Wildfire effects on soil nutrients stocks and exports by overland flow

Abstract

O objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação de perdas de nutrientes após incêndio por escorrência superficial, à escala de microparcela e à escala de encosta (embora de forma limitada) numa área recentemente queimada da região Mediterrânica, fornecendo estimativas das exportações de catiões, azoto e fósforo, num enquadramento paisagístico como este propenso ao fogo. Representa um importante complemento para o até agora modesto número de estudos sobre as perdas de nutrientes pós-fogo por escorrência superficial, realizado na região Mediterrânica, para antecipar os impactos dos incêndios recorrentes na produtividade do solo. Este trabalho é parte do projeto FIRECNUTS (PTDC/AGR-CFL/104559/2008) - efeitos de um incêndio nas reservas de nutrientes, dinâmica e exportações – e lida com estas lacunas de pesquisa, estudando a exportação de nutrientes selecionados (catiões, azoto e fósforo) numa área florestal recentemente queimada, no centro-norte de Portugal (Sever do Vouga). Os objetivos específicos foram comparar as exportações de catiões, assim como de azoto e fósforo nas formas totais e solúveis, principalmente à escala de micro-parcela: (i) para duas das espécies de árvores mais propensas ao fogo, i.e. eucalipto e pinheiro; (ii) para duas das geologias mais comuns na área, i.e. granito e xisto; (iii) para diferentes orientações do declive, i.e. face a norte e face a sul; (iv) com tempo-desde-incêndio durante os meses iniciais após incêndio e durante um período de monitorização mais extenso. As exportações de nutrientes foram particularmente acentuadas nos três meses após o fogo. No entanto, após este período inicial, foram observados também picos nas concentrações de nutrientes, em associação a eventos de precipitação intensa, com diferenças na variação de cada nutriente, e com o declínio das exportações de fósforo a seguir um padrão mais linear com o tempo desde o incêndio. Os resultados deste estudo enfatizaram a importância de uma camada protetora do solo (ou seja, com as agulhas das árvores queimadas de pinheiro) para minimizar a exportação de nutrientes pósfogo. A geologia também foi identificada como uma variável importante na avaliação de riscos de erosão pós-incêndio e na definição de medidas de conservação do solo. A orientação do declive não foi uma variável decisiva neste estudo. Estes resultados mostram também que as escalas de tempo mais amplas são úteis para obter mais conhecimento sobre o ciclo hidrológico dos nutrientes e os complexos processos que ocorrem nas áreas de floresta queimada.

The aim of this work was to perform an evaluation of post-fire nutrient losses by overland flow at micro-plot scale, and at slope scale (although on a limited basis) in a recently burnt Mediterranean area, providing estimates of the range of base cations, nitrogen and phosphorus exports in a fire-prone landscape. It represents an important add-on to the up to now modest number of studies on post-fire nutrient losses by overland flow conducted in the Mediterranean region, for anticipating the impacts of recurrent fires on soil productivity. This work is part of the FIRECNUTS project (PTDC/AGR-CFL/104559/2008) - WildFIRE effects on topsoil Carbon and NUTrient Stocks, dynamics and exports – and addresses these research gaps by studying the export of selected nutrients (base cations, nitrogen and phosphorus) in a recently burnt forest area in northcentral Portugal (Sever do Vouga).The specific objectives were to compare base cations exports together with nitrogen and phosphorus exports in the total and soluble forms by overland flow mainly at the micro-plot scale: (i) for the two predominant and fire-prone forest types in north-central Portugal, i.e. eucalypt and pine plantations; (ii) for the two prevailing parent materials in the region, i.e. granite and schist; (iii) for two different slope aspects, i.e. a slope facing north and a slope facing south; (iv) with time-since-fire during the initial months of the window-ofdisturbance and for an extended monitoring period. In parallel, nitrogen and phosphorus stocks in the topsoil were also compared. Nutrient exports were particularly pronounced in the three months after fire. However, after this initial period, peaks in nutrients concentrations were also observed in association to intense rainfall events, with differences in the variation of each nutrient, with phosphorus exports decline following a more straightforward pattern with time since fire. The results of this study emphasized the importance of a protective soil layer (i.e. of scorched pine needle) for minimizing post-fire nutrient export. Parent material was also found to be an important variable when assessing post-fire erosion risks and defining soil conservation measures. Slope aspect was not a decisive variable in his study. These results also show that broader time scales are useful to gain insight into the hydrological and nutrient cycle complex processes in burnt forest areas.