Perdas de matéria orgânica por escorrência superficial pós-fogo

Abstract

Os incêndios florestais são um fenómeno frequente e recorrente nos ecossistemas mediterrânicos. Tem vários impactos ecológicos e ambientais, entre outros pelos seus efeitos de curto e médio prazo sobre as características físicas e químicas do solo como, por exemplo, a quantidade e qualidade da sua matéria orgânica (MO). Os efeitos no solo podem, ainda, aumentar a ocorrência de processos erosivos, levando à perda de um recurso natural que seja pouco renovável. Devido à grande quantidade de carbono (C) armazenado no solo, mesmo pequenas mudanças na MO dos solos poderão ter um efeito significativo sobre os ciclos biogeoquímicos e, consequentemente, sobre o clima global. A erosão do solo, aparte de provocar perdas diretas de MO, aumenta a exposição da MO aos processos de mineralização, o que representa um dos principais fatores de perdas de C da superfície da terra. Embora seja bem documentado que os incêndios podem ter grandes impactos sobre os processos hidrológicos e de erosão, as perdas de MO por escorrencia superficial foram pouco estudadas. O presente trabalho faz parte do projeto FIRECNUTS (PTDC/AGR-CFL/104559/2008), em que um dos objetivos principais é precisamente quantificar estas perdas. As escorrências que correspondem aos maiores eventos de precipitação mensal durante o primeiro ano após incendio foram medidas, colectadas e analisadas em laboratório. Os estudos tiveram também como o objectivo a identificação das variações temporais do teor de C em escoamentos de encostas queimadas e análise de impacto de vários fatores sobre a perda de C em suas diferentes condições bem como a detecção de uma ligação entre as perdas de carbono orgânico (CO), processos hidrológicos em diferentes escalas durante o primeiro ano após o fogo. Para este fim foi seleccionada uma área de floresta de 250 ha que ardeu durante o verão de 2010 no concelho de Sever do Vouga (Região Centro de Portugal) e, dentro desta área, duas as encostas com plantações de Eucalyptus globulus Labill. sobre xisto. Ambas as encostas foram instrumentadas com dois tipos de parcelas de erosão 4 micro-parcelas com 0.25 m² e uma parcela à escala de encosta com 112,47-191,73 m². Para este estudo analisou-se as amostras de escorrência superficial produzida pelo maior evento de precipitaçao de cada mês entre Setembro de 2010 e Setembro de 2011. As amostras recolhidas no campo foram filtrados no laboratório, e o filtro e o filtrado da cada amostra foram analisados separadamente. Para a determinação do CO Total foi utilizado um Analizador TOC-V CPH - Shimadzu, equipado com um amostrador de sólidos SSM-5000A devidamente calibrado. O carbono orgânico dissolvido foi determinado através da oxidação a temperatura elevada (680°C) com catalisador de platina. A amostra foi acidificada com HCl 2N e depois para enfim ocorrer à detecção em um detector dispersivo de infravermelho. O C particulado foi determinado pela oxidação da amostra à temperatura de 900ºC,usando oxigénio ultra puro para obter o produto final CO2. Para determinação de C amostra solida foi acidificada com ácido fosfórico diluído com água ultra pura (1:2, v/v) e aquecida à temperatura de 200°C. As concentrações de C nas escorrências ao longo de estudos variaram entre CO dissolvido (COD)- 1,86 a 114,0 mgLˉ¹; C inorganico dissolvido(CID) - 0,5 a 102,5 mgLˉ¹ e CO particulado (COP) -12,4 a 1328 mg/Lˉ¹ Os resultados obtidos indicam que as ambas de encostas apresentam valores de escorrência e perdas de sedimentos semelhantes aos valores obtidos por outros estudos em áreas ardidas na região de estudo. Em ambas as encostas observou-se mais escorrência e maiores, perdas de sedimentos e de CO à escala de micro-parcela do que de encosta. No entanto, as diferenças entre as duas encostas não eram consistentes às duas escalas. Devido a pouca erosão observada em ambas as encostas nas escorrências após fogo as perdas de COD e COP pequenas. As concentrações de COD bem como de CID apresentaram baixos coeficientes de correlação com as quantidades de precipitação e de escorrência, indicando a importância de outros factores como, por exemplo recuperação da vegetação, humidade do solo, repelência do solo à água que devem ser investigados.

Forest fires are common and regular phenomenon in Mediterranean ecosystems. They cause various short and long-term changes of physical and chemical properties of the soil such as quantity of organic matter (OM) and its quality. The fire can also increase erosion of the soil that leads to loss of non-renewable natural resources. Due to high amount of carbon (C) stored in soil, even slight alterations of OM can affect significantly biogeochemical cycles, hence, affect the whole global climate. Besides that erosion induces direct organic matter loss, increases impact of OM on mineralization which occurs to be the main factor of carbon loss from surface. Much research about negative impact of fires on hydrological processes and erosion has been done, however, there is still little research about loss of organic matter caused by runoffs. This present research is a part of the project FIRECNUTS (PTDC/AGR-CFL/104559/2008). The main aim of the research is to assess qualitatively the loss of organic matter by runoff. To have done so, runoffs that correspond to maximum precipitation rate during the first year after fire were measured, collected and analyzed in laboratory. Research also aimed at identification of temporary variation of carbon content in surface runoff of burnt slopes and at analysis of various factors influencing carbon losses in different conditions as well as detection of connection between organic carbon loss (OC) and hydrological processes on different levels during the first year after the fire. In order to achieve this aim two slopes with eucalyptus plantation located in 250 ha of forest area were chosen for taking measurements. The area was affected by fire during summer 2010 in Ermida, North Vouga (Central region of Portugal). Both slopes were divided into two types of sites for erosion observation. Thus, in total, slopes had four bounded-plotes with 0,25 m² and one site with slope scale ranging from 112,47 until 191,73 m². During this research samples of the runoffs that have occurred after maximum precipitation every month in period from September 2010 until September 2011 were analysed Collected samples were filtered in laboratory and filters from each of the sample were analyzed separately. For determining the Total Organic Carbon Analyzer was used TOC-V CPH - Shimadzu equipped with solid sampler SSM-5000A calibrated. Dissolved organic carbon was determined by oxidation at elevated temperature (680ºC) with platinum catalyst. The sample was acidified with 2N HCl and then finally to occur in a detector to detect dispersive infrared. The carbon particles was determined by oxidation of the sample at a temperature of 900 ° C, using ultra pure oxygen for the final product – CO2. For determination of IC solid sample was acidified with phosphoric acid diluted with ultra pure water (1:2, v / v) and heated at 200ºC. Carbon concentrations in runoffs varied throughout the research. Thus, COD was in 1,86 - 114,0 mg Lˉ ¹ range, CID in 0,5 - 102,5 mg Lˉ ¹ and COP in 12,4 a 1328 mg Lˉ ¹. Results have shown that runoffs from both slopes and precipitation loss were similar to values obtained on different burnt sites of the same region. The greatest runoffs and CO loss were observed on micro-scale of the both slopes, there as the least are observed on slope scale. Nonetheless, differences were still noticeable not only between two slopes, but also between two scales. The loss of dissolved and suspended CO by surface runoffs was insignificant due to not very wide erosion that is observed on both slopes after fire. At the same time, concentration of COD and CID showed small coefficient of correlation with precipitation amount and amount of collected runoff. This indicates the importance of various factors such as temperature, recovery of vegetation, humidity of the soil, soil water repellency that are necessary to be investigated as well.