Waldbrände mit geringem Schweregrad treffen Böden stärker als bisher angenommen

Anonim

Von Wissenschaftlern und Ressourcenmanagern wird seit langem angenommen, dass Waldbrände und verschriebene Verbrennungen mit geringem Schweregrad für Böden unschädlich sind, aber dies ist möglicherweise nicht der Fall, wie neue Forschungsergebnisse zeigen.

Laut zwei neuen Studien eines Teams von der University of California, Merced (UCM) und dem Desert Research Institute (DRI), verursachen Verbrennungen von geringer Schwere - in denen Feuer sich schnell bewegt und die Bodentemperatur nicht über 250 ° C steigt - Schäden um Struktur und organische Materie auf eine Art und Weise zu strukturieren, die nach einem Brand nicht sofort sichtbar ist.

"Wenn Sie ein hochgradiges Feuer haben, verbrennen Sie die organische Substanz aus dem Boden und die Auswirkungen sind sofort spürbar", sagte Teamrat Ghezzehei, Ph.D., Hauptforscher der beiden Studien und Associate Professor für Umwelt-Bodenphysik an der UCM. "In einem schwachen Feuer brennt das organische Material nicht ab, und es gibt keine sichtbare Zerstörung. Aber das Brennen schwächt die Bodenstruktur, und wenn du nicht zu einem späteren Zeitpunkt zurückkehrst und den Boden sorgfältig betrachtest, Du würdest den Schaden nicht bemerken. "

DRI-Forscher Markus Berli, Associate Research Professor für Umweltwissenschaften, interessierte sich für dieses Phänomen, als er 2009 in einem verbrannten Gebiet in der Nähe von Ely, Nevada, das verordnete Feuer mit geringem Schweregrad beobachtete hatte in der verbrannten Fläche zu Schäden an der Bodenstruktur geführt. Er und einige Kollegen vom DRI führten eine Folgestudie über eine weitere kontrollierte Verbrennung in der Gegend durch und fanden heraus, dass die Bodenstruktur unmittelbar nach einem Brand in Ordnung war, sich aber in den folgenden Wochen und Monaten verschlechterte. Berli schloss sich dann mit Ghezzehei und einem Team von UCM zusammen, das seinen Doktoranden Mathew Jian und den außerordentlichen Professor Asmeret Asefaw Berhe, Ph.D., einschloss, um weitere Untersuchungen durchzuführen.

Der Boden besteht aus großen und kleinen mineralischen Partikeln (Kies, Sand, Schluff und Ton), die durch organische Materie, Wasser und andere Materialien zu Aggregaten zusammengehalten werden. Wenn Bodenaggregate starken Bränden ausgesetzt sind, verbrennt das organische Material, verändert die physische Struktur des Bodens und erhöht das Risiko der Erosion in verbrannten Gebieten. In Gebieten mit geringem Schweregrad, in denen organisches Material keine nennenswerten Verluste erleidet, fragte sich das Team, ob die Bodenstruktur durch einen anderen Prozess wie das Kochen von Wasser in den Bodenaggregaten abgebaut wird.

In einer Studie, die im Mai 2018 in AGU Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, untersuchte das UCM-DRI-Team diese Frage anhand von Bodenproben aus einem unverbrannten Waldgebiet in Mariposa County, Kalifornien, und aus unverbranntem Buschland im Clark County, Nevada, um die Auswirkungen zu analysieren von Schwerstbränden auf die Bodenstruktur. Sie erhitzten Bodenaggregate auf Temperaturen, die die Bedingungen eines leichten Brandes (175 ° C / 347 ° F) über einen Zeitraum von 15 Minuten simulierten, danach suchten sie nach Veränderungen des inneren Porendrucks und der Zugfestigkeit (der Kraft, die erforderlich ist, um das Aggregat auseinander zu ziehen) ).

Während des Experiments beobachteten sie, dass der Porendruck innerhalb der Bodenaggregate auf einen Höchstwert anstieg, als Wasser kochte und verdampfte, und fiel dann ab, als die Bindungen in den Bodenaggregaten abbrachen und Dampf entwich. Zugfestigkeitsmessungen zeigten, dass die feuchteren Bodenaggregate während dieses Prozesses stärker abgeschwächt wurden als trockenere Bodenproben.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Hitze, die durch Feuer geringer Intensität erzeugt wird, tatsächlich ausreicht, um die Bodenstruktur zu schädigen, und dass der Schaden schlimmer ist, wenn die Böden nass sind", erklärte Berli. "Dies ist eine wichtige Information für Ressourcenmanager, da vorgeschriebene Verbrennungen und andere Brände während der feuchteren Jahreszeit für Böden schädlicher sein können als Brände, die während der Trockenzeit auftreten." Als nächstes fragte sich das Forschungsteam, welche Auswirkungen dies haben könnte Struktureller Abbau war auf der organischen Substanz, die die Bodenstruktur normalerweise schützt. Bodenorganische Materie besteht hauptsächlich aus Mikroben und zersetzendem Pflanzengewebe und trägt zur Gesamtstabilität und Wasserspeicherkapazität von Böden bei.

In einer zweiten Studie, die Ende Juli in Frontiers in Environmental Science veröffentlicht wurde, führte das UCM-DRI-Forschungsteam simulierte Verbrennungsexperimente durch, um die Struktur der Bodenaggregate zu schwächen und die Böden auf Qualitäts- und Quantitätsänderungen verschiedener Arten von organischen Substanzen zu testen Angelegenheit über einen Zeitraum von 70 Tagen.

Sie fanden heraus, dass die Erwärmung von Böden in den Wochen und Monaten nach dem Brand zur Freisetzung von organischem Kohlenstoff in die Atmosphäre als CO2 führte, und stellte erneut fest, dass der höchste Grad an Abbau in feuchten Böden stattfand. Dieser Verlust an organischem Kohlenstoff ist aus mehreren Gründen wichtig, erklärte Ghezzehei.

"Der Verlust organischer Substanz vom Boden in die Atmosphäre trägt direkt zum Klimawandel bei, weil dieser Kohlenstoff als CO2 freigesetzt wird", sagte Ghezzehei. "Organische Materie, die durch Brände verloren geht, ist auch die wichtigste Nährstoffreserve für Bodenmikroorganismen, und es ist der Leim, der die Bodenaggregate zusammenhält. Sobald Sie die Struktur verlieren, passieren viele andere Dinge. Zum Beispiel wird die Infiltration langsamer, Sie erhalten mehr Abfluss, Sie haben Erosion. "

Obwohl die Ergebnisse des Forschungsteams mehrere schädliche Auswirkungen von Feuer auf Böden zeigten, sind Waldbrände mit geringem Schweregrad und vorgeschriebene Verbrennungen dafür bekannt, Ökosystemen auf andere Weise zu helfen - indem sie Nährstoffe in den Boden zurückverwerten und beispielsweise überwucherte Vegetation entfernen. Es ist noch nicht klar, ob die negativen Auswirkungen auf den Boden, die mit diesen geringgradigen Bränden verbunden sind, die positiven überwiegen, sagt Berli, aber das Team hofft, dass ihre Forschungsergebnisse dazu beitragen werden, Landverantwortliche bei der Bewältigung von Waldbränden und geplanten Verbrennungen zu informieren.

"Es gibt sehr wenig Brennstoff in trockenen und halbtrockenen Gebieten, und daher sind Brände eher kurzlebig und haben relativ niedrige Peaktemperaturen", sagte Ghezzehei. "Im Gegensatz zu den heißen Feuern und den verbrannten Tagen und Wochen, die wir in den Nachrichten sehen, scheinen diese gutartig zu sein, und wir behandeln sie in der Regel als solche. Unsere Arbeit zeigt, dass Brände mit geringem Schweregrad nicht so harmlos sind wie sie erscheinen. "

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