Scientific registration number: 1650 Symposium nº: 11 Presentation: Poster

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1 Scientific registration number: 1650 Symposium nº: 11 Presentation: Poster Evolución de las propiedades del suelo en una zona mediterránea semiárida quemada del Sureste de España Evolution des propriétés du sol dans une zone méditerranéenne semi-aride brûlée du Sud-Est de l Espagne Evolution of soil properties in a semiarid mediterranean burnt area of Southeast Spain HERNANDEZ BASTIDA Joaquin A. 1 ; MARTINEZ SANCHEZ Juan J. 2, VELA DE ORO Nuria Dpto. Química Agrícola, Geología y Edafología. Fac. Químicas. Universidad de Murcia. Campus de Espinardo Espinardo. Murcia. España. 2.- Dpto. Producción Vegetal y Tecnología Agraria. E.T.S. de Ingenieros Agrónomos. Universidad de Castilla - La Mancha Albacete. España. INTRODUCCION El fuego provoca importantes alteraciones en los ecosistemas en los que se produce, tanto más graves cuanto mayor es la duración del incendio y más altas las temperaturas alcanzadas. Uno de los elementos afectados por el fuego es la capa más superficial del suelo que puede experimentar acusados cambios como consecuencia de aquél. Por otra parte, la brusca eliminación de la cubierta vegetal abre el camino a la degradación del suelo por erosión hídrica favorecida en zonas de montaña por las fuertes pendientes que facilitan y aceleran el arrastre y pérdida de la parte superior del mismo con lo que ve considerablemente mermada su fertilidad e interrumpida su evolución. Los muy diversos factores que concurren en cada incendio particular -duración, temperatura alcanzada, tipo y densidad de la cubierta vegetal, cantidad de cenizas aportadas al suelo, etc.- provocan una cierta dispersión en los resultados obtenidos por diferentes autores, en ocasiones contradictorios, en relación con los efectos derivados de la acción del fuego sobre diversas propiedades del suelo (St.Jhon and Rundel, 1976; DeBano et al., 1979; DeBano and Conrad, 1978; Adams and Boyle, 1980; Mroz et al., 1980; Kitur and Frye, 1983; Trabaud, 1983; Covington and Sackett, 1986; Stock and Lewis, 1986; Velasco et al., 1986; Kutiel and Naveh, 1987; Binkley et al., 1992; Ulery and Graham, 1993; Carreira and Niell, 1994). Al objeto de contribuir al conocimiento de los efectos provocados por el fuego sobre algunas propiedades del suelo así como su evolución en el tiempo se ha llevado a cabo el estudio de una zona quemada bajo condiciones mediterráneas semiáridas en el Sureste de España (Yeste, Albacete). 1

2 MATERIAL Y METODOS El área de estudio se encuentra situada al SW de la provincia de Albacete (España), en el término municipal de Yeste, entre las Sierras de Alcaraz y Segura, con una altitud que oscila entre 800 y 1000 metros. En Agosto de 1989 tuvo lugar un incendio en dicha zona resultando quemadas alrededor de 8 Ha. de pinar que posteriormente, en 1994, a consecuencia de un nuevo incendio, se vieron afectadas por el fuego por segunda vez. Si bien de acuerdo con la clasificación fitosociológica la vegetación climácica de la zona de estudio son encinares pertenecientes a la asociación Pyro-bourgaenae-Querceto rotundifolia S (Herranz et al., 1991), la acción continuada del hombre sobre estas áreas ha favorecido la expansión de los pinares naturales que en la actualidad dominan el paisaje del valle. Así, la vegetación quemada correspondía a un pinar de Pinus halepensis y Pinus pinaster con sotobosque de Quercus rotundifolia, Juniperus oxycedrus, Pistacia lentiscus, Phillyrea angustifolia, Dorycnium pentaphyllum, Rosmarinus officinalis, Cistus ladanifer, Cistus monspeliensis, etc. El clima es de tipo mediterráneo semiárido, caracterizado por una precipitación media anual de mm concentrada en primavera y otoño, y por un largo período seco estival- Junio a Septiembre-, con temperatura media anual de 13 ºC. En estas condiciones los suelos mejor representados en la zona afectada son Regosoles eútricos (FAO, 1994), ligeramente desaturados, desarrollados a partir de materiales arenosos de naturaleza cuarcítica. A continuación del primer incendio en 1989 se instalaron 3 parcelas de 5 x 10 m (50 m 2 ) de las cuales-la 2 y la 3- se vieron afectadas por el segundo incendio en 1994, comenzando una nueva etapa de evolución mientras que la parcela 1 continuó la evolución iniciada tras el primer incendio. En ellas se han tomado muestras de la capa superficial (0-10cm) cada 6 meses aproximadamente durante los tres primeros años y anualmente a partir de ese momento, continuándose la toma de muestras de suelo a partir del segundo incendio de forma anual hasta Paralelamente se ha llevado el control con una serie de muestras de suelos inalterados de la misma zona. En las muestras de suelo se han realizado las determinaciones siguientes: Carbono orgánico (Anne,1945, en Duchaufour, 1970), Nitrógeno total (Kjeldahl, en Duchaufour, 1970), Sustancias húmicas (Schnitzer, 1982), ph en agua y KCl 1N (Peech, 1965), Conductividad eléctrica del extracto de saturación (Bower & Wilcox, 1965), Capacidad de cambio catiónico (Chapman, 1965), P asimilable (Watanabe & Olsen, 1965), Ca, Mg, Na y K asimilables (Pratt, 1965), Fe asimilable (Lindsay & Norwell, 1969), Análisis granulométrico (tamización para las fracciones gruesas y sedimentación para partículas < 20 m). RESULTADOS Y DISCUSION Carbono orgánico (CO). Sustancias húmicas totales (SHT). Acidos húmicos (AH) De acuerdo con los resultados obtenidos -Tabla 1- se aprecia un aumento de C orgánico tras el incendio en relación al suelo inalterado. Posteriormente durante los dos años siguientes al incendio tiene lugar la colonización de las parcelas por una vegetación constituida fundamentalmente por herbáceas anuales que va siendo progresivamente sustituida en los años siguientes por una vegetación leñosa relativamente estabilizada a partir del 5º-6º años. El aporte de los restos orgánicos tanto aéreos como subterráneos de las mismas manifiesta, en general, por un incremento progresivo en el tiempo de este constituyente. La parcela 1 presenta un comportamiento algo distinto de manera que si bien experimenta un incremento en C hasta el segundo año, se produce en ese punto una disminución del mismo coincidente con la práctica desparición de las herbáceas de la misma. Esta sustitución de las herbáceas que tiene 2

3 lugar aproximadamente al mismo tiempo en todas las parcelas no afecta de la misma forma a todas ellas. Así, mientras en las 2 y 3 el fuerte aporte de restos orgánicos mantiene el aumento de C a lo largo de varios meses durante los cuales la vegetación leñosa se estabiliza, compensando con sus aportes los de la vegetación desaparecida, no ocurre así con la 1 en la que la proporción de herbáceas es escasa y no llega a provocar este efecto, produciéndose un descenso en C hasta que la vegetación leñosa estabilizada vuelve a compensar el deficit provocado por la desaparición de aquélla, manteniéndose en los años posteriores con escasas variaciones. Se aprecia, igualmente, un aumento en el contenido en Sustancias húmicas totales y Acidos húmicos en todas las parcelas en relación con el suelo inalterado. Tabla 1. Resultados analíticos generales Muestra C.O. N C/N SHT AH ph C.E. C.C.C. % % % H2O KCl ds/m cmol/kg Parcela 1 1 0,76 0,065 11,6 0,32 0,11 6,7 6,0 0,46 10, Parcela Parcela Testigo Hor. A Fecha toma de muestras: 1: 2/89. 2: 8/90. 3: 2/91. 4: 11/91. 5: 6/92. 6: 6/93. 7: 4/95. 8: 4/96. El segundo incendio afecta de forma diferente a las parcelas 2 y 3. Así mientras la parcela 2 experimenta una sensible disminución en C orgánico, la parcela 3 parece haber recibido un importante aporte de restos orgánicos procedentes del incendio que provocan una considerable subida en este constituyente. Sin embargo, no se traduce en un aumento en el contenido de sustancias húmicas totales, lo que hace pensar que se trata de restos vegetales poco alterados por el incendio. 3

4 Los valores de N se muestran superiores a los del suelo testigo a lo largo de todo el proceso evolucionando en el tiempo de manera estrechamente ligada a como lo hace el carbono del suelo. Cabe señalar tras el segundo incendio el comportamiento diferente que se observa en las parcelas 2 y 3. Así, mientras la parcela 3 experimenta un notable aumento de N, al igual que ocurría con el carbono, en la parcela 2, por el contrario, se produce una sensible disminución de este constituyente, ligado sin duda a las condiciones de mayor intensidad de fuego en esta parcela que provocan una pérdida más acusada del mismo. ph Conductividad eléctrica El ph presenta sólo pequeñas oscilaciones a lo largo del tiempo de muestreo que no suponen más allá de 0 5 unidades, apreciándose un ligero incremento en los meses posteriores a ambos incendios. Hay que señalar un comportamiento similar para la Conductividad eléctrica. La naturaleza fundamentalmente arenosa de estos suelos condiciona en los mismos una capacidad de retención de cationes baja que se traduce en que los cambios experimentados tanto por el ph como por la CE sean poco apreciables y, en general, se produzcan de forma puntual y muy localizadamente en el tiempo, en el momento en que tienen lugar los aportes de cenizas, ya que los cationes aportados por las mismas son rapidamente perdidos por lavado. Este efecto se hace más acusado en la CE cuyas variaciones son más acentuadas a lo largo del proceso al incidir de manera más inmediata sobre la misma el aporte de constituyentes solubles. A veces los incrementos más notables de CE no ocurren de forma inmediata al incendio sino que se dilatan algo en el tiempo consecuencia quizá del arrastre y deposición en estas parcelas de materiales situados en zonas topográficamente más altas. Capacidad de cambio La capacidad de intercambio catiónico, como propiedad estrechamente ligada al contenido en materia orgánica del suelo, evoluciona de forma muy similar a como lo hace este constituyente, de manera que se aprecia una correspondencia entre los valores de ambos. A lo largo del seguimiento realizado se observa que todas las parcelas presentan presentan una CCC baja -aunque siempre superior a las de las muestras del suelo inalterado- que en ningún caso supera los 15 cmolkg -1, como corresponde a suelos con alto contenido en arena y niveles de medio a bajos de materia orgánica. Los resultados obtenidos -Tabla 1- permiten señalar, asimismo, que si bien los valores de CCC son similares en todas las parcelas a pesar de las diferencias que presentan en carbono orgánico, se debe a un menor porcentaje de humificación en las parcelas 2 y 3 frente a la 1, en buen acuerdo con los valores obtenidos para las sustancias húmicas totales. 4

5 Tabla 2. Elementos asimilables y análisis granulométrico. Muestra Ca Mg Na K Fe P Arena Limo Arcilla mgkg -1 % Parcela Parcela Parcela Testigo Hor. A Elementos asimilables: Ca, Mg, Na, K, Fe y P De los resultados obtenidos del estudio se puede apreciar, en general, un incremento de -Ca, Mg, Na y K asimilables -Tabla 2- en las primeras etapas tras el incendio y que se mantienen por encima de los contenidos del perfil de referencia a lo largo del período muestreado. Este efecto ampliamente observado por otros autores (St.Jhon & Rundel., 1976; Carreira & Niell, 1994) se ve limitado en estos suelos por la naturaleza arenosa de los mismos que condiciona una baja capacidad de retención de iones. De acuerdo con estos resultados cabe señalar, con carácter general, mayores niveles de Ca y Mg en la parcela 3 que en las otras dos, produciéndose un nuevo incremento tras el segundo incendio. Se observa, además, tras el mismo un desfasaje en el tiempo entre las parcelas 2 y 3 en relación a estos elementos, sin duda debido a una mayor cantidad de aportes en la parcela 3, aportes que, por otra parte, se producen más cercanos en el tiempo al incendio en la parcela 3 y más tardiamente en la 2, con lo que mientras la parcela 2 experimenta un incremento en estos elementos asimilables a los pocos meses del incendio, la parcela 2 en la que ya se ha producido anteriormente, comienza a sufrir pérdidas por lavado y descienden estos valores. 5

6 Puede apreciarse, asimismo, que los iones Na y K presentan una mayor variabilidad a lo largo del intervalo de muestreo como corresponde a su mayor movilidad, estrechamente ligada a los períodos de precipitación de la zona de estudio. En relación con los resultados obtenidos -Tabla 2- se observa un aumento en el contenido en Fe asimilable tras el primer incendio que disminuye posteriormente a medida que va siendo utilizado por las plantas, volviendo a producirse un nuevo incremento tras el segundo fuego en las parcelas reincendiadas. Parece claro que si bien se producen oscilaciones en el contenido de este elemento de forma natural, la disponibilidad del mismo se ve ampliamente afectada por el efecto del fuego que provoca la liberación de las formas ligadas a la materia orgánica a la vez que pone en situación de mayor disponibilidad a los óxidos de Fe y otras formas intermedias liberadas en la alteración. En todos los casos el contenido en Fe asimilable permanece sensiblemente por encima en las parcelas quemadas frente al perfil testigo. Todas las parcelas estudiadas presentan contenidos más altos en P asimilable tras el primer incendio que las muestras correspondientes a suelo inalterado. Este constituyente disminuye rapidamente en los meses siguientes para volver a experimentar un sensible incremento a continuación del segundo incendio. Este hecho pone de manifiesto la influencia directa ejercida por la acción del fuego sobre la disponibilidad de este elemento si bien se trata de una influencia efímera, volviéndose a los niveles anteriores al incendio a medida que este elemento va siendo utilizado por las plantas. CONCLUSIONES De lo anteriormente expuesto se puede concluir que en las parcelas estudiadas se produce como consecuencia del fuego un aumento de C orgánico, N total, Sustancias húmicas totales, Acidos húmicos, Capacidad de cambio catiónico, Ca, Mg, Na, K, Fe y P asimilables, ph y Conductividad eléctrica, si bien estos dos últimos parámetros experimentan oscilaciones más acentuadas en el tiempo debido a la escasa capacidad de retención de iones de estos suelos. Este efecto vuelve a manifestarse tras el segundo incendio en las dos parcelas reincendiadas. Estos constituyentes y parámetros del suelo indicados evolucionan en el tiempo acercándose a los niveles que se presentan en los suelos inalterados, a medida que va reconstituyendose la vegetación característica de los mismos. No se aprecian pérdidas significativas de elementos finos dada la rapidez con que se reconstituye una cubierta vegetal protectora. REFERENCIAS Adams P. W. and Boyle, J. R Effects of fire on soil nutrients in clearcut and whole-tree harvest-sites in Central Michigan. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, Binkley, D., Richter, D., David, H. B. & Cladwell, B Soil chemistry in a loblolly/longleaf pine forest with interval burning. Ecol. Applications, 2, Bower, C. A. & Wilcox, L. V Soluble salts, pp , in C. A. Black, Ed., Methods of soil analysis, part. 2, 2nd edition. Am. Soc. of Agron., Wisconsin, USA. Carreira, J. A. & Niell, F. X Mobilization of nutriens by fire in a semiarid gorse-scrubland ecosystem of southern Spain. Arid Soil Res. and Rehab., 9, Chapman, H. D Cation-exchange capacity, pp , in C. A. Black, Ed., Methods of soil analysis, part. 2, 2nd edition. Am. Soc. of Agron., Wisconsin, USA. 6

7 Covington, N. W. and Sackett, S. S Effect of periodic burning on soil nitrogen concentrations in ponderosa pine. Soil Sci. soc. Am. J., 50, Debano, L. F. and Conrad, C. E The effect of fire on nutriens in a chaparral ecosystem. Ecology, 59, Debano, L. F. Eberlein, G. E. and Donn, P. H Effects of burning on chaparral soil. I. Soil nitrogen. Soil Sci. Soc. Am. J., 43, Duchaufour, Ph Précis de Pédologie. Masson, Paris. Herranz, J.M., Martínez, J.J. & De las Heras, J Fragmenta chorologica occidentalia. Anals. Jard. Bot. Madrid, 49 (1), FAO World Reference Base for Soil Resources. Draft. FAO, Roma. Kitur, B. K. & Frye, W. W Effects of heating on soil chemical properties and growth and nutrient composition of corn and millet. Soil Sci. Soc. Am. J., 47, Kutiel, P. & Naugh, Z Soil properties beneath Pinus halepensis and Quercus calliprirnos trees on burned and unburned mixed forest on Mt. Carmel, Israel. Forest Ecol. and Manag., 20, Lindsay, W. L. & Norvell, W. A Development of a DTPA micronutrient soil test. Agron. Abst., 84. Mroz, G. D., Jurgensen, M. F., Harvey, A. E. and Larsen, M. J Effects of fire on nitrogen in forest floor horizons. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, Peech, M Hydrogen ion activity, pp , in C. A. Black, Ed., Methods of soil analysis, part. 2, 2nd edition. Am. Soc. of Agron., Wisconsin, USA. Pratt, M Potassium and Sodium, pp , in C. A. Black, Ed., Methods of soil analysis, part. 2, 2nd edition. Am. Soc. of Agron.,Wisconsin, USA Schnitzer, M Organic matter characterization, pp , in A.L. Page Ed. Methods of Soil Analysis, Part 2, 2ª Ed.Am. Soc. of Agron. Wisconsin. St.Jhon, T. V. & Rondel, P. W The role of fire as a mineralizing agent in a sierran coniferous forest. Oecologia, 25, Stock, W. D. & Lewis, O. A. M Soil nitrogen and the role of fire as a mineralizing agent in a South african coastal fynbos ecosystem. J. of Ecol. 74, Trabaud, L The effects of different fire on soil nutrient levels in Quercus coccifera garrigue. In Ecological Studies, vol. 43, Mediterranean-Type Ecosystems. Ed. Kruger, F. J., Mitchell, D. T. & Jarvis, J. H. Springer Verlag, Ulery, A. L. and Graham, R. C Forest fire effects on soil color and texture. Soil Sci. Soc. Am. J., 57, Velasco, F., Lozano, J. M. & Bello, A Alteraciones fisico-químicas, bioquímicas y biológicas en áreas quemadas de Pinus pinaster. Bol. Est. Centr. Ecol., 29, Watanabe, F. S. & Olsen, S. R Test of ascorbic acid method for determination of phosphorus in water and NaHCO 3 extracts from soil. Soil Sc. Soc. Am. Proc., Palabras clave: fuego, suelo quemado, nutrientes, Regosoles eútricos, España Mots clés: feu, sol brûlé, éléments nutritifs, Eutric Regoloso, Espagne Keywords : fire, burnt soil, nutrients, Eutric Regosols, Spain 7