Author(s): Cortizo, Maruxa Malvar
Date: 2013
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/11785
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Ciências do ambiente - Teses de doutoramento; Gestão florestal - Região Centro-Norte (Portugal); Incêndios florestais - Impacto ambiental - Região Centro-Norte (Portugal); Erosão do solo; Hidrologia florestal
Strong and sometimes extreme responses in runoff and soil erosion following wildfires have been reported worldwide. However, in the case of North-Central Portugal, little research had been carried out regarding the hydrologic and erosive impacts of several land management activities in recently burnt areas (such as ground preparation, post-fire logging or post-fire mitigation treatments). This study aims to assess post-fire runoff and soil erosion response on Eucalypt and Maritime pine plantations during the first, second and third years following wildfires. The effect of several pre-fire ground preparation operations (ploughed down-slope, contour ploughed and inclined terraces), post-fire logging activities (on both the eucalypt and pine plantations), as well as the application of hydromulch (a post-fire emergency treatment) on overland flow and soil erosion were compared to burnt but undisturbed and untreated areas. The intensive monitoring of runoff, soil erosion and selected soil properties served to determine the main factors involved in post-fire runoff and soil erosion and their spatial and temporal variation. Soil water repellency deserved special attention, due to its supposed important role for overland flow generation. Repeated rainfall simulation experiments (RSE’s), micro-scale runoff plots and bounded sediment fences were carried out and/or installed immediately after the wildfire on seven burnt slopes. Micro-scale runoff plots results under natural rainfall conditions were also compared to the RSE’s results, which was useful for assessing the representativeness of the data obtained with artificial rainfall. The results showed comparable runoff coefficient (20-60%) but lower sediment losses (125-1000 g m-2) than prior studies in Portugal, but especially outside Portugal. Lower sediment losses were related with the historic intensive land use in the area. In evaluating these losses, however, the shallowness and stoniness of the soils, as well as the high organic matter fraction of the eroded sediments (50%) must not be overlooked. Sediment limited erosion was measured in all the ploughed sites, probably due to the time since ploughing (several years). The disturbance of the soil surface cover due to post-fire logging and wood extraction substantially increased sediment losses at both the pine and eucalypt sites. Hydromulch effectiveness in reducing the runoff (70%) and sediment losses (83%) was attributed to the protective high coverage provided by hydromulch. The hydromulch significantly affected the soil cover and other soil properties and these changes also reduced the soil erosion risk. The rainfall amount was the main factor explaining the variance in runoff. However, a shift from rainfall amount to rainfall intensity was detected when either the surface cover or the infiltration capacity (hydrophilic conditions) increased. Sediment losses were controlled by rainfall intensity and surface cover. The role of soil water repellency on runoff generation was not consistent; the overall repellency levels alone were not enough to assess its hydrological impact. Soil water repellency explained runoff generation in the specific-sites model better than in the overall model. Additionally, soil moisture content was a better predictor for soil water repellency than antecedent rainfall. The natural rainfall results confirmed that RSE’s were able to capture the specific sediment losses and its organic matter content as well as the differences between the ploughed and unploughed sites. Repeated RSE’s also captured the seasonal variations in runoff and sediment losses attributed to soil water repellency. These results have implications for post-fire soil erosion modelling and soil conservation practices in the region, or areas with the same land use, climate and soil characteristics. The measured sediment loss, as well as the increasing frequency of ploughing in recently burnt and unburnt eucalypt stands, suggests ploughing is not an effective as a soil conservation measure. Logging activities with less impact are recommended in order to maintain the forest litter protecting the soil surface. Due to its high effectiveness in reducing runoff and soil erosion, hydromulch is recommended for highly sensitive and vulnerable areas.
Em todo o mundo tem sido verificado uma elevada reposta hidrológica e erosiva, e por vezes até extrema, em terrenos afetados por incêndios florestais. Contudo, no caso do norte-centro de Portugal, pouca investigação tem sido realizada sobre o impacte de vários tipos de gestão (como o tipo de lavragem, corte e retirada da madeira queimada ou tratamentos pós-fogo de mitigação da erosão) na resposta hidrológica e erosiva de áreas recentemente ardidas. Este estudo tem como objetivo a medição da escorrência e erosão do solo em plantações de eucalipto e pinheiro durante o primeiro, segundo e terceiro ano a seguir a um incêndio. O efeito de diferentes técnicas de preparação do solo (lavragem na direção do declive, lavragem seguindo as curvas de nível e terraços inclinados), do corte e retirada da madeira queimada, assim como da aplicação de “hydromulch” (tratamento pós-fogo) sobre a escorrência e erosão do solo, foi comparado com outras áreas ardidas mas não alteradas pela lavragem ou tratamentos pós-fogo. Uma monitorização intensiva da escorrência, erosão e das variáveis selecionadas foi realizada com o intuito de determinar os factores-chave nos processos de geração de escorrência e erosão pós-fogo, assim como de sua variação temporal e espacial. Uma especial atenção foi dada à repelência à água do solo dado seu suposto papel para a geração de escorrência. Experiências de chuva simulada (RSE’s) repetidas no tempo, parcelas de escorrência a microescala e barreiras de sedimentos (“sediment fence”) foram executadas e/ou instaladas imediatamente depois do incêndio em sete encostas. Os dados de escorrência e erosão com chuva natural foram comparados com os dados de RSE’s, o que se revelou útil na avaliação da adequabilidade dos dados de precipitação simulada relativamente à natural. Comparando com estudos anteriores, os resultados apresentam coeficientes de escorrência (20-60%) comparáveis, mas perdas de sedimentos (125-1000 g m-2) inferiores, a outros no âmbito nacional e especialmente fora de Portugal. As discretas taxas de sedimentos são coerentes com um historial de intenso do uso do solo na região. Na avaliação dessas perdas de sedimentos deve ser considerada a pouca profundidade e pedregosidade destes mesmos, assim como a alta taxa de matéria orgânica (50%) nos sedimentos erodidos. Quanto às medições de erosão nos locais lavrados, estas foram limitadas pela disponibilidade de sedimentos, devido ao longo periodo ocorrido (vários anos) desde que as encostas foram lavradas. A alteração da cobertura de manta morta devido às actividades de corte e extração da madeira pós-fogo incrementou substancialmente as perdas de sedimentos no eucaliptal e no pinhal. A efectividade do “hydromulch” na redução de escorrência (70%) e erosão (83%) foi atribuída ao efeito protetor proporcionado pelo tratamento. Este tratamento, também afetou significativamente a cobertura vegetal e outras propriedades do solo, que por sua vez também reduziram o risco de erosão. A quantidade de precipitação foi o primeiro factor em explicar a variância da escorrência, no entanto, uma mudança de quantidade, para intensidade da precipitação como factor principal foi detectada quando a cobertura do solo aumenta, ou quando existe alguma capacidade de infiltração (condições de hidrofílicas). A perda de sedimentos foi controlada pela intensidade da precipitação e a cobertura do solo. O efeito da repelência à água do solo, sobre a geração de escorrência, não é directo já que os valores totais de repelência não são suficientes para avaliar seu impacte hidrológico. Contudo, a repelência à água explicou a variabilidade na geração de escorrência nos modelos específicos por áreas, com maior eficácia que os modelos gerais. Adicionalmente, a humidade do solo está melhor relacionada com os níveis de repelência à água do solo do que a precipitação antecedente. Os resultados da chuva natural confirmaram que as RSE’s representaram bem as taxas específicas de perda de sedimentos, o seu conteúdo em matéria orgânica, assim como as diferenças entre locais lavrados e não lavrados. As RSE’s também registraram a componente sasonal na produção de escorrência e sedimentos, atribuída ao efeito da repelência à água do solo. Estes resultados têm implicações para a modelação da erosão e práticas de conservação do solo em áreas ardidas da região, ou zonas com o mesmo tipo de uso de solo, clima e características do solo. As perdas de solo medidas em conjunto com a crescente frequência em que as áreas ardidas e não ardidas estão a ser lavradas, sugerem que a lavragem não é efectiva para a conservação do solo florestal. É recomendado o corte da madeira queimada com menos impacto, permitindo a conservação da manta morta para a proteção do solo. Dada a elevada eficiência do “hydromulch” em reduzir escorrência e erosão, esta técnica é indicada para áreas especialmente vulneráveis e sensíveis.
En muchas partes del mundo y en terrenos afectados por incendios forestales se han registrado respuestas hidrológicas y erosivas altas o extremas. No obstante, en el caso del centro-norte de Portugal, existe poca investigación sobre el impacto de varios tipos de gestión (como el tipo de labrado, tala y extracción de la madera quemada o tratamientos post-incendio para la mitigación de la erosión) en la respuesta hidrológica y erosiva de áreas recientemente ardidas. El objetivo de este estudio es la medición de la escorrentía y erosión del suelo en plantaciones de eucalipto y pino, durante el primer, segundo y tercer año tras el incendio. El efecto de diferentes técnicas de preparación del suelo (labrado a favor de la pendiente, siguiendo las curvas de nivel o terrazas inclinadas), de la tala y retirada de la madera quemada así como de la aplicación de “hydromulch” (tratamiento post-incendio) sobre la escorrentía y la erosión fue comparado con áreas ardidas pero no alteradas por el labrado o tratamientos post-incendio. Fue realizada una monitorización intensiva (aproximadamente semanalmente) de la escorrentía, erosión y algunas variables seleccionadas, con el objetivo de determinar los factores clave en los procesos de generación de la escorrentía y la erosión postincendio, así como su variación temporal y espacial. La repelencia al agua del suelo recibió una atención especial debido a su supuesto papel en la generación de escorrentía. Experiencias de lluvia simulada (RSE’s) repetidas en el tiempo, parcelas de campo a micro-escala y trampas de sedimentos (“sediment fence”) fueron ejecutadas y/o instaladas inmediatamente después del incendio en siete laderas. Los datos de escorrentía y erosión de lluvia natural fueron comparados con los datos de RSE’s, lo que resultó especialmente útil para evaluar la representatividad de los datos de lluvia artificial frente a la lluvia natural. Los resultados muestran valores de escorrentía (20-60%) comparables pero menores perdidas de sedimentos (125-1000 g m-2) que estudios anteriores en Portugal, pero especialmente fuera de Portugal. Las tasas bajas de sedimentos están en concordancia con un uso del suelo intensivo en la zona. Igualmente, para evaluar las bajas pérdidas de sedimentos deben ser considerados factores como la poca profundidad y pedregosidad de los suelos así como la alta tasa de materia orgánica (50%) en los sedimentos erosionados. En todas las áreas labradas, debido al tiempo transcurrido desde el labrado (varios años), la erosión fue limitada por la disponibilidad de sedimentos. La alteración del cubierto de manta muerta debido a la tala y extracción de la madera quemada incrementó sustancialmente las pérdidas de sedimentos en el eucaliptal y el pinar. La efectividad del “hydromulch” para reducir la escorrentía (70%) y la erosión (83%) puede ser atribuida a la cubierta protectora proporcionada por el tratamiento. Adicionalmente, el tratamiento afectó significativamente la cobertura y otras propiedades del suelo, lo que también contribuyó a reducir el riesgo de erosión. La cantidad de lluvia fue el primer factor en explicar la variación de la escorrentía. Aunque, un cambio de cantidad a intensidad de lluvia como factor principal es detectado cuando aumenta la cubierta del suelo o bien alguna capacidad de infiltración está presente (condiciones de hidrofilia). La pérdida de sedimentos fue controlada por la intensidad de lluvia y la cobertura del suelo. El efecto de la repelencia al agua del suelo sobre la generación de escorrentía no es directo, ya que los valores totales de repelencia no son suficientes para evaluar su impacto hidrológico. La repelencia al agua explica la generación de escorrentía mejor en los modelos específicos por áreas que en los modelos generales. Adicionalmente, la humedad del suelo resulta ser un mejor indicador para la repelencia al agua del suelo que la precipitación previa. Los resultados de lluvia natural confirman que las RSE’s capturaron bien las tasas específicas de pérdida de sedimentos, su contenido en materia orgánica así como las diferencias entre laderas labradas y no labradas. Las RSE’s repetidas también capturaron la componente estacional de la escorrentía y sedimentos atribuida al efecto de la repelencia al agua del suelo. Estos resultados tienen implicaciones para la modelación de la erosión y prácticas de conservación del suelo en áreas ardidas de la región, o zonas con el mismo tipo de uso del suelo, clima y características del suelo. Las pérdidas de suelo medidas conjuntamente con la creciente frecuencia en que las áreas ardidas o no ardidas están siendo labradas, sugieren que el labrado no es efectivo para la conservación del suelo forestal. Son aconsejables talas y cortes cuidadosos de la madera quemada con menor impacto y que permitan la conservación de la manta muerta para la protección del suelo. Dada la alta efectividad del “hydromulch” para reducir la escorrentía y la erosión, se recomienda esta técnica para áreas especialmente vulnerables y sensibles.
