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PROYECTO FIN DE MASTER: VARIACIONES EN PROFUNDIDAD DE LAS PROPIEDADES DE UN SUELO YESOSO FORESTAL BAJO QUEMA CONTROLADA. Master en Iniciación a la Investigación en Ciencias Agrarias y del Medio Natural Autora: María Conesa Puente. Director: David Badía Villas. 30 Noviembre 2012 Escuela politécnica Superior de Huesca. Universidad de Zaragoza María Conesa Puente 2 ÍNDICE GENERAL 1. Introducción 8 1.1. Problemática de los incendios 10 1.2. Efecto del fuego sobre las propiedades del suelo. 12 1.3. Contextualización 17 2. Objetivos 18 3. Metodología 20 3.1. Localización del área de estudio 21 3.2. Quema de suelos 24 3.3. Descripción de los métodos 29 3.3.1. Color 29 3.3.2. Hidrofobicidad 31 3.3.3. Densidad Aparente 32 3.3.4. Estabilidad estructural 33 3.3.5. Materia orgánica 36 3.3.6. Carbono pirolizado 37 3.4. Análisis estadístico 37 4. Resultados y discusión 39 4.1. Color 41 4.2. Hidrofobicidad 43 4.3. Densidad aparente 46 4.4. Estabilidad estructural 47 4.5. Carbono orgánico 51 María Conesa Puente 3 4.6. Carbono pirolizado 52 4.7. Carbono inorgánico 53 4.8. Relación entre parámetros 54 5. Conclusiones generales 56 6. Referencias bibliográficas 59 7. Resumen 72 8. Anexos 74 8.1. Temperaturas alcanzadas 75 8.1.1. Temperaturas alcanzadas bloque 1 75 8.1.2. Temperaturas alcanzadas bloque 2 77 8.1.3. Temperaturas alcanzadas bloque 3 79 8.2. Evolución logarítmica de la hidrofobicidad 81 8.3. Densidad Aparente 90 8.4. Elementos gruesos 91 8.5. Estabilidad estructural 92 8.6. Resultados TOC 95 8.7. Gráficas de los resultados obtenidos 96 8.8. Gráficas resumen datos 102 María Conesa Puente 4 ÍNDICE FIGURAS Figura 1 : Localización de la zona de e xtracción de los bloques 22 Figura 2: Mapa de España y emplazamiento de la zona de estudio dónde se realizó el muestreo 22 Figura 3: Temperaturas registradas en monolitos de suelo bajo quema controlada 25 Figura 4 : Esquema del equipo utilizado para el t ratamiento de la quema 26 Figura 5: Tablas Munsell 30 Figura 6: Tres patrones diferentes de cambios de estabilidad de los agregados en relación a la gravedad de los incendios 50 María Conesa Puente 5 ÍNDICE GRÁFICOS Gráfico 1 : Climatograma mediterráneo 10 Gráfico 2 : Número de siniestros y superficie afectada en España en las últimas tres décadas 11 Gráfico 3: Número de siniestros y superficie afectada en Aragón en las últimas dos décadas 11 Gráfico 4: Temperaturas registradas a 1 y 2 cm de profundidad en la quema del bloque uno 27 Gráfico 5: Temperaturas registradas a 1 y 2 cm de profundidad en la quema del bloque dos 28 Gráfico 6: Temperaturas registradas a 1 y 2 cm de profundidad en la quema del bloque tres 28 María Conesa Puente 6 ÍNDICE FOTOGRAFÍAS Foto 1: Caracterizac ión del bloque de suelo en el laboratorio 24 Foto 2: Imagen de una muestra de suelo que ha sido quemada 27 Foto 3: Gota de agua en la superficie de un agregado de suelo repelente al agua 45 María Conesa Puente 7 ÍNDICE TABLAS Tabla 1: Factores de formación y propied ades del horizonte Ah 23 Tabla 2: Concentración de etanol e intensidad de la repelencia 32 Tabla 3: Estabilidad estructural 36 Tabla 4: Resultados obtenidos del color del suelo 41 Tabla 5: Efecto del fuego en la repelencia del suelo al agua a diferente s profundidades 44 Tabla 6: Tabla de frecuencias de la hidrofobicidad del agua 46 Tabla 7: Efecto del fuego en la densidad aparente a diferentes profundidades 46 Tabla 8: Efecto del fuego en la estabilidad estructural a diferentes profundidades 48 Tabl a 9 : % de arena en cada uno de los bloque a 1 y 2 cm de profundidad 48 Tabla 10: Efecto del fuego en el carbono orgánico a diferentes profundidades 51 Tabla 11: Efecto del fuego en el carbono pirolizado a diferentes profundidades 52 Tabla 12: Efecto del fuego en el carbono inorgánico a diferentes profundidades 53 Tabla 13: Semi - matriz de los parámetros estudiados 54 Tabla 14: Resumen de los datos obtenidos 57 María Conesa Puente 8 INTRODUCCIÓN María Conesa Puente 9 1. INTRODUCCIÓN: Los incendios forestales han aumentado drásticamente en frecuencia y extensión gracias al calentamiento general y la tendencia a la sequía. Pero el principal motivo han sido los cambios socioeconómicos, incluyendo la despoblación rural, el abandono de la tierra y la forestación con especies inflamables. El mosaico de muchos de los paisajes mediterráneos (por ejemplo, el patrón de uso de la tierra, las terrazas abandonadas o pistas de esquí) puede explicar a veces en conflicto post-incendio, la respuesta hidrológica y de erosión en diferentes sitios y escalas espaciales (Shakesby, 2011). Las características climáticas del mediterráneo (veranos cálidos y secos e inviernos relativamente húmedos) lo hacen propenso a los incendios forestales y a la erosión del suelo en el post-incendio. La mayoría de las precipitaciones ocurren entre octubre y marzo con un 70-80% (es decir, otoño y primavera) y es en los veranos secos cuando ocurren los incendios forestales. Aunque las precipitaciones anuales varían considerablemente en el mediterráneo, los veranos se caracterizan por altas temperaturas, la alta velocidad del viento y la baja humedad del aire. El contenido de humedad es bajo, lo que promueve las igniciones de incendios. Las velocidades del viento altas y las olas de calor aumentan la probabilidad de generar grandes incendios forestales (Shakesby, 2011). María Conesa Puente 16 agregados (Fox et al., 2007; Terefe et al., 2008). También se han encontrado correlaciones positivas entre ambos parámetros por diferentes autores (Varela et al., 2007;Arcenegui et al., 2008), y en suelos con características diferentes (García- Corona et al., 2004; Mataix-Solera et al., 2004). Por otro lado, la materia orgánica del suelo tiene un gran valor por su importante influencia sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas de éste. La materia orgánica representa un indicador muy importante de la calidad del suelo, tanto para la agricultura (Producción y economía) como para el medio ambiente (secuestro de Carbono, calidad del aire, del agua,..). El contenido en materia orgánica es un parámetro relacionado directamente con la calidad edáfica: interviene en la estructura del horizonte, ayuda a formar complejos arcillo-húmicos del suelo, mejora la capacidad de infiltración del agua en suelos arcillosos, aumenta la capacidad de retención de agua en los suelos arenosos y determina la disponibilidad de nutrientes, influyendo positivamente en la productividad del suelo. Sin embargo, la materia orgánica se puede ver modificada, cualitativa y cuantitativamente por el manejo del suelo, la mineralización o las quemas. En referencia a este último apartado, el fuego afecta a la materia orgánica, y diversas propiedades relacionadas, a través del incremento de la temperatura y la deposición de cenizas (De la Rosa et al., 2012). El suelo es el mayor reservorio de carbono de la Tierra, siendo el 70% del total carbono orgánico y el resto de carbonatos (Batjes, 1996). Durante la descomposición de la materia orgánica no humificada (restos de plantas, animales y microorganismos, en el suelo una proporción variable de Carbono orgánico (60- 80%) se revierte a la atmósfera en forma de CO 2. Se trata de un proceso de mineralización rápida que suele tener lugar durante el primer año. El restante, que no se mineraliza, sufre procesos más lentos de oxidación y después de trasformaciones complejas, o bien se convierte en biomasa microbiana o se estabiliza en forma de sustancias húmicas. Este último proceso, conocido como humificación, implica cambios severos en la complejidad estequiométrica y química de los materiales macromoleculares originales que conforman nuevas sustancias María Conesa Puente 17 químicas, con mayor resistencia a la biodegradación y mineralización (Tate, 1987). Estos cambios no son solo una consecuencia de la actividad microbiana, sino de las trasformaciones abióticas inducidas por factores físicos externos o fisico-químicos, incluyendo el fuego (Hatcher et al., 1988; González-Pérez et al., 2004). En definitiva, sabemos que los cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo están influenciados por diferentes factores. En la actualidad se desconoce el alcance exacto de cada uno de ellos, de tal forma que el estudio de nuevos casos se hace fundamental para conseguir comprender los efectos del fuego sobre los suelos. 1.3. Contextualización: Han sido muchos los trabajos realizados desde la EPSH sobre el tema de suelos afectados por incendios. Una revisión reciente puede consultarse en Badía et al (2011). En dichos trabajos se muestra como se modifican diversas propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo tras quemas controladas de temperaturas crecientes (Badía y Martí, 2003ª y 2003 b ) o como aumenta la erosión del suelo postincendio mediante el uso de simuladores de lluvia (Badía y Martí, 2008; Badía et al., 2008). Sin embargo, se mantiene la duda de hasta qué profundidad se ven afectadas algunas propiedades clave como la hidrofobicidad, la estabilidad estructural o la cantidad y calidad de la materia orgánica. María Conesa Puente 18 OBJETIVOS María Conesa Puente 19 2. OBJETIVOS: Con este proyecto se pretende estudiar cómo se ven afectadas diversas propiedades de un suelo forestal yesoso, característico del Valle Medio del Ebro, sometido a la quema en condiciones controladas. En concreto: 1. Se evaluará la influencia del fuego sobre la repelencia del suelo al agua, la estabilidad estructural, la materia orgánica (cantidad), la densidad aparente y el color. 2. Paralelamente se pretende analizar hasta qué profundidad se ven afectados estos parámetros ante una quema moderada en condiciones de laboratorio. María Conesa Puente 20 METODOLOGÍA María Conesa Puente 21 3. METODOLOGÍA: 3.2. Localización del área de estudio: Los suelos fueron muestreados en el término municipal de Remolinos, cerca de la ciudad de Zaragoza, situado en los montes de Zuera, acoge un grado inusual de la biodiversidad para ser una región semiárida, y se clasifica como un lugar de interés natural europeo (Gracia, 2005). La cuenca del Ebro (NE-España) tiene un clima mediterráneo semiárido, con una precipitación media anual de alrededor de 450 mm/año y una temperatura media anual de 13 ºC. La evapotranspiración media anual de referencia es de unos 1200 mm y se ve reforzada por los patrones de viento. Teniendo en cuenta estos factores, el déficit de agua para esta zona es una de las más altas de Europa. El régimen de humedad del suelo se sitúa en el límite del xérico y arídico, dependiendo de si la reserva de humedad excede o no los 50 mm/perfil (Jarauta, 1989). Estos suelos han sido muestreados con anterioridad, en concreto en dos zonas diferentes situadas en las estribaciones del LIC denominado Montes de Zuera, Castejón de Valdejasa y El Castellar (en adelante, Montes de Zuera). A pesar de su reconocida importancia ecológica, los suelos de esta zona nunca han sido estudiados. María Conesa Puente 22 Figura 1: Localización de la zona de extracción de los monolitos o bloques inalterados de suelos (t.m. Remolinos). Fuente: www. sigpac.es Figura 2: Mapa de España y emplazamiento de la zona de estudio donde se realizó el muestreo. Fuente: Badía et al., 2011. Estos montes están cubiertos, en sus laderas norte, de pino carrasco (Pinus halepensis) con sotobosque de albada (Gypsophilastruthium subsp. hispanica), María Conesa Puente 23 asnallo (Ononis tridentatae) y coscoja (Quercus coccifera). Estas especies, ricas en esencias y con bajo contenido de agua, facilitan la combustión de estos ecosistemas en época estival (Aznar et al., 2012) Se recogieron seis bloques inalterados de un suelo yesoso (Gipsisol hipergípsico) de la capa más superficial del suelo, cuyas características se describen en la siguiente tabla (Tabla 1). Factores de formación Comunidad vegetal Pinar Régimen de humedad del suelo Xérico Régimen de temperatura del suelo Mésico Material parental Yeso Localización, municipio Tauste UTM 30T (X-Y) 661982 – 4646188 Altitud (msnm) 493 Propiedades del horizonte Ah Materia Orgánica (%) 6,0 pH (1:2.5) 8,0 Carbonatos equivalentes (%) 21,1 Yeso equivalente (%) 35,8 Estabilidad estructural (%) 95,0 Elementos gruesos (%) 6,2 USDA clase textural a Franca (49,36,15) a El porcentaje de cada fracción aparece respectivamente entre paréntesis: arena, 2-0.05 mm; limo, 0.05-0.002 mm; arcilla, <0.002 mm. Tabla 1. Factores de formación y propiedades del horizonte Ah. María Conesa Puente 24 Los suelos se han muestreado con la ayuda de una pala plana, extrayéndose bloques de 20x20x20cm y de características edáficas similares para poder comparar los resultados. El principal objetivo al extraer los bloques de suelo, es mantener intacta su estructura. Aunque su cobertura vegetal es retirada ene le proceso de quemado manteniéndose intactos los horizontes O y Ah. Una vez en el laboratorio, se han envuelto en papel y se han secado al aire para eliminar los efectos potenciales de la variación de humedad (Doerr, 2002). De los bloque obtenidos, tres han sido sometidos a una quema controlada y los otros tres han permanecido inalterados; en ellos se analizaron las diferentes propiedades en cuatro profundidades distintas: horizonte O y primer, segundo y tercer centímetro del horizonte Ah. Fotografía 1: Caracterización de bloque de suelo en laboratorio. (Beatriz Arjona) 3.3. Quema de los suelos: La quema consistió en la aplicación de una llama en la parte superior de cada bloque hasta que se alcanzó una temperatura de 250ºC en el primer centímetro del horizonte Ah. Esta temperatura simula un incendio de intensidad moderada y ha sido frecuentemente usada por diversos autores (Doerr et al., 2004 ; García-Corona María Conesa Puente 25 et al., 2004; Josa et al., 1994; Guerrero et al. ,2001; Giovannini et al., 1988; Josa et al., 1994; Soto et al., 1991). En este experimento se han sometido los diferentes bloques a una quema controlada mediante el uso de un soplete, siguiendo la metodología de Llovet et al (2009). En el estudio de Llovet et al. (2008) se registraron temperaturas de aproximadamente 200°C en el primer centímetro de suelo en la quema de baja intensidad, pero el tiempo durante el cual se mantuvo esta temperatura fue de tan sólo 100 segundos. Figura 3: Temperaturas registradas en monolitos de suelos bajo quema controlada (valores medios y las desviaciones estándar) por Llovet et al. (2008). El objetivo era simular un incendio de intensidad media. Para ello, se ha aplicado una llama gracias a un soplete hasta alcanzar 250ºC a 1 cm de profundidad en el horizonte Ah. (Chandler et al., 1983) El tiempo de exposición al fuego ha sido el necesario hasta alcanzar la temperatura correspondiente. Esta parte del experimento se ha realizado en el invernadero de la E.P.S.H. El instrumental que se ha usado fue el mismo que se indica en la figura 3. María Conesa Puente 32 mediante una jeringa o micropipeta dejándolas caer desde menos de 1.5 cm de altura por las razones ya explicadas. Estos resultados pueden verse afectados por la temperatura u el contenido inicial de agua en el suelo, por lo que es recomendable que estas determinaciones se realicen con el suelo seco para obtener medidas más estandarizadas. El aumento en la concentración de etanol incide directamente en la disminución de la tensión superficial, de la manera siguiente ya tabulada por Mataix-Solera y Jordán (2009): Tabla 2: Concentración de etanol e intensidad de la repelencia 3.3.3. Densidad aparente: Este dato se obtiene mediante la relación entre la masa y el volumen de una materia inalterada de un suelo. Para ello se ha decapado el suelo centímetro a centímetro y se ha dividido por el volumen que ocupaba. Finalmente se ha calculado la densidad aparente en g cm -3 , gracias a la siguiente fórmula. Da= P/V. V= volumen cilindro P= Peso (Kg). Intensidad de repelencia %etanol MED( Mol/l) y (N.m- 1 .10 - 3 ) Muy hidrofílico 0 0 72.1 Hidrofílico 5 0.85 56.6 Ligeramente hidrofílico 8.5 1.45 51.2 Moderadamente hidrofílico 13 2.22 46.3 Fuertemente hidrofóbico 18 3.07 42.3 Muy fuertemente hidrofóbico 24 4.09 38.6 Extremadamente hidrofóbico 36 6.14 33.1 María Conesa Puente 33 3.3.4. Estabilidad estructural: El método que se ha seleccionado fue el propuesto por Kemper y Koch (1996) y cuyo protocolo se actualiza en Schinner et al., 1996. Se valora la estabilidad estructural de los agregados al someterlos a la acción de fuerzas mecánicas por tamizado en medio húmedo. Se considera que este tratamiento simula las fuerzas de fraccionamiento que son ejercidas sobre el suelo por las aguas de escorrentía o cuando se encuentra en condiciones de inmersión. Una vez que se han recogido las muestras de suelo se han trasladado al laboratorio evitando la compresión de las mismas ya que puede causar alguna variación en la estabilidad de los agregados (Murer et al., 1993); para ello, se han cogido con el suelo seco y se han tratado en recipientes que impidan su compresión. Las muestras, secas al aire y tamizadas a 2mm. se han pasado por un tamiz de 1 mm de luz, para poder trabajar con agregados comprendidos entre 1 y 2 mm. El uso de un solo rango de agregados se justifica por el menor tiempo consumido en la aplicación del método y por la existencia de una buena correlación entre los resultados obtenidos con agregados de este tamaño y de mayores tamaños. Por último, se recomienda dejar las muestras almacenadas durante poco tiempo (no más de tres semanas) para evitar la modificación de la estabilidad estructural. El material que se usó para este análisis fue: - Tamizador: Consta de un recipiente con un motor monofásico, excéntrica de nylon, mecanismo de balanceo y tapa con seis orificios para la introducción de los tamices. La velocidad de rotación de la excéntrica es de 46 rpm con la cual la frecuencia de 46 inversiones por minuto dando un recorrido a los tamices de 12,7 mm. - Cubetas: Seis cubetas de acero inoxidable, unidas en grupos de tres. - Tamices: Seis tamices de 38 mm de diámetro y 0,25 mm de luz de malla, en los que se coloca la muestra para realizar el tamizado en húmedo. - Vasitos o platitos de aluminio. María Conesa Puente 34 - Reactivo: Difosfatotetrasódico. Para la determinación de la estabilidad estructural se ha partido de agregados secos al aire con un tamaño comprendido entre 1-2 mm. Estos agregados se han sometido a una agitación y tamizado en húmedo con agua destilada en el tamizador automático. Después de realizar todo el proceso sólo debe quedar en el tamiz la fracción de arena mayor de 0,25mm. Se han realizado dos réplicas por muestra, aprovechando así las seis cubetas que tiene el aparato. Se han pesado 4 g de agregados secos al aire, y se han colocado en uno de los recipientes del tamizador. Se han añadido 80 ml de agua destilada en cada cubeta a una temperatura de entre 22-25 ºC y se ha tapado la máquina. A continuación, se han colocado los tamices en los orificios del tape de la máquina y se ha encendido el motor durante aproximadamente 5 minutos. Pasado ese tiempo, se ha lavado los agregados que han quedado en el tamiz con agua destilada y se han trasvasado a los recipientes o vasos metálicos. Es importante tener tarados los recipientes (M1), dejar que se sequen hasta que alcancen un peso estable (aproximadamente 24 horas a 50ºC ya que se trata de suelos yesosos) y después se volvió a pesar (M2). Después de enfriarse las muestras, los agregados que aún quedaban estables se han disuelto con 50 ml de difosfatotetrasódico durante 2h. Al cabo de este tiempo se ha pasado el contenido del recipiente a través de un tamiz y si algún agregado ha parecido estable se ha roto con una varilla de goma deformable. Se ha continuado lavando hasta que en el tamiz sólo ha quedado partículas de arena mayores de 0,25mm. Se han lavado las partículas de arena con agua destilada pasándolas a un recipiente metálico y se han secado hasta alcanzar un peso estable (M3), a una temperatura de 105 ºC. Para el cálculo de la estabilidad estructural se ha seguido la siguiente fórmula: %SAS= (M2-M3)/ (W-(M3-M1)) x100 W= Peso inicial de suelo (4 g). M1= Tara del recipiente g. M2= Tara del recipiente más peso de los agregados estables y de arena. María Conesa Puente 35 M3= tara del recipiente más masa de arena g. M2-M3= Masa de los agregados estables. M3-M1= masa de arena g Para el cálculo de la estabilidad estructural hay que tener en cuenta una serie de observaciones ya que por ejemplo, es importante que la temperatura del agua para el tamizado en húmedo esté comprendida entre 20 y 30 ºC, ya que se ha observado que la estabilidad estructural decrece cuando la temperatura del agua usada está fuera de dicho intervalo (Kemper y Rosenau 1986). Durante el tiempo que dura la aplicación del método hay que intentar que todos los agregados estén cubiertos por agua. Si no es así habrá que intentar sumergirlo con gotas de agua usando un pulverizador (Kandeler y Murer, 1993). La estabilidad estructural aumenta tal y como trascurre el tiempo de almacenaje de la muestra del suelo, se recomienda no superar las tres semanas entre el muestreo del suelo, secado, tamizado y análisis con el fin de que las determinaciones sean comparables (Kemper y Koch 1996; Murer et al 1993). En este caso al tratarse de suelos yesoso las muestras no deben superar la temperatura menor o igual a 50ºC para eliminar la humedad de la muestra pero no el agua de constitución del yeso. Además cada litro de agua destilada disolveremos 2,6 g de sulfato cálcico dihidratado para evitar que se disuelva el yeso, ya que la solubilidad es de ese orden a 25ºC. Por último, conviene dejar sedimentar las muestras para poder sacar el máximo de agua de las mismas y así traspasarlas al a estufa con el mínimo líquido; en caso contrario se trata más en secar y se corre el riesgo de condensar agua en exceso en la estufa. María Conesa Puente 36 La interpretación de resultados sería la siguiente: Tabla 3: Estabilidad estructural 3.3.5. Materia orgánica: El análisis se llevó a cabo en el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNACSIC) en Sevilla . Se llevó a cabo el Análisis Carbono total TOC, mediante oxidación catalítica por combustión con detector de infrarrojos no dispersivo. Con este proceso se ha obtenido la cantidad de carbono total (TC), carbono inorgánico (IC) y carbono orgánico total. El material utilizado ha sido un Analizador de Carbono Total marca Shimadzumod TOC-V chs. La medida de la cantidad de materia orgánica se puede establecer directamente a través del Carbono Orgánico Total (TOC). El método para determinar el TOC en suelos se basa en una oxidación catalítica a 900ºC. Como producto de la combustión es el carbono (orgánico e inorgánico) que se oxida a CO 2 . Este dióxido de carbono se introduce en una corriente de aire y se mide mediante un detector de infrarrojos no dispersivo (NDIR). De esta forma se calcula el TC. El IC, que contempla básicamente dióxido de carbono disuelto, carbonatos y bicarbonatos, se obtiene mediante la acidificación de la muestra con ácido fosfórico, proceso en el que se forma CO 2 y el cual es analizado por el NDRI. EL TOC se puede establecer por diferencia de los anteriores (TC-IC). %SAS Estabilidad 100-80 Agregados muy estables 80-60 Agregados estables 60-40 Agregados moderadamente estables 40-20 Agregados poco estables 20-0 Agregados muy poco estables María Conesa Puente 37 3.3.6. Carbono pirolizado: La pirolisis se realizó en ausencia de oxígeno con un pirolizador de microhorno. Se peso 0,005mg de muestra de suelo en una cápsula de platino que se introdujo en el microhorno calentándose a 500ºC durante 30seg. El horno del GC se programó a 50ºC, aumentándose hasta 300ºC a la velocidad de 10ºC min -1 . 3.4. Análisis estadístico: El diseño experimental incluye tres repeticiones por tratamiento: bloques quemados y no quemados. Todas las variables se han trasformado para cumplir los criterios de normalidad y supuestos para el análisis estadístico paramétrico. Para llevar a cabo el correspondiente análisis, se han tratado todos los datos estadísticamente con el programa SPSS Statistics 17.0. En este caso, la hipótesis nula traducirá la idea de que en los diferentes grupos se obtienen resultados similares y la hipótesis alternativa lo negará. Queremos demostrar que la hipótesis nula es falsa y que por lo tanto el efecto del fuego tiene influencia en las diferentes propiedades estudiadas, así como hasta que profundidad puede tener efecto. Existen dos tipos de técnicas: - Paramétricas: Cuando suponemos que la distribución de los datos de cada muestra tienen cierta distribución en particular. Realizando para su análisis el test ANOVA. - No paramétricas: No es necesario suponer nada para la distribución de los datos. Usando la prueba Kruskal-Wallis. En este caso usaremos las técnicas paramétricas, para usarse el modelo ANOVA, debe poder suponerse que son válidas una serie de condiciones: - La variabilidad de todas las muestras debe ser similar. - Las muestras deben tener una distribución aproximadamente normal. María Conesa Puente 38 - Los tamaños de las muestras no deben ser muy dispares. Dándose estas condiciones, el modelo ANOVA traduce la hipótesis nula de que en todos los grupos se obtienen valores similares de las variables por una condición equivalente; que las medias entre los diferentes grupos son iguales. La separación demedias se ha realizado de acuerdo a la honestidad de Tukey prueba de diferencias significativas a un nivel alfa de 0,05 para todo los parámetros estudiados. Antes de ANOVA, las variables se ensayaron para determinarla normalidad con la prueba de Shapiro-wilks y el test de Levene, para comparar varianzas. En todos los casos en los que el valor P fue inferior a 0,05 se transformaron para mejorar la normalidad y homoestaticidad A su vez, también se aplico el test de Tukey, para examinar las posibles diferencias que puede haber entre las medias muestrales de los diferentes grados de profundidad. María Conesa Puente 39 RESULTADOS Y DISCUSIÓN María Conesa Puente 40 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Los resultados obtenidos han sido los siguientes: 4.1. Color: Probablemente es el color el cambio más apreciable de manera inmediata, este cambio se puede deber a la acumulación de cenizas, al enrojecimiento que se produce cuando el suelo contiene óxidos de hierro o a la desaparición de la materia orgánica. El efecto del fuego es aparente sólo por encima de los 2cm del perfil del suelo. Por debajo de esta profundidad no se aprecian diferencias entre bloques quemados y control, viéndose cómo se oscurecen mucho más los suelos hasta esta profundidad. SECO Horizonte O 1 10YR 3 3 2 10YR 3 1 Q1 10YR 2 1 Q2 10YR 2 1 Horizonte Ah 1cm 1 10YR 5 3 2 2,5Y 6 3 3 2,5Y 5 3 Q1 10YR 2 2 Q2 2,5Y 3 1 Q3 10YR 3 1 María Conesa Puente 41 Horizonte Ah 2cm 1 2,5,Y 5 4 2 10YR 6 4 3 10YR 5 4 Q1 10YR 5 3 Q2 10YR 6 3 Q3 10YR 4 2 Horizonte Ah 3cm 1 10YR 5 3 2 10YR 5 6 3 10YR 6 3 Q1 10YR 5 3 Q2 10YR 6 3 Q3 10YR 6 3 HUMEDO 1 10YR 2 2 2 10YR 3 1 Q1 10YR 2 1 Horizonte 0 Q2 10YR 2 1 Horizonte Ah 1cm 1 10YR 4 3 2 2,5Y 4 3 3 2,5Y 4 2 Q1 10YR 2 1 Q2 2,5Y 3 1 Q3 10YR 2 1 María Conesa Puente 48 Tabla 8: Efecto del fuego en la estabilidad estructural (EE, %) a diferentes profundidades. El valor P indica las diferencias debidas al fuego para cada profundidad. Las diferentes letras de cada columna indican diferencias significativas entre las profundidades (Test Tukey). El calor puede producir este aumento en la estabilidad estructural si las temperaturas son suficientes para producir la fusión térmica de las partículas. La recristalización de minerales conduce a la formación de agregados más resistentes y a la condensación de sustancias hidrófobas en los agregados (Mataix-Solera et al., 2011). Además, este incremento parece deberse a que las arcillas son capaces de fusionar en agregados del tamaño arena, a temperaturas superiores a 170 ºC. El fuego deja los agregados más estables que también pueden ser unidos por esos procesos de cementación (Arcenegui et al., 2008). En este experimento, los datos del % de arena en el primer centímetro son superiores en el caso de las muestras quemadas en comparación con las muestras no quemadas, ocurriendo lo contrario en el segundo centímetro. Tabla 9: % de arena (0,05-2 milímetros) en cada uno de los bloques en 1 y 2 cm de profundidad. EE (%) Control Quemado P Horizonte O / / / Ah 0 - 1cm 88,79+0,94a 95,71+0,96a 0,007 Ah 1 - 2cm 84,92+5,38a 89,54+2,61ab 0,500 Ah 2 - 3cm 80,99+6,28a 85,5+0,22b 0,510 Control Quemados Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 Bloque Q1 Bloque Q2 Bloque Q3 1Ah 11,69 9,97 9,61 19,32 20,75 20,4 2Ah 11 4,99 9,14 7,43 3,24 8 María Conesa Puente 49 Mataix-Solera et al. (2011) sugieren que la quema mejora la estabilidad del suelo en las zonas mediterráneas, además los efectos que tiene el fuego en la estabilidad estructural dependen de su intensidad y se relaciona con propiedades como el contenido de materia orgánica, la microbiología, la repelencia al agua y la mineralogía (Mataix et al., 2004; 2010). Al igual que en este, en otros estudios, la estabilidad estructural es muy elevada en suelos control (Kemper et al., 1996.) y no varía significativamente en profundidad. En la literatura, hay discrepancias sobre el efecto del fuego en la estabilidad de los agregados. Hay trabajos en los que se observa una disminución en la estabilidad estructural de los suelos afectados por un incendio intenso o por un calentamiento en el laboratorio (Sanroque et al., 1985, Giovannini et al., 1987; Úbeda et al., 1990). En cambio, en otros trabajos esa EE aumenta a causa de la quema (Giovannini et al., 1976 a ; Giovannini et al., 1976 b , Ibañez et al., 1983; Díaz-Fierros et al., 1987). Esta variabilidad es debida a las diferentes características de los suelos. En este sentido, Mataix et al. (2011) señalan que, si los estudios no tienen en cuenta otras propiedades del suelo (por ejemplo, materia orgánica del suelo, repelencia al agua, textura) y los factores implicados (la severidad del fuego, por ejemplo), puede surgir una interpretación errónea sobre la respuestas de los agregados del suelo frente al fuego. De la combinación de estos factores, se pueden esperar tres patrones diferentes de la estabilidad estructural (Figura 6). A diferencia de este trabajo, DeBano et al (1988), observan que la estabilidad de los agregados del suelo se reduce por el fuego, produciendo un suelo más fácilmente erosionable. Sin embargo hay que tener en cuenta la naturaleza pedregosa de algunos suelos propensos a incendios en zonas del mediterráneo ya que su estabilidad estructural no se ve afectada por el calor, debido a las pequeñas proporciones de arcillas en muchos suelos mediterráneos o el tipo de vegetación, que puede también puede influir en la estabilidad estructural a través de la influencia de la materia orgánica del suelo (Pardini et al., 2006). Se ha encontrado que los agregados de los suelos mediterráneos, tienen respuestas complejas frente a los incendios. A bajas temperaturas, los agregados se María Conesa Puente 50 hacen más resistentes a la humectación mediante la retención de un recubrimiento repelente al agua alrededor de los agregados (Mataix-Solera y Doerr, 2004). Mientras que a mayores temperaturas, se pueden observar diferentes patrones: o bien una disminución de la estabilidad de los agregados que se produce como resultado de la combustión de materia orgánica, o cuando hay un aumento de las temperaturas altas, donde el tamaño de los agregados de arcilla habrían fusionado para producir nuevos agregados (Giovannini, 1994). Badía y Martí (2003), estudiando el efecto del fuego en los suelos del Valle del Ebro (NE España) a través de quemas controladas en el laboratorio, determinaron que en suelos yesosos (Gipsisoles) y en calizos (Regosoles calcáricos) se redujo la estabilidad estructural a temperaturas de 250ºC, en comparación con muestras sin quemar. Esta reducción fue mucho mayor cuando las temperaturas de suelo alcanzaron los 500ºC, momento en el que se consumió casi completamente la materia orgánica y el contenido de arcilla se redujo significativamente. Figura 5: Tres patrones diferentes de cambios en la estabilidad de los agregados en relación con la gravedad de los incendios: a) un suelo con un alto contenido de arcilla, carbonato de calcio, óxidos de Fe y Al como principales sustancias cementantes, b) suelo con materia orgánica como el agente de unión principal y originalmente hidrofílico o con repelencia al agua bajo, y c) un suelo de arena que es altamente repelente al agua y la materia orgánica tiene como agente ligante principal (Mataix et al., 2011). María Conesa Puente 51 4.5. Carbono orgánico: Se puede apreciar como el carbono orgánico es significativamente mayor en superficie que en profundidad, en el caso de las muestras control (tabla 7).Esto es habitual puesto que en suelos forestales los aportes de residuos vegetales se dan en superficie. Sin embargo no se observan diferencias significativas entre la superficie y la profundidad en el suelo quemado. Teniendo en cuenta las diferencias entre las muestras control y quemado, son significativas tanto en el horizonte O como en el 1er cm del horizonte Ah (p<0,05). Tabla 10: Efecto del fuego en el carbono orgánico (%) a diferentes profundidades. El valor p, indica las diferencias debidas al fuego para cada profundidad. Las diferentes letras de cada columna indican diferencias significativas (p<0,05) entre las profundidades (Test Tukey). Los cambios cuantitativos de SOM son una ramificación de dos efectos de fuego: Por un lado, la eliminación de la mayor parte o la totalidad de la capa de hojarasca y algunos compuestos orgánicos de los primeros centímetros superiores del suelo mineral, los únicos que realmente sufren las altas temperaturas. Por otro lado, la entrada de materiales carbonizados ( Alexis et al., 2007 ) Como consecuencia directa del fuego, se produce la modificación de compuestos de C preexistentes, incluyendo sustancias repelentes al agua (Knicker et al., 2005 ). Estos cambios conducen a la formación de sustancias con propiedades débiles coloidales y una mayor resistencia a la degradación química y biológica (Almendros et al., 1992; Doerr et al., 2000 ; Knicker et al., 2005 ). La composición de C orgánico (%) Control Quemado P Horizonte O 19,83+ 1,57a 4,73 + 1,32a 0,002 Ah 0 - 1cm 6,4+0,61b 3,07+ 0,88a 0,036 Ah 1 - 2cm 4,9+0,25b 3,27+ 0,84a 0,136 Ah 2 - 3cm 3,53+0,95b 2,7+0,61a 0,500 María Conesa Puente 52 lípidos del suelo es particularmente propensa a sufrir alteraciones rápidas y significativas durante un incendio, ya que es una fracción lábil de materia orgánica. Dependiendo de la severidad del fuego, el impacto sobre la materia orgánica puede variar entre la volatilización de algunos componentes poco importantes, la carbonización o la oxidación completa. Los residuos orgánicos comienzan a alterarse a temperaturas entres 200 y 250ºC, y se pierden por completo entorno a los 400-450ºC (Giovannini et al., 1998; DeBano, 1990), temperatura que, en nuestro estudio, sólo se alcanza en la capa más superficial. 4.6. Carbono pirolizado: El carbono pirolizado varía significativamente con respecto a la profundidad, obteniéndose que los valores son más altos en superficie que en profundidad (Tabla 8). Tabla 11: Efecto del fuego en el carbono pirolizado (%) a diferentes profundidades. El valor p indica las diferencias debidas al fuego. Las diferentes letras de cada columna indican diferencias significativas entre las profundidades (Test Tukey). En el caso de las muestras quemadas, también existen diferencias significativas. Entre los diferentes tratamientos la única diferencia significativa (p<0,05) que se encuentra es en la superficie y en el primer centímetro, por lo cual se puede afirmar C. pirolizado (%) Control Quemado P Horizonte O 35,76+5,59a 3,76+0,67b 0,005 Ah 0 - 1cm 12,57+1,91b 4,14+0,69b 0,014 Ah 1 - 2cm 9,55+1,24b 7,55+2,03ab 0,447 Ah 2 - 3cm 10,33+0,56b 12,3+0,98a 0,156 María Conesa Puente 53 que es en el nivel superficial donde la quema controlada afecta significativamente al contenido en carbono pirolizado. Sabemos que la materia orgánica se encuentra en los horizontes más superficiales, por lo que se encuentra directamente expuesta al fuego. Tras el contacto con el fuego, la pérdida más apreciable es sobre la materia orgánica, como indican nuestros datos. Además, en lo incendios de baja severidad, se pueden producir ligeros aumentos en la materia orgánica por la incorporación de material vegetal que no se ha quemado totalmente (Notario, 2007; Carballas et al., 2009). 4.7. Carbono inorgánico: Respecto al Carbono inorgánico, los datos que se observan en el caso de las muestras control son totalmente diferentes al caso de las muestras quemadas (Tabla 9). Puesto que en el primer caso el carbono inorgánico aumenta de forma significativa conforme aumenta la profundidad, produciéndose el efecto contrario en las muestras quemadas (aunque esta vez no de forma significativa). Además no se observan diferencias significativas entre las muestras control y las muestras quemadas. Tabla 12: Efecto del fuego en el carbono inorgánico (%) a diferentes profundidades. El valor p, indica las diferencias debidas al fuego. Las diferentes letras de cada columna indican diferencias significativas entre las profundidades (Test Tukey). De manera general, el carbono inorgánico se mantiene más o menos constante, viéndose diferencias significativas entre los datos de la muestra control. El C inorgánico (%) Control Quemado P Horizonte O 1,83 + 0,55b 3,77 + 0,45a 0,055 Ah 0 - 1cm 3,5+0,21a 3,90+ 0,38a 0,605 Ah 1 - 2cm 3,5+0,58a 3,53+0,54a 0,954 Ah 2 - 3cm 3,2+0,26a 2,83+0,65a 0,628 María Conesa Puente 54 incremento en profundidad del carbono inorgánico (carbonatos) se relaciona con el lavado a que se somete el suelo con la lluvia. En el suelo quemado, el aporte de cenizas en superficie, ricas en carbonatos (Pereira et al, 2012) rompe esa dinámica. Los suelos calizos analizados han tenido valores altos de carbonatos debido a la herencia del material parental subyacente y a procesos de formación secundaria de carbonatos. En cambio, los suelos yesosos han tenido valores más altos de carbonatos en el horizonte superior. Este mayor contenido de carbonatos relativo en los horizontes de superficie podría ser debido a deposición de carbonato por lluvia y procesos eólicos (Khademi y Mermut, 2003), o en un escenario más probable, debido al enriquecimiento por la migración del carbonato del yeso (Florea y Al-Joumaa, 1998). 4.8. Relación entre parámetros. Repelencia al agua Esta bilidad estructural Carbono pirolizado Carbono inorgánico Carbono orgánico Repelencia al agua 1 0,03 0,89** -0,58** 0,94** Estabilid. estructural 1 0,49* 0,56* 0,14 Carbono pirolizable 1 -0,75** 0,92** Carbono inorgánico 1 0,60** Carbono orgánico 1 Tabla 13: Semi-matriz de los parámetros estudiados. *p<0,005 y ** p<0,001 (n=18 o n=24) La positiva y significativa correlación existente entre la hidrofobicidad y el carbono orgánico es una prueba más de la importancia de las sustancias orgánicas en la repelencia al agua (R=0.94; n=24; p<0.01). No obstante Cerda et al. (2005) indican que con el tiempo se tiende de nuevo a las condiciones hidrofóbicas previas al fuego, ya que se produce la nueva incorporación de materia orgánica. El tratamiento de quema causó una reducción significativa en la proporción de carbono orgánico sólo en la superficie del suelo (horizonte O) y hasta 1 cm de María Conesa Puente 55 profundidad (Ah). El comportamiento de la fracción de carbono inorgánico es inverso, observándose un aumento significativo en los porcentajes de carbono inorgánico en superficie. Esto puede deberse a que la combustión de la madera hace que se produzca la mineralización de los elementos básicos, con la creación de óxidos que se convierten en carbonatos e hidróxidos con la exposición al ambiente (Etiegni y Campbell, 1991). Bajo las condiciones del experimento más del 75 % del CO desaparece por efecto del fuego, ya sea mineralizado o volatilizado. El carbono pirolizable está relacionado positivamente con el carbono orgánico (R=0,92; n=24; p<0,01). María Conesa Puente 56 CONCLUSIONES GENERALES María Conesa Puente 57 5. CONCLUSIONES GENERALES: Del estudio efectuado se desprende que los cambios de mayor magnitud se producen en la parte más superficial del suelo, horizonte O y superficie del Ah 1cm. En concreto: 1. La repelencia al agua, elevada en la superficie (horizonte O) del suelo control, desaparece en los suelos quemados. 2. La estabilidad de los agregados del 1er cm del horizonte Ah aumenta significativamente con la quema, no viéndose alterados a los 2 y 3 cm de profundidad. 3. La quema del suelo causó una reducción significativa en la proporción de carbono orgánico en la superficie del suelo (horizonte O) y hasta 1 cm de profundidad (Ah), no viéndose afectado a mayor profundidad. 4. La pérdida de carbono orgánico en los suelos estudiados asciende a 54,87 t/ha; el 20,70% de esa pérdida se produce en el horizonte O y el 22,32% en el primer centímetro del Ah. 5. Se ha obtenido una positiva y significativa correlación entre la hidrofobicidad y el carbono orgánico (R=0,94; n=24; p<0,01) en una prueba más de la importancia de las sustancias orgánicas en la repelencia al agua. Horizonte O Ah 1 cm Ah 2 cm Ah 3 cm Control Quema Control Quema Control Quema Control Quema Repelencia (Clase EP) 6,33 1,33 3 1 2 1 1 1 EE (%) - - 88,5 95,4 86,9 89,3 87,0 85,8 C inorgánico (%) 1,83 3,73 3,50 3,77 3,5 3,53 3,20 2,83 C orgánico (%) 19,83 4,73 6,40 3,07 4,90 3,27 3,53 2,70 C pirolizable (%) 35,76 3,67 12,57 4,14 9,55 7,55 10,33 12,31 Tabla 14: Resumen de los datos obtenidos. María Conesa Puente 64 estado de la cuestión visto por los científicos españoles. Universitat de València. Valencia. - Doerr, S.H., Shakesby, R.A., 2009. Soilwater repellency: principles, causes, and relevance infire-affected environments. In: Cerdà, A., Mataix-Solera, J. (Eds.), Efectos de los incendios forestales sobre los suelos de España. Universitat de València, pp. 57-75. - Etiegni, L., Campbell, A.G., 1991. Physical and chemical characteristics of wood ash. Bioresource Technology 37: 173-178. - Ferreira, A.J.D., Coelho, C.O.A., Boulet, A.K., Leighton-Boyce, G., Keizer, J.J., Ritsema, C.J., 2005. Influence of burning intensity on water repellency and hydrological processes at forest and shrub sites in Portugal. Australian Journal of Soil Research43: 327-336. - Ferreira, A.J.D., Prats S.A., Ferreira C.S.S., Malar M.C., Cohelo C.O.A., Carreiras M., 2009. Los incendios forestales en Portugal. Aportes para la compresión del impacto en la degradación de suelos y aguas. Efectos de los incendios forestales sobre los suelos de España. El estado de la cuestión visto por los científicos españoles. Cátedra Divulgación de la Ciencia. Universidad de Valencia. - Fox, D.M., Darboux, F., Carrega, P., 2007. Effects of fire-induced water repellency on aggregate stability, splash erosion, and saturated hydraulic conductivity for different size fractions. Hydrological Processes 21: 2377- 2384. - Florea, N., Al-Joumaa, K., 1998. Genesis and classification of gypsiferous soils of the Middle Euphrates Floodpain, Syria. Geoder. 87: 67-85. - García-Corona, R., Benito, E., de Blas, E., Varela, M.E., 2004. Effects of heating on some soil physical properties related to its hydrological behaviour in two north-western Spanish soils. International Journal of Wildland Fire 13: 195-199. María Conesa Puente 65 - Gracia, C., 2005. La flora de Zuera y sus pinares. Ed. Prames. Zaragoza. - Guerrero, C., Mataix-Solera, J., Navarro-Pedreño, J., García-Orenes, F., Gómez, I., 2001.Different patterns of aggregate stability in burned and restored soils. Arid Land Res.Manag. 15: 163-171. - Giovannini, G., Sequi, P., 1976 a . Iron and aluminium as cementing substances of soil aggregates. Acetylacetone in benzene as an extractant of fractions of soil iron and aluminium. Journal of Soil Science 27: 140-147. - Giovannini, G., Sequi, P., 1976 b . Iron and aluminiumas cementing substances of soil aggregates. II. Changes in stability of soil aggregates following extraction of iron and aluminium by acetylacetone in a no polar solvent. Journal of Soil Science 27: 148-153. - Giovannini, G., Lucchesi, S., Giachetti, M., 1987. The natural evolution of a burnt soil: a three-year investigation. Soil Science 143: 220-226. - Giovannini, G., Lucchesi, S., Giachetti, M., 1988. Effects of heating on some physical and chemical parameters related to soil aggregation and erodibility. Soil Science 146: 255-262. - Giovannini, G., 1994. The effect of fire on soil quality. In: Sala, M., Rubio, J.L. (Eds.), Soil Erosion as a Consequence of Forest Fires. Geoforma Ediciones, Logroño, pp. 15-29. - Giovannini, G., Lucchesi, S., 1997. Modifications induced in soil physicochemical parameters by experimental fires at different intensities. Soil Science 162: 479-486. - González-Pérez, J.A., González-Vila, F.J.,Almendros, G, Knicker, H., 2004.The effect of fire on soil organic matter: a review. Science direct. - Hatcher, PG, Spiker, EC., 1988. Selective degradation of plant biomolecules. Humic substances and their role in the environment. New York: Wiley; p. 59–74. María Conesa Puente 66 - González-Vila, F.J., Tinoco, P., Almendros, G., Martin, F., 2001. Pyrolysis-GC- MS analysis of the formation and degradation stages of charred residues from lignocellulosic biomass. Journal of Agricultural and Food Chemistry 49:1128-1131. - Horne, D.J. and McIntosh, J.C.2000. Hydrophobic compounds in sands in New Zealand-estraction, characterization and proposed mechanisms for repellency expression. J Hydrol. 231-232:35-46. - Ibáñez, J.J., Lobo, M.C., Almendros, G., Polo, A., 1983. Impacto del fuego sobre algunos ecosistemas edáficos de clima mediterráneo continental en la zona centro de España. Boletín de la Estación central de Ecología 24: 755- 777. - Imeson, A.C., 1984. An eco-geomorphological approach to the soil degradation and erosion problem. In: Fantechi, R., Margaris, N.S. (Eds.), Desertification in Europe. D. Reidel publishing Co., Dodrecht, pp. 110-125. - Jaiyeoba, I.A., Ologe, K.O., 1990. Soil erosibility measurements in Nigeria. Zeitschriftfür Geomorphologie 34: 307-312. - Jarauta, E., 1989. Modelos matemáticos de régimen de humedad de los suelos. Aplicación ala determinación del régimen de humedad de los suelos del área meridional de Lleida. Tesis Doctoral, UPC. Barcelona. - Jordán, A., Zavala, L; Bárcenas, G.; Mataix, J., 2010. Repelencia al agua en suelos afectados por incendios: métodos sencillos de determinación e interpretación, pp. 45-183. En: Cerdá, A. y Jordán, A. 2010. Actualización en Métodos y Técnicas para el Estudio de los Suelos Afectados por Incendios Forestales. Cátedra Divulgación de la Ciencia. Universidad de Valencia. - Josa, R., Arias, X., Solé, A., 1994. Effects of slash burning on some soil physical properties in an holm–oak coppice. In: Sala, M., Rubio, J.L. (Eds.), Soil Erosion and Degradation as a Consequence of Forest Fires. Geoforma, Logroño, pp. 29-41. María Conesa Puente 67 - Kandeler, E., Murer, E., 1993.Aggregate stability and soil microbial processes in a soil with different cultivation. Geoderma, volume 56. Pages 503–513. - Khademi, H., Mermut, A.R., 2003. Micromorphology and classification of Argids and associated gypsiferous Aridisols from central Iran. Catena 54, 439-455. - Kemper, W.D., Rosenau, R.C., 1986. Aggregate stability and size distribution. Methods of Soil Analysis, Part 1. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, pp. 425-442. - Kemper W.D., Koch, E.J., 1996. Aggregate stability of soils from Western United States and Canada. Pp 1-52 Colorado Agric. Exp. Stn. Bull 1355. - Levine, JS., 1994 Biomass burning and the production of greenhouse gases. Climate biosphere interaction: biogenic emissions and environmental effects of climate change. New York, USA: John Wiley &Sons; p. 139-59. - Levine, JS., 1996a FireSat and the global monitoring of biomass burning. Biomass Burning and Global Change, vol. 1. Cambridge (MA): The MIT Press; p. 107-32. - Llovet, J., Josa R., Vallejo.V.R., 2008. Thermal shock and rain effects on soil surface characteristics: A laboratory approach. Catena 74: 227-234. - Llovet, J., Bautista, S., Mayor, A.G., Serrasolses, I., Alloza, J.A., Bellot, J., Vallejo, R., 2009. Factores de control de la hidrología y erosión postincendio en suelos mediterráneos. Desde la parcela al paisaje, capítulo 3.10, pp.385-403 Universitat de València. Valencia. - Martin, D.A., Moody, J.A., 2001. Comparison of soil infiltration rates in burned and unburned mountanious watersheds. Hydrological Processes 15: 2893-2903. María Conesa Puente 68 - Mataix-Solera, J., Doerr, S.H., 2004. Hydrophobicity and aggregate stability in calcareous top soils from fire-affected pine forests in south-eastern Spain. Geoderma 118: 77-88. - Mataix-Solera, J., Cerdá, A., 2009. Incendios forestales en España. Ecosistemas terrestres y suelos. Efectos de los incendios forestales sobre los suelos de España. El estado de la cuestión visto por los científicos españoles. Cátedra Divulgación de la Ciencia. Universitat de València. - Mataix-Solera, J., Benito, E., Andreu, V., Cerdà, A., Llovet, J., Úbeda, X., Martí, Cl., Varela,E., Gimeno, E., Arcenegui, V., Rubio, J.L., Campo, J., García- Orenes, F., Badía, D., 2010.Cómo estudiar la estabilidad de agregados en suelos afectados por incendios. Métodos e interpretación de resultados. Actualización en métodos y técnicas para el estudio de los suelos afectados por incendios forestales. Càtedra Divulgació de la Ciència-FUEGORED. Universitat de València,Valencia, pp. 105–141. - Mataix-Solera, J., Cerda A., Arcenegui, V., Jordan, A., Zavala, L.M., 2011. Fire effects on soil aggregation: a review. Earth-Science Reviews 109: 44-60. - Martínez-Zavala, L., Jordán-López, A., 2009. Influence of different plant species on water repellency in Mediterranean heathland soils. Catena 76, 215–223. - McCauley, J.D., Engel, B.A., Scudder C.E., Morgan, M.T., Elliot P.W., 1993. Assessing the Spatial Variability of Organic Matter. An ASAE Meeting Presentation, paper No. 93-1555. ASAE, St.Joseph, MI, USA. - Moreno, J.M., Vázquez, A., Vélez, R., 1998. Recent history of forest fires in Spain. In: Moreno, J.M. (Ed.), Large Forest Fires. Backhuys Publishers, Leiden, pp. 159-185. - Murer, E.J., Baumgarten, A., Eder G.,Gerzabek, M.H., Kandeler, E., Rampazzo, N. 1993,An improved sieving machine for estimation of soil aggregate stability (SAS). Geoderma, volume 56: 539-547. María Conesa Puente 69 - Notario, J.S., 2007. Temporal evolution of organic carbon and nitrogen forms in volcanic soils under broom scrub affected by wildfire. Science of the Total Environment. 378:247-252. - Pardini, G., Gispert, M., Dunjo, G., 2004. Relative influence of wildfire on soil properties and erosion processes in different Mediterranean environments in NE Spain. Sci. Total Environ. 328 (1–3), 237-246. - Pardini G., Gispert M., 2006. Impact of land abandonment on water erosion in soils of the Eastern Iberian Peninsula. Agrochimica 50: 13-24. - Pausas J.G., Llovet J., Rodrigo A., Vallejo V.R., 2008. Are wildfires a disaster in the Mediterranean basin? A review. International Journal of Wildland Fire 17: 713-723. - Pereira, P., Úbeda, X., Martin, D.A., 2012. Fire severity effects on ash chemical composition and water-extractable elements. Geoderma. 191: 104-114. - Robichaud, P.R.; Hungerford, R.D., 2000. Water repellency by laboratory Burning of four northern Rocky Mountain forest soils. Journal of Hydrology 231-232:207-219. - Sanroque, P., Rubio J.L., Mansanet, J., 1985. Changes in soil properties, floristic composition and water erosion following mediterranean forest fire in Valencia (Spain). Revue d'Ecologie et Biologie du Sol 22 : 131-147. - Schwilk, D.D., 2003. Flammability is a niche construction trait: canopy architecture affects fire intensity. American Naturalist. 162: 725-733. - Shakesby, R.A., Coelho, C.de.O.A., Ferreira, A.D., Terry, J.P., Walsh, R.P.D., 1993. Wildfire impacts on soil erosion and hydrology in wet Mediterranean forest, Portugal. International Journal of Wildland Fire. 3: 95–110. - Shakesby, R.A., Doerr, S.H., 2006. Wildfire as a hydrological and geomorphological agent. Earth-Science Reviews 74: 269-307. María Conesa Puente 70 - Shakesby, RA., 2011. Post-wildfire soil erosion in the Mediterranean: Review and the future research directions. Earth-Science Reviews. 105:71- 100. - Simkovic, L., Dlapa, P., Doerr, S.H., Mataix-Solera, J., Sasinkova, V. 2008. Thermal destruction of soil water repellency and associated changes to soil organic matter as observed by FTIR spectroscopy. Catena, 74: 205-211. - Six, J., Bossuyt, H., Degryze, S., Denef, K., 2004. A history of research on the link between(micro)aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics (Review). SoilTillage Res. 79 (1): 7-31. - Soto, B., Benito, E., Diaz-Fierros, F., 1991. Heat-induced degradation processes in forest soils. International Journal of Wildland Fire 1: 147-152. - Tate R.L., 1987. Soil organic matter. Biological and ecological effects. Wiley. New York. - Terefe, T., Mariscal-Sancho, I., Peregrina, F., Espejo R., 2008. Influence of heating on various properties of six Mediterranean soils. A laboratory study. Geoderma 143:273-280. - Trabaud, L., 2002. Post-fire vegetation recovery and dynamics in the Mediterranean area. In: Pardini, G., Pinto, J. (Eds.), Fire, Landscape and Biodiversity: an Appraisal of the Effects and Effectiveness. UdG, Girona, Diversitas, pp. 39-55. - Tinoco, P., Almendros, G., Sanz, J., González-Vázquez, R., González-Vila, F., 2006. Molecular descriptors of the effect of fire on soils under pine forest in two continental Mediterranean soils. Organic Geochemistry 37: 1995-2018. - Úbeda, X., Sala M., Imeson, A., 1990. Variaciones en la estabilidad y consistencia de un suelo forestal antes y después de ser sometido a un incendio. I Reunión Nacional de Geomorfología, Teruel, pp. 677-685. - Úbeda, X., Pereira, P., Outeiro, L., Martin, D., 2009. Effects of fire temperature on the physical and chemical characteristics of the ash from María Conesa Puente 71 two plots of cork oak (Quercus suber). Land Degradation and Development 20: 589-608. - Varela M.E., Benito E., de Blas E., 2005. Impact of wildfires on surface water repellency in soils of NW Spain. Hydrological Processes 19: 3649-3657. doi:10.1002/hyp.5850. - Varela, M.E., 2007. Efectos de los incendios forestales en la degradación física de los suelos de Galicia. PhD Thesis. Universidad de Vigo. - Viscarra, R.A., Minasny B., Roudier, P., Mcbratney, A.B., 2006. Colour space models for soil science. Geoderma, 133:320-337. - Watson, C.L., Letey, J., Mustafa M.A., 1971. The influence of liquid surface tension and liquid soild contact on liquid entry into porous area. University of California. Páginas web consultadas: - Agencia Estatal de Meterología: http://www.aemet.es - Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente: http://www.magrama.gob.es María Conesa Puente 72 RESUMEN María Conesa Puente 73 7. RESUMEN: El fuego afecta a la materia orgánica y sus propiedades. Pero se producen variaciones dependiendo de su intensidad, el tipo de suelo, la vegetación, etc. (González-Peréz et al., 2004). Este proyecto tiene como objetivo determinar las variaciones en profundidad de diferentes propiedades del suelo (Color, hidrofobicidad, densidad aparente, estabilidad estructural, carbono orgánico, carbono inorgánico y carbono pirolizado). Para llevarlo a cabo, se diseñó un experimento de quema controlada en el laboratorio con seis bloques de suelo inalterados. La zona escogida para la extracción de los bloques fueron los Montes de Zuera, dónde se cogieron seis bloques inalterados y de la capa más superficial, representativos de un suelo yesoso forestal (Gipsisol hipergípsico). A continuación se secaron al aire y tres de ellos se sometieron a una quema controlada siguiendo el método de LLovet et al., 2008. Se registró la temperatura del suelo mediante termopares. Después se han determinado el color (método Munsell), la repelencia al agua Doerr y Shakesby, 2009), densidad aparente, estabilidad estructural (kemper y Kotch, 1966) y contenido de carbono (TOC). Todo esto, se analizó a tres profundidades (Horizonte O, 1cm Ah y 2 cm Ah) y por triplicado. El efecto del fuego en el color del suelo es aparente sólo por encima de los 2 cm del perfil del suelo es en esta profundidad también dónde la repelencia al agua cambia de “muy hidrofóbica” en la superficie del suelo a “ligeramente hidrofóbica”. Respecto a la densidad aparente, va aumentando conforme aumenta también la profundidad del suelo, siendo significativo en todos los espesores muestreados del horizonte Ah. La estabilidad estructural es elevada y no varía en profundidad, en este caso, la quema ha provocado un incremento. El carbono orgánico, es significativamente mayor en la superficie que en la profundidad en las muestras control ocurriendo lo contrarío don el carbono inorgánico, ya que va aumentando de forma significativa conforme lo hace la profundidad. Además se ha obtenido una positiva significancia y correlación entre la hidrofobicidad y el carbono orgánico. María Conesa Puente 80 39 234,99 70,44 100 104,71 82,55 40 238 71,46 101 103,03 82,11 41 240,64 72,42 102 101,3 81,65 42 243,5 73,3 103 99,63 81,19 43 246,92 74,18 104 98,03 80,73 44 249,6 75 105 96,46 80,27 45 252,12 75,8 106 94,92 79,8 46 254,34 76,62 107 93,44 79,34 47 255,74 77,3 108 92 78,88 48 256,42 77,89 109 90,59 78,41 49 256,17 78,5 110 89,22 77,94 50 254,9 79,13 111 87,87 77,47 51 252,8 79,73 112 86,52 77,44 52 250,12 80,32 113 85,23 77,56 53 247,15 80,91 114 84,02 77,26 54 243,97 81,44 115 82,84 76,76 55 240,66 81,95 116 81,67 76,26 56 237,26 82,45 117 80,51 75,74 57 233,82 82,93 118 79,39 75,25 58 230,29 83,37 119 78,28 74,74 59 226,74 83,8 120 77,19 74,23 60 223,18 84,21 121 76,16 73,76 Temperatura máxima a cada profundidad. María Conesa Puente 81 8.2. Evolución logarítmica de la hidrofobicidad en los suelos respecto a la concentración de etanol en la disolución acuosa de la gota precipitada. Gráfica 1: Horizonte O, bloque control 1. Gráfica 2: Horizonte O, bloque control 2. María Conesa Puente 82 Gráfica 3: Horizonte O, bloque control 3. Gráfica 4: Horizonte O, bloque quemado 1. María Conesa Puente 83 Gráfica 5: Horizonte O, bloque quemado 2. Gráfica 6: Horizonte O, bloque quemado 3. María Conesa Puente 84 Gráfica 7: Ah 1 cm. Bloque control 1. Gráfica 8: Ah 1 cm. Bloque control 2. María Conesa Puente 85 Gráfica 9: Ah 1cm. Bloque control 3. Gráfica 10: Ah 1cm. Bloque quemado 1. María Conesa Puente 86 Gráfica11: Ah 1cm. Bloque quemado 2. Gráfica 12: Ah 1cm. Bloque quemado 3. María Conesa Puente 87 Gráfica 13: Ah 2cm .Bloque quemado 1. Gráfica 14: Ah 2cm. Bloque control 2. María Conesa Puente 88 Gráfica 15: Ah 2cm. Bloque control 3. Gráfica 16: Ah 2cm. Bloque quemado 1. María Conesa Puente 89 Gráfica 17: Ah 2cm. Bloque quemado 2. Gráfica 18: Ah 2cm. Bloque quemado 3. María Conesa Puente 96 8.7. Gráficas de los resultados obtenidos: - Hidrofobicidad: Gráfica 1: relación de los datos control y quemado con respecto a la hidrofobicidad del agua. Gráfica 2: Relación de las diferentes profundidades con la hidrofobicidad del suelo. María Conesa Puente 97 - Densidad aparente: Gráfica 3: relación de los datos control y quemado con respecto la densidad del suelo. Gráfica 4: Relación de las diferentes profundidades con la densidad del suelo. María Conesa Puente 98 - Estabilidad estructural: Gráfica 5: Relación de las diferentes profundidades con la estabilidad estructural. Gráfica 6: relación de los datos control y quemado con respecto la estabilidad estructural. María Conesa Puente 99 - Carbono pirolizado: Gráfica 7: Relación de los datos control y quemado con respecto al Carbono pirolizado. Gráfica 8: Relación de las diferentes profundidades con el Carbono pirolizado. María Conesa Puente 100 - Carbono orgánico: Gráfica 9: relación de los datos control y quemado con respecto al Carbono orgánico. Gráfica 10: Relación de las diferentes profundidades con el carbono orgánico. María Conesa Puente 101 - Carbono inorgánico: Gráfica 11: relación de los datos control y quemado con respecto al carbono inorgánico. Gráfica 12: Relación de las diferentes profundidades con el carbono inorgánico. María Conesa Puente 102 8.8. Gráficas resumen de datos: - Hidrofobicidad: - Densidad Aparente: María Conesa Puente 103 - Estabilidad estructural: - Carbono orgánico:: María Conesa Puente 104 - Carbono inorgánico: - Carbono pirolizado: María Conesa Puente 105