Impact of thermal shock on forest soils affected by fires of different severity and recurrence

• Autores: Alba Lombao, Ana Isabel Barreiro Buján, José Javier Cancelo González, Angela Martín Jiménez, Montserrat Díaz Raviña
• Localización: Spanish Journal of Soil Science: SJSS, ISSN-e 2253-6574, Vol. 5, Nº. 2, 2015, págs. 165-179
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Impacto de tratamentos térmicos en solos florestais afetados por incêndios de diferente severidade e recorrência
  • Impacto de choques térmicos sobre suelos forestales afectados por incendios de diferente severidad y recurrencia
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• Resumen
  • español

    Se realizaron, en condiciones de laboratorio, diversos tratamientos térmicos con muestras no quemadas y quemadas de dos suelos afectados por incendios de alta y baja severidad con el fin de determinar su impacto sobre ecosistemas forestales con diferente régimen del fuego (severidad y recurrencia). Las muestras se quemaron en una mufla durante 15 minutos a 50 ºC, 75 ºC, 100 ºC, 125 ºC, 150 ºC, 175 ºC, 200 ºC y 300 ºC para simular diferentes intensidades del fuego; tras un mes de incubación de las muestras quemadas rehumectadas, se procedió a una segunda quema para simular la recurrencia del fuego. Se midió la temperatura del suelo con termopares en la superficie y a 1 cm de profundidad y, a partir de las curvas de temperatura-tiempo, se calcularon la temperatura máxima alcanzada (Tmax) y la cantidad de calor suministrada a la muestra (grados-hora, GH). Se analizaron un total de 128 curvas de temperatura-tiempo (4 muestras de suelo x 8 temperaturas de calentamiento x 2 profundidades x 2 tratamientos térmicos consecutivos) y se realizó la caracterización física y química (color, humedad,  pH, C total, N total, C soluble en agua) de las muestras de suelo sometidas a los diferentes tratamientos térmicos. Las propiedades físicas y químicas experimentaron cambios significativos como consecuencia del incendio de alta intensidad y no se detectaron variaciones tras el impacto del incendio de baja severidad y del quemado del suelo en condiciones de laboratorio. Las propiedades térmicas mostraron una mayor sensibilidad que las propiedades físicas y químicas para detectar el impacto del régimen del fuego. Los resultados obtenidos demostraron que las curvas de temperatura-tiempo y los parámetros derivados (pendiente, Tmax, GH) pueden usarse satisfactoriamente para cuantificar el impacto del tratamiento térmico a bajas y altas temperaturas y para evaluar el efecto de la recurrencia del fuego/calentamiento en los ecosistemas forestales. 

  • English

    Thermal treatments in the laboratory were conducted using unburned and burned samples of two soils affected by low- or high severity fires in order to study their impact on forests ecosystems with different fire regimes (severity, recurrence). Soils samples were heated in a furnace for 15 minutes at 50 ºC, 75 ºC, 100 ºC, 125 ºC, 150 ºC, 175 ºC, 200 ºC and 300 ºC to simulate different fire intensities; the process was repeated after a 1 month incubation of the burned, rewetted samples in order to simulate fire recurrence. The soil temperature was measured with thermocouples at the surface and 1 cm depth. The maximum temperature reached (Tmax) and the amount of heat supplied to the samples (degree-hour, DH) were calculated from the temperature-time curves. A total of 128 temperature-time curves (4 soil field samples x 8 heating temperatures x 2 depths x 2 successive heat treatments) were analyzed and the estimation of several soil physical and chemical properties (color, moisture content, pH, total C, total N, soluble C) was carried out in the different soil treatments. High-severity burning provoked significant changes on these physical and chemical properties, whereas slight modifications or even no changes were due to low-severity burning or soil heating under laboratory conditions. The thermal properties exhibited a higher sensitivity for the detection of the fire regime impact than the physical and chemical properties. The results showed that the temperature-time curves and derived parameters (slope, Tmax, DH) can be successfully used to quantify the impact of thermal shocks at low and high temperatures and to evaluate the effect of fire/heating recurrence on forests ecosystems.

  • português

    Realizaram-se ensaios de laboratório com diferentes tratamentos térmicos em amostras queimadas e não queimadas de dois solos afetados por incêndios de alta e baixa severidade, para determinar o seu impacto em ecossitemas florestais sob diferente regime de fogo (severidade e recorrência). As amostras queimaram-se na mufla durante 15 minutos a 50ºC, 75ºC, 100ºC, 125ºC, 150ºC, 175ºC, 200ºC e 300ºC com o objectivo de simular diferentes intensidades de queima; após de um mês de incubação das amostras queimadas e umedecidas, foi feita uma segunda queima para simular a recorrência do fogo. A temperatura do solo foi medida com termopares na camada superior e a 1 cm de profundidade. A partir das curvas de temperatura-tempo, foi calculada a temperatura máxima alcançada (Tmax) e a quantidade de calor fornecida (graus-hora, DH). Analisaram-se um total de 128 curvas de temperatura-tempo (4 amostras de solo x 8 temperaturas de aquecimento x 2 profundidades x 2 tratamentos térmicos subsecutivos) e caracterizaram-se as propriedades físicas e químicas (color, umidade, pH, C total, N total, C solúvel em agua) das amostras de solo submetidas aos diferentes tratamentos térmicos. As propriedades físicas e químicas apresentaram alterações significativas com respeito à queima de alta intensidade e não foram detectadas variações após o impacto da queima de baixa severidade e também não no que diz respeito ao aquecimento do solo em condições de laboratório. As propriedades térmicas mostraram uma maior sensibilidade que as propriedades físicas e químicas para a deteccão do impacto do regime do fogo. Os resultados obtidos mostram que as curvas de temperatura-tempo e os parâmetros derivados (pendente, Tmax, DH) podem ser utilizados satisfatoriamente para a quantifição do impacto do tratamento térmico a baixas e altas temperaturas, e para avaliar o efeito da recorrência do fogo/aquecimento nos ecossistemas florestais.