Os incêndios florestais de baixa gravidade e as queimadas prescritas há muito tempo são considerados pelos cientistas e gestores de recursos como sendo inofensivos para os solos, mas pode não ser o caso, nova pesquisa mostra.

De acordo com dois novos estudos de uma equipe da Universidade da Califórnia, Merced (UCM) e o Desert Research Institute (DRI), queimaduras de baixa gravidade - nas quais o fogo se move rapidamente e a temperatura do solo não excede 250oC (482oF) - causam danos à estrutura do solo e à matéria orgânica de maneiras que não são imediatamente aparentes após um incêndio.

"Quando você tem um incêndio de alta gravidade, você queima a matéria orgânica do solo e o impacto é imediato, "disse Teamrat Ghezzehei, Ph.D., investigador principal dos dois estudos e Professor Associado de Física Ambiental do Solo na UCM. "Em um incêndio de baixa gravidade, a matéria orgânica não queima, e não há destruição visível imediatamente. Mas a queima enfraquece a estrutura do solo, e a menos que você volte mais tarde e olhe cuidadosamente para o solo, você não notaria o dano. "

DRI pesquisador Markus Berli, Ph.D., Professor Pesquisador Associado de Ciências Ambientais, interessou-se por estudar este fenômeno ao visitar uma área queimada perto de Ely, Nev. Em 2009, onde ele fez a observação inesperada de que um prescrito, O fogo de baixa gravidade resultou em danos à estrutura do solo na área queimada. Ele e vários colegas da DRI conduziram um estudo de acompanhamento em outra queimadura controlada na área, e descobriu que a estrutura do solo que parecia bom imediatamente após um incêndio, mas se deteriorou ao longo das semanas e meses que se seguiram. Berli então se juntou a Ghezzehei e uma equipe da UCM que incluía o estudante de graduação Mathew Jian, e Professor Associado Asmeret Asefaw Berhe, Ph.D., para investigar mais.

O solo consiste em grandes e pequenas partículas minerais (cascalho, areia, lodo, e argila) que são unidos por matéria orgânica, água e outros materiais para formar agregados. Quando os agregados do solo são expostos a incêndios severos, a matéria orgânica queima, alterando a estrutura física do solo e aumentando o risco de erosão nas áreas queimadas. Em áreas de queima de baixa gravidade, onde a matéria orgânica não sofre perdas significativas, a equipe se perguntou se a estrutura do solo estava sendo degradada por outro processo, tal como fervendo a água contida nos agregados do solo?

Em um estudo publicado em Cartas de pesquisa geofísica da AGU em maio de 2018, a equipe UCM-DRI investigou esta questão, usando amostras de solo de uma área de floresta não queimada no condado de Mariposa, Califórnia e de matagais não queimados no condado de Clark, Nev. Para analisar os impactos de incêndios de baixa severidade na estrutura do solo. Eles aqueceram agregados de solo a temperaturas que simulavam as condições de um incêndio de baixa severidade (175oC / 347oF) durante um período de 15 minutos, em seguida, procurou por mudanças na pressão dos poros internos do solo e na resistência à tração (a força necessária para separar o agregado).

Durante o experimento, eles observaram que a pressão dos poros dentro dos agregados do solo atingiu um pico quando a água ferveu e vaporizou, em seguida, caiu à medida que as ligações nos agregados do solo se rompiam e o vapor escapava. Tensile strength measurements showed that the wetter soil aggregates had been weakened more than drier soil samples during this process.

"Our results show that the heat produced by low-severity fires is actually enough to do damage to soil structure, and that the damage is worse if the soils are wet, " Berli explained. "This is important information for resource managers because it implies that prescribed burns and other fires that occur during wetter times of year may be more harmful to soils than fires that occur during dry times."Next, the research team wondered what the impact of this structural degradation was on the organic matter that the soil structure normally protects. Soil organic matter consists primarily of microbes and decomposing plant tissue, and contributes to the overall stability and water-holding capacity of soils.

In a second study that was published in Fronteiras na Ciência Ambiental in late July, the UCM-DRI research team conducted simulated burn experiments to weaken the structure of the soil aggregates, and tested the soils for changes in quality and quantity of several types of organic matter over a 70-day period.

They found that heating of soils led to the release of organic carbon into the atmosphere as CO2 during the weeks and months after the fire, and again found that the highest levels of degradation occurred in soils that were moist. This loss of organic carbon is important for several reasons, Ghezzehei explained.

"The loss of organic matter from soil to the atmosphere directly contributes to climate change, because that carbon is released as CO2, " Ghezzehei said. "Organic matter that is lost due to fires is also the most important reserve of nutrients for soil micro-organisms, and it is the glue that holds soil aggregates together. Once you lose the structure, there are a lot of other things that happen. Por exemplo, infiltration becomes slower, you get more runoff, you have erosion."

Although the research team's findings showed several detrimental effects of fire on soils, low-severity wildfires and prescribed burns are known to benefit ecosystems in other ways—recycling nutrients back into the soil and getting rid of overgrown vegetation, por exemplo. It is not yet clear whether the negative impacts on soil associated with these low-severity fires outweigh the positives, Berli says, but the team hopes that their research results will help to inform land managers as they manage wildfires and plan prescribed burns.

"There is very little fuel in arid and semi-arid areas, and thus fires tend to be short lived and relatively low in peak temperature, " Ghezzehei said. "In contrast to the hot fires and that burn for days and weeks that we see in the news, these seem to be benign and we usually treat them as such. Our work shows that low-severity fires are not as harmless as they may appear."