse biobehavioral effects in infants resulting from pregnant rhesus macaques’ exposure to wildfire smoke. 2022; 13: 1774. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29436-9

Anderson A., Rezamand P., Skibiel A.L. Effects of wildfire smoke exposure on innate immunity, metabolism, and milk production in lactating dairy cows. Journal of Dairy Science. 2022; 105(8): 7047–60. https://doi.org/10.3168/jds.2022-22135

Sosedova L.M., Vokina V.A., Novikov M.A., Zhurba O.M., Alekseenko A.N., Rukavishnikov V.S., et al. Paternal biomass smoke exposure in rats produces behavioral and cognitive alterations in the offspring. Toxics. 2021; 9(1): 1–11. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-11-1224-1228

The authors declare that there are no conflicts of interest present.