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dc.contributor.advisorKeizer, Jan Jacobpt
dc.contributor.advisorAbrantes, Nelsonpt
dc.contributor.advisorKowalski, Patrícia Pereirapt
dc.contributor.authorCampos, Isabel Maria Alves Natividadept
dc.date.accessioned2017-12-07T14:31:18Z-
dc.date.available2018-07-20T14:01:03Z-
dc.date.issued2016-06-30-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10773/19163-
dc.descriptionDoutoramento em Ciências do Mar e do Ambientept
dc.description.abstractOs incêndios florestais tornaram-se, nas últimas décadas, uma grande preocupação social e ambiental nas regiões de clima tipo-Mediterrâneo em todo o mundo, incluindo Portugal, devido ao aumento da sua frequência, severidade e extensão de áreas ardidas. Estas preocupações são ainda mais agravadas pelos cenários de alterações climáticas que preveem um aumento das condições propícias à ocorrência de incêndios. Enquanto que os efeitos dos incêndios na vegetação e processos hidrológicos do solo estão bem documentados, o seu impacto na produção e mobilização temporal de contaminantes em cinzas e solos queimados e dos seus efeitos nos sistemas aquáticos a jusante, tem sido pouco estudado. Em particular, a libertação pós-incêndio de metais e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) para o meio ambiente, a qual assume particular preocupação devido à sua toxicidade, persistência e tendência para a bioacumulação, com impactos potencialmente nocivos no ambiente assim como na saúde humana, permanecem uma lacuna importante da investigação. Neste contexto, este trabalho pretende ser um contributo para compreender e avaliar o papel dos incêndios florestais na mobilização temporal de metais e HAPs, assim como dos seus efeitos a jusante. Deste modo, foi adotada uma abordagem integrativa para atingir estes objectivos. Primeiramente, quantificaram-se os níveis de vários metais (V, Mn, Co, Ni, Cu, Cd, Hg e Pb) e de quinze HAPs prioritários, em cinzas e solos não queimados e queimados recolhidos em plantações florestais no Centro-Norte de Portugal. Estas cinzas e solos foram recolhidos imediatamente após o incêndio, assim como quatro (após o primeiro evento de chuva pós-incêndio), oito e quinze meses após o incêndio. Foi também avaliado em que medida o tipo de floresta (plantações de eucalipto versus pinho) refletia os teores de contaminantes nas amostras analisadas. Por fim, foi realizada uma avaliação ecotoxicológica para investigar os efeitos tóxicos das escorrências superficiais recolhidas imediatamente e um ano após o incêndio. Esta avaliação foi efectuada com quatro espécies standard, representando diferentes grupos funcionais e níveis tróficos. De um modo geral, os resultados deste estudo indicaram um aumento consistente dos níveis de metais e HAPs em solos queimados de eucalipto em comparação com os solos de eucalipto não queimados. Estes incrementos apontaram para uma incorporação destes elementos nos solos queimados durante ou após o incêndio. Contrariamente, os resultados mostraram que 30 % do Hg retido nos solos de eucalipto foi libertado pelo incêndio, correspondendo a uma perda de 1.0 - 1.1 g Hg ha-1. Além disso, as cinzas apresentaram-se sempre enriquecidas em metais e HAPs em relação aos solos subjacentes, sugerindo que as concentrações de metais e HAPs na camada superficial do solo foram influenciadas pela deposição das cinzas resultantes do incêndio florestal. Adicionalmente, as cinzas e os solos queimados caracterizaram-se por elevados níveis de HAPs com três e quatro anéis, no entanto, o perfil de composição diferiu entre os solos queimados e não queimados. A distribuição dos HAPs pelo número de anéis e as razões de diagnóstico apontaram para que o incremento de HAPs nos solos queimados tenham sido maioritariamente originados pela queima de biomassa. As cinzas e os solos das encostas de eucalipto apresentaram níveis mais elevados de Hg relativamente às áreas de pinho, enquanto que o oposto se verificou para os teores de Co, Ni e HAPs. O tempo decorrido após o incêndio influenciou o comportamento dos metais e HAPs totais de três modos distintos: diminuição abrupta nas concentrações de Mn, Cd e HAPs após os primeiros eventos de chuva pós-incêndio (quatro meses após o incêndio); aumento dos níveis de V, Ni e Co durante os primeiros oito meses após o incêndio; e os níveis de Cu, Hg e Pb mantiveram-se praticamente inalterados durante todo o período de estudo. Além sido, as cinzas apresentaram picos de concentração em metais e HAPs imediatamente após o incêndio, registando-se uma diminuição brusca quatro meses depois. Esta diminuição poderá estar relacionada com a precipitação intensa ocorrida e a geração de escorrência superficial que terá promovido a lavagem e a lixiviação destes elementos das cinzas e dos solos. As escorrências superficiais apresentaram valores de HAPs significativamente mais elevados (quatro vezes) após o primeiro evento de chuva pós-incêndio do que um ano mais tarde. Do mesmo modo, verificaram-se diferenças na composição em termos de anéis e em termos de HAPs individuais. Ambas as amostras de escorrências superficiais induziram uma redução no crescimento dos dois produtores primários - Pseudokirchneriella subcapitata e Lemna minor – e inibiram a luminescência da bactéria Vibrio fischeri. Contrariamente, o invertebrado - Daphnia magna, não foi significativamente afetado nos respetivos ensaios. Surpreendentemente, a amostra de escorrência superficial recolhida um ano após o incêndio revelou ser a mais tóxica para as espécies estudadas. No geral, o presente trabalho contribui com uma nova perspetiva sobre o papel dos incêndios e as chuvas subsequentes na mobilização de metais e HAPs de solos e cinzas de áreas florestais ardidas, os quais constituem uma importante fonte difusa de poluição. Adicionalmente, este trabalho também enfatiza os riscos apresentados por estes contaminantes para os sistemas aquáticos a jusante, com consequências deletérias em ambas as suas condições química e biológica. Tendo isto em consideração, este estudo poderá ser um ponto de partida para a conceção e implementação de futuros programas de monitorização de áreas ardidas como parte dos planos de gestão pós-incêndio.pt
dc.description.abstractThe increased frequency, severity and extent of wildfires over the past decades have become a major societal and environmental concern in Mediterranean-type climate regions across the world, including Portugal. These concerns are further aggravated by the likely future climate conditions, increasingly propitious to wildfire ignition and spreading. Whilst the impacts of wildfires on vegetation and soil hydrological processes have received considerable research attention, little is known about contaminants in ashes and burnt soils, their production and mobilization with time-since-fire and their off-site effects on aquatic systems. In particular, the fire-induced release of major and trace elements (metals) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) into the environment, which assumes a singular concern due do their toxicity, persistence and tendency to bio-accumulate, with potentially harmful impacts on the environment as well as human health, has been neglected. Hence, the present work aims to be a contribution to understand and evaluate the role of wildfire and time-since-fire in the mobilisation of metals and PAHs and their off-site effects. As a way to fulfil these proposes an integrative approach was adopted. First, the levels of metals (V, Mn, Co, Ni, Cu, Cd, Hg and Pb) and the fifteen priority PAHs were surveyed in ashes and burnt and unburnt soils collected immediately after a wildfire in forest plantations in north-central Portugal, as well as four (after the first post-fire rainfall events), eight and fifteen months later. It was also investigated in what extent the forest type (eucalypt versus pine plantations) constrain the levels of the contaminants. Then, to assess the toxic effects of the surface runoff collected immediately after fire and one year later, an ecotoxicological assessment was performed using four standard species representing different functional groups and trophic levels. In general, results of this study showed a consistent increase in the levels of metals and PAHs in burnt eucalypt soils compared to unburnt eucalypt soils. The inputs of these contaminants point to an incorporation of these elements in burnt soils during or after the fire. However, results showed that 30 % of the Hg retained in the eucalypt soils were released by the wildfire, corresponding to a loss of 1.0-1.1 g Hg ha-1. Moreover, ashes were consistently enriched in metals and in PAHs relatively to the underlying topsoil, suggesting that concentrations of metals and PAHs in topsoil were influenced by the deposition of ash resulting from the wildfire. Additionally, ashes and burnt soils were characterized by higher levels of PAHs with three to four rings, however the homologue profile differed between the unburnt and burnt soils. The PAHs’ composition profile and the isomeric diagnostic ratios indicates that PAHs in forest soils were mainly originated from biomass burning. Ashes and soils from eucalypt hillslopes were consistently enriched in Hg relatively to pine areas, and the opposite was true for Co, Ni and PAHs levels. Time-since-fire has shown to influence metals and PAHs in three different ways: concentrations of Mn, Cd and PAHs declined abruptly after the first rainfall event (four months after the fire); concentrations of V, Ni and Co increased during the first eight months after the fire; and levels of Cu, Hg and Pb hardly changed during the study period. Additionally, ashes also revealed peak concentrations of metals and PAHs immediately after the fire, with a sharply decline four months later. These decreases could be related to the heavy rainfall and subsequent overland flow that have promoted the washout and leaching of these elements from soils and ashes. The total PAHs loads in the runoff samples were markedly higher (four times) following the first rainfall event after the wildfire than one year later and also had noticeably different compositions in terms of ring-based as well as individuals PAHs. Both runoff samples was found to induce significant decreases in the growth of the two primary producers- Pseudokirchneriella subcapitata and Lemna minor- and inhibited the luminescence of the bacteria Vibrio fischeri. Conversely, the invertebrate - Daphnia magna, was not significant affected. Surprisingly, the runoff collected one year after the wildfire has shown to be the most toxic to the tested species. Overall, findings of this study brings a new insight on the role of wildfire and subsequent rainfall in the mobilisation of metals and PAHs in ashes and soils from burnt forest plantations, which constitutes an important source of diffuse pollution. In addition, this study also emphasize the risks posed by these contaminants to downstream water bodies, with deleterious consequences for both chemical and biological conditions. In view of that, this study may be a starting point for design and implement future monitoring programs in burnt areas as part of post-fire management plans.pt
dc.language.isoengpt
dc.publisherUniversidade de Aveiropt
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/SFRH/SFRH%2FBD%2F62327%2F2009/PTpt
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/70968/PTpt
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/104559/PTpt
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/COMPETE/132951/PTpt
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/COMPETE/130902/PTpt
dc.rightsopenAccesspor
dc.subjectCiências do mar e do ambientept
dc.subjectFogos florestaispt
dc.subjectHidrocarbonetos aromáticos policíclicospt
dc.subjectPoluição do solopt
dc.subjectMetaispt
dc.subject.otherForest firespt
dc.subject.otherMetalspt
dc.subject.otherPolycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)pt
dc.subject.otherForest plantationspt
dc.subject.otherSoilspt
dc.subject.otherAshespt
dc.subject.otherRunoffpt
dc.subject.otherEcotoxicological effectspt
dc.subject.otherAquatic speciespt
dc.titleContaminants in ashes and soils following wildfires and their off-site effectspt
dc.title.alternativeContaminantes nas cinzas e solos após incêndios florestais e os seus efeitos a jusantept
dc.typedoctoralThesispt
thesis.degree.leveldoutoramentopt
thesis.degree.grantorUniversidade de Aveiropt
thesis.degree.grantorUniversidade do Portopt
dc.date.embargo2018-06-30T13:00:00Z-
dc.identifier.tid101318383-
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DBio - Teses de doutoramento

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