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Resumen de Efectos a corto y largo plazo del fuego sobre algunas propiedades del suelo. Incendios naturales e incendios experimentales bajo condiciones de campo y laboratorio.

Arturo Pascual Granged

  • Mediante la presente tesis doctoral se ha pretendido realizar un estudio exhaustivo de los efectos a corto y largo plazo de los incendios forestales en las propiedades físicas de los suelos, considerando principalmente los efectos sobre la estabilidad estructural y la repelencia al agua, así como algu ... nas propiedades relacionadas con estos parámetros, como la acidez, el contenido en materia orgánica o la textura. También se ha abordado el estudio de propiedades hidrológicas, como la aparición de vías de flujo preferencial, los cambios en las tasas de escorrentía e infiltración o el incremento del riesgo de erosión. Para ello, se han llevado a cabo estudios tanto bajo condiciones de laboratorio y como de campo (incluyendo el análisis de las consecuencias de incendios forestales y de fuegos experimentales). En el capítulo 4 se analizan los efectos de diferentes intensidades de fuego en las propiedades físico-químicas del suelo tras un incendio experimental realizado en un área bajo bosque de eucalipto cercana al Parque Nacional Namadgi (ACT, Australia). El incendio experimental se llevó a cabo bajo cuatro intensidades diferentes de fuego, lo que se ha logrado mediante la adición de diferentes cantidades de carga de combustible: 0 kg m-2 (control), 2 kg m-2 (baja intensidad de fuego), 4 kg m-2 (la intensidad moderada) y 8 kg m-2 (intensidad alta). Posteriormente se realizó un estudio de los cambios producidos en las propiedades del suelo de manera inmediata, y se llevó a cabo un seguimiento posterior de manera mensual durante un período de 7 meses. De forma general, el promedio de pH se incrementó significativamente con la intensidad del fuego inmediatamente después del fuego, produciéndose una disminución progresiva de los valores iniciales durante el resto del experimento. Los cambios en el pH del suelo en las parcelas quemadas parecen estar causados principalmente por una capa de ceniza de duración efímera, depositada durante la combustión, siendo el tiempo de recuperación relativamente corto. La oxidación completa de la materia orgánica del suelo y la liberación de grandes cantidades de cationes después de la intensidad del fuego también contribuyó al aumento del pH. Durante el estudio se han observado variaciones poco importantes en la textura del suelo, incluso después de la acción del fuego de alta intensidad, aunque el contenido de arcilla sí disminuyó ligeramente durante el período de estudio. Más que a los efectos directos del fuego, es probable que esta pérdida de materiales finos sea debida a los procesos de erosión post-incendio.El papel de la materia orgánica como agente de cementación de los agregados parece ser muy importante después del fuego en este tipo de suelo, ya que los índices de estabilidad de los agregados mostraron buena correlación con el contenido de carbono orgánico. Se observó un incremento de la repelencia al agua en los suelos afectados por fuego de baja intensidad, pero el grado de hidrofobicidad se redujo por debajo del nivel inicial al final del experimento. Sin embargo, la repelencia al agua del suelo fue completamente destruida después de la acción del fuego de intensidad moderada o alta. El grado de persistencia del carácter hidrofílico del suelo tras la destrucción de la repelencia al agua en el suelo podría ser considerado como un índice de severidad de los incendios en este tipo de suelos, ya que es una consecuencia directa de la fuerte reducción del contenido de materia orgánica del suelo. En el capítulo 5 se estudia la respuesta al fuego de suelos bajo brezal mediterráneo. El interés del estudio de estos suelos radica en que a menudo son poco profundos y presentan una baja capacidad de almacenamiento de agua y altos riesgos de erosión, lo que los constituye como casos especialmente frágiles tras la acción del fuego. En este contexto, una frecuencia elevada del régimen de incendios puede afectar negativamente a las propiedades químicas y físicas del suelo. En la actualidad se ha realizado muy escasa investigación sobre las variaciones a largo plazo de las propiedades superficiales del suelo después de la acción del fuego. En este estudio se analiza, por tanto, el impacto de la quema de varias propiedades físicas y químicas, investigadas y monitorizadas durante un período de tres años después de una quema experimental en un área de brezal mediterráneo. Como promedio, el contenido de materia orgánica del suelo después del fuego disminuyó fuertemente, y un año después del fuego no se obsevó ninguna variación substancial, aunque sí aumentó ligeramente durante los dos años siguientes hasta el final de los experimentos. Inmediatamente después del fuego se observó un aumento de la fracción gruesa (arena), mientras que el contenido de arcilla disminuyó fuertemente durante los siguientes 3 años. Como en el caso anterior, se comprobó que esta disminución parece más ligada a los procesos de erosión post-incendio y desprendimiento selectivo de partículas finas que a la acción directa del fuego. Tanto el pH del suelo como la conductividad eléctrica aumentaron de manera efímera, retornando a los valores iniciales tras sólo un año después del fuego. La repelencia al agua del suelo fue destruida en parte por las temperaturas alcanzadas durante la combustión, pero la proporción de muestras repelentes al agua anterior a los incendios se alcanzó sólamente después del primer año. Aunque es posible que parte de los agregados repelentes al agua puedan haber sido eliminados por los procesos erosivos post-incendio, la repelencia al agua también puede considerarse como un atributo natural de estos suelos. La reducción en el contenido de materia orgánica después del fuego y los cambios en la textura y la repelencia al agua ha contribuido a una disminución de la estabilidad de los agregados y a un incremento de la densidad aparente. La repelencia al agua de los suelos afectados por los incendios puede aumentar las tasas de escorrentía y el riesgo de erosión del suelo, afectando a los procesos de infiltración. En el capítulo 6 se analizan de manera específica los cambios producidos por el fuego en la repelencia al agua de suelos forestales y algunas consecuencias hidrológicas de este hecho bajo distintos tipos de vegetación tras uno de los más grandes incendios forestales en España en los últimos años, que afectó a más de 28000 ha de las provincias de Huelva y Sevilla en 2004. Durante este experimento se analizó la distribución vertical de la repelencia al agua del suelo en los primeros centímetros del perfil bajo de encina y el pino, analizando el patrón de infiltración mediante el uso de lluvia simulada (a una intensidad de 85 mm h-1 durante 60 minutos). La generación de escorrentía y la producción de sedimentos también se midieron. Después del fuego, la persistencia de la repelencia al agua en el suelo bajo encinar se incrementó en los primeros 5 cm del suelo, en comparación con el grado de repelencia previa al incendio, pero no se observaron cambios significativos bajo pinar. Después del fuego, la repelencia era más más intensa y el espesor de la capa repelente al agua se incrementó en los primeros 16 cm de suelos bajo pinar. Esta capa de material hidrofóbico fue observada también bajo el encinar, pero con un espesor mucho menor, afectando a una capa de menos de 12 cm (suelos quemados) y 8 cm (suelos no quemados). Se observó la presencia de un frente de mojado uniforme a través de la profundidad tanto en los suelos bajo encinar quemados como en los no quemados, como consecuencia de la infiltración a causa de flujo matricial dominante. En este caso, el agua se almacena principalmente en unos pocos centímetros de la parte superior del perfil, zona que se satura rápidamente, favoreciendo un continuo aumento en la tasa de escorrentía durante los experimentos. Los frentes de mojado bajo pinar mostraron un patrón de infiltración heterogéneo, con morfologías muy irregulares, como resultado de la presencia de volúmenes de suelo humectable y repelente al agua dispuestos en un mosaico tridimensional. En este caso, las tasas de escorrentía en las parcelas quemadas se incrementó en relación a las parcelas sin quemar, pero la generación de escorrentía llegado a un estado de equilibrio después de 25-30 minutos de lluvia simulada con una intensidad de 85 mm h-1. El agua de lluvia simulada se infiltra a través de puntos específicos de la zona encharcada, donde la presión vertical de la columna de agua supera la repelencia al agua. En el capítulo 7 se lleva a cabo el estudio de la hidrofobicidad inducida por el fuego y su relación con la estabilidad estructural en suelos forestales. El grado de repelencia al agua del suelo puede ser modificado después de un incendio tras la combustión de residuos de hojarasca y de la materia orgánica del suelo, y ha sido considerado como la causa de cambios importantes en la respuesta hidrológica de los suelos quemados. La influencia del fuego en la repelencia al agua depende de muchos factores, lo que resulta en patrones diferentes de hidrofobicidad en función, entre otros factores, del tipo de suelo y el grado de repelencia al agua pre-existentes. Los incendios forestales también afectan la estabilidad estructural, debido a la combustión de un agente cementante fundamental como es la materia orgánica del suelo, aunque diversos investigadores han obtenido conclusiones contradictorias en este caso. Además, se sabe que la repelencia al agua en el suelo afecta la estabilidad de los agregados del suelo, lo que contribuye a ralentizar el proceso de humectación. Teniendo en cuenta la necesidad de una mayor investigación en este campo, en este trabajo se analizan las interacciones entre la temperatura de combustión, el contenido de agua del suelo, la repelencia al agua y la estabilidad de los agregados. Para ello se recogieron muestras de suelo bajo bosque de eucalipto en zonas de España, México y Australia, sometiéndolas a tratamientos térmicos de 100-150, 200-250 y 400-450 ° C bajo condiciones secas y húmedas en el laboratorio, analizando posteriormente los perfiles de temperatura y los cambios en la repelencia al agua. Para estudiar los efectos de la temperatura de combustión en la estabilidad estructural, se tomaron muestras homogéneas de suelo superficial (0-5 cm de profundidad) recogidas en cinco parcelas experimentales en el Parque Natural Sierra de Aracena (SO de España), que fueron tratadas a diferentes temperaturas (entre 50 y 400 oC). Los resultados mostraron que la repelencia al agua en el suelo no varió significativamente en muestras sometidas a temperaturas entre 100-150 °C respecto a las muestras control, pero sí se observó que disminuyó considerablemente tras la exposición a temperaturas de 250-300 oC y prácticamente desapareció después de calentamiento a 400-450 °C. La humedad del suelo indujo una disminución del grado de repelencia al agua en las muestras tratadas a 100-150 y 250-300 °C, pero este efecto era insignificante durante la exposición a temperaturas más altas. Los tratamientos térmicos redujeron la estabilidad de agregados de las muestras de suelo, especialmente después de la exposición a temperaturas por encima de 200 oC. Con propósitos comparativos, se llevaron a cabo diferentes métodos de análisis de la repelencia al agua del suelo.


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