Por Mundoagro.cl el 6 junio, 2018

Productividad quemada

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productividad quemada

Durante  el  verano  de  2017,  se  quemaron  en  Chile  cerca  de  600.000  hectáreas  producto  de  incendios  forestales,  que  afectaron  desde  la  V  a  la  X  regiones  del  país,  concentrándose  en  la  VI  y  VII  regiones.  Esta  cifra  fue  seis  veces  superior  a  los  máximos  históricos  y,  según  los  expertos,  se  produjo  debido  a  la  combinación  de  tres  factores  climáticos  clave:  altas  temperaturas,  baja  humedad  relativa  y  presencia  de  vientos.

Estos  eventos  provocaron,  además  de  los  impactos  económicos  y  sociales,  graves  alteraciones  ambientales,  tales  como  disminución  de  caudal  en  fuentes  de  agua  y  pérdida  de  la  biodiversidad.  La  gran  mayoría  de  estos  incendios  tienen  su  origen  en  actividades  del  ser  humano,  ocasionada  por  descuidos,  prácticas  de  quema  (roce)  o  intencionalidad  (CONAF,  2018).

Los  efectos  del  fuego  en  los  suelos  dependen  de  su  intensidad,  la  que  afecta  la  temperatura  del  suelo  a  diferentes  profundidades.  Así  lo  demuestran  varios  estudios  en  los  cuales  se  ha  determinado  que  los  efectos  de  las  quemas  de  residuos  forestales  sobre  el  suelo  afectan  la  materia  orgánica  parcialmente  descompuesta  y  la  fracción  de  humus  cuando  el  fuego  es  intenso,  así  como  el  N disponible,  debido  a  su  estrecha  relación  con  la  materia  orgánica.  Los  contenidos  de  P  y  K  solo  muestran  cambios  en  los  primeros  centímetros,  pero  no  se  ven  afectados  en  las  capas  más  profundas  del  suelo.  El  Ca  y  Mg  se  incrementan,  al  aumentar  los  contenidos  de  ceniza  en  el  suelo  debido  a  la  combustión,  lo  mismo  que  el  pH  del  suelo.  La  intensidad  del  fuego  determinará  también  el  efecto  en  las  propiedades  físicas  del  suelo,  generándose  erosión  hídrica  dependiendo  de  las  características  climáticas  del  lugar  o  las  prácticas  de  roturación  de  suelo  que  se  realicen  después  del  incendio.  Con  respecto  al  daño  a  la  biodiversidad,  los  microorganismos  del  suelo  muestran  una  recuperación  más  rápida  que  la  mesofauna  afectada.

En  el  caso  de  quemas  de  residuos  de  cosecha,  también  se  alcanzan  altas  temperaturas  superficiales  en  el  suelo.  Esta  práctica,  común  en  zonas  productoras  de  cereales,  presenta  ventajas  y  desventajas,  estas  últimas  relacionadas  con  la  reducción  de  la  microflora  y  la  materia  orgánica  del  suelo.

En  un  incendio  forestal,  las  temperaturas  pueden  alcanzar  entre  600  y  1000°C,  llegando  incluso  a  1500°C,  lo  que  genera  importantes  efectos  en  el  suelo,  tales  como  pérdida  de  la  humedad  del  suelo,  disminución  de  la  conductividad  eléctrica,  cambios  en  la  capacidad  de  intercambio  catiónico  y  los  ciclos  de  algunos  elementos;  pérdida  de  materia  orgánica  del  suelo,  que  genera  desestabilización  de  los  agregados  y  su  posterior  disgregación;  formación  de  sustancias  orgánicas  repelentes  al  agua  (hidrofóbicas),  debido  a  la  modificación  de  determinados  minerales,  lo  que  produce  que  el  suelo  no  se  moje  en  contacto  con  el  agua,  facilitando  su  erosión;  pérdida  de  nutrientes  como  nitrógeno  (N)  y  fósforo  (P)  que  se  volatilizan  a  200°C;  el  potasio  (K)  y  el  calcio  (Ca),  lo  hacen  a  500°C;  oxidación  de  elementos  metálicos  tales  como  el  calcio  (Ca),  el  potasio  (K)  y  el  magnesio  (Mg),  los  cuales  se  hacen  más  solubles,  generando  la  posibilidad  de  que  se  pierdan  por  infiltración  o  escurrimiento  luego  de  una  lluvia,  disminuyendo  la  fertilidad  del  suelo;  muerte  de  organismos  por  exceso  de  temperatura,  y  disminución  de  la  actividad  biológica,  afectando  negativamente  a  los  ciclos  biogeoquímicos  de  algunos  elementos  del  suelo.

Cambios en las propiedades del suelo

Luego  de  un  incendio,  las  propiedades  del  suelo  se  ven  significativamente  perjudicadas,  debido  a  que  la  materia  orgánica  es  combustionada  rápido,  lo  que  produce  deterioro  de  la  estructura,  pérdida  de  nutrientes,  reducción  de  tamaño  de  la  biomasa  microbiana  y  de  las  capacidades  catalíticas  del  suelo.  Por  otra  parte,  el  fuego  actúa  como  un  agente  acelerador  de  la  mineralización,  que  libera  nutrientes  instantáneamente  a  diferencia  de  los  procesos  de  descomposición  natural,  que  pueden  requerir  años  en  hacerlo.  Los  efectos  de  los  incendios  sobre  las  diferentes  propiedades  químicas,  físicas  y  microbiológicas  del  suelo  se  presentan  a  continuación:

Materia  orgánica:

La  materia  orgánica  juega  un  rol  clave  en  las  propiedades  físicas,  químicas  y biológicas  del  suelo  contribuyendo  a  la  productividad  general  del  sistema.  En  los  suelos  forestales  la  materia  orgánica  se  concentra  en  la  superficie,  y  está  formada  por  una  capa  de  hojarasca,  residuos  vegetales,  parcialmente  descompuestos  y  altamente  lignificados,  humus,  y  carbón  o  madera  carbonizada  mezclada  en  el  suelo  mineral.  La  materia  orgánica  es  un  reservorio  de  varios  nutrientes,  fuente  de  la  mayoría  del  fósforo  disponible  (P),  azufre  (S),  y  prácticamente  todo  el  nitrógeno  disponible  (N).  Proporciona  sitios  de  intercambio  catiónico  químicamente  activos  y  permite  la  formación  y  mantención  de  agregados,  lo  cual  mejora  la  estructura  del  suelo  creando  macroporos,  mejorando  la  aireación  del  suelo  e  infiltración.  Además,  suministra  compuestos  de  carbono  (C)  que  sirven  como  fuente  de  energía  para  los  microorganismos  del  suelo.  Ambas  funciones  son fundamentales  para  mantener  la  calidad  nutricional  y  la  capacidad  de  retención  de  humedad  de  los  suelos.

Cuando  ocurre  un  incendio,  la  materia  orgánica  del  suelo  sufre  transformaciones  físicas  y  químicas  durante  su  combustión.  Cuando  se  alcanza  los100°C  el  agua  libre  se  evapora.  Entre  los  130°C  y  190°C  la  lignina  y  la  hemicelulosa  comienzan  a  degradarse.  Con  temperaturas  menores  a  200°C  las  reacciones  son  endotérmicas,  es  decir  requieren  de  absorción  de  calor.

A  los  200°C  la  descomposición  de  lignina  y  la  hemicelulosa  se  vuelve  rápida  y  a  los  280°C  la  celulosa  sufre  deshidratación  química.  A  esta  temperatura,  se  ha  perdido  cerca  del  35%  del  peso  total  de  la  materia  orgánica  del  suelo.  A  temperaturas  mayores  de  280°C  ocurren  mayoritariamente  las  reacciones  exotérmicas,  es  decir  reacciones  que  producen  calor,  encendiendo  la  materia  orgánica  del  suelo.  A  los  500°C  a  600°C  se  produce  una  combustión  brillante,  luego  se  produce  la  llama  y  la  temperatura  aumenta  de  800°C  a  1500°C.  Sobre  los  1000°C  se  consume  el  carbono  (C)  y  se  produce  carbón.

Nutrientes  del  suelo

En  condiciones  normales  de  temperatura  los  microorganismos  descomponen  la  materia  orgánica  y  liberan  lentamente  los  nutrientes  en  el  suelo.  En  un  incendio,  los  nutrientes  almacenados  en  los  combustibles  y  la materia  orgánica,  incluyendo  la  biomasa  microbiana,  sufren  cambios  irreversibles  durante  la  combustión.  Sin  embargo,  cada  nutriente  tiene  su  umbral  de  temperatura  a  la  cual  se  volatiliza.  De  esta  manera,  hay  nutrientes  sensibles,  moderadamente  sensibles  y  relativamente  insensibles.

El  N  y  S  se  consideran  como  sensibles,  ya  que  poseen  umbrales  bajos  que  van  entre  los  200°  y  375°C;  el  potasio  (K)  y  P  son  moderadamente  sensibles,  con  un  umbral  de  774°C;  y  el  Mg,  Ca  y  Mn  son  relativamente  insensibles,  con  umbrales  de  1.107°C,  1.484°C  y  1.962°C,  respectivamente.  Debido  a  que  las  temperaturas  umbrales  para  N,  P,  K  y  S  son  más  bajas  que  la  temperatura  de  combustión  de  los  combustibles  leñosos  (1.100°C),  estos  nutrientes  se  pierden  parcial  o  totalmente  por  volatilización  desde  la  materia  orgánica  durante  la  combustión.

Las  concentraciones  de  N-NH4,  luego  de  un  incendio,  dependen  de  su  intensidad  y  duración.  De  manera  que  si  la  temperatura  generada  es  extremadamente  alta,  es  probable  que  la  mayor  parte  del  N  del  suelo  se  volatilice,  especialmente  el  que  se  encuentra  en  la  superficie  del  suelo,  y  solo  pequeñas  cantidades  se  muevan  en  profundidad.  Por  el  contrario,  con  bajos  niveles  de  calentamiento,  los  contenidos  de  N-NH4se  concentran  en  la  ceniza  y  el  suelo  subyacente.  El  fósforo  no  parece  desplazarse  en  el  perfil  del  suelo  tan  fácilmente  como  el  N,  por  lo  que  sus  contenidos  se  concentran  en  la  ceniza  y  en  la  superficie.

Propiedades físicas  del  suelo

Los  efectos  de  los  incendios  en  las  propiedades  físicas  del  suelo  cambian  de  acuerdo  al  tipo  de  propiedad.  Por  ejemplo  la  estructura  del  suelo,  el  espacio  poroso  o  los  agregados,  que  dependen  de  la  materia  orgánica,  se  ven  bastante  afectados  por  el  calor.  Sin  embargo,  el  contenido  de  arcilla  solo  se  ve  afectada  en  la  superficie  inmediata  del  suelo  si  el  incendio  es  muy  intenso.

Otra  propiedad  que  se  ve  afectada  es  la  repelencia  al  agua,  una  propiedad  que  regula  la  hidrología  del  suelo,  a  través  de  la  infiltración.  En  un  incendio  la  mayor  parte  de  la  materia  orgánica y  suelo  mineral  de  la  capa  superficial  se  volatilizan,  sin  embargo  una  pequeña  cantidad  de  materia  orgánica  se  mueve  en  profundidad  y  se  condensa  generando  una capa  repelente  al  agua  lo  que  impide  la  infiltración.

La  textura  del  suelo  influye  en  el  grado  de  repelencia  al  agua  provocada  por  el  calor,  por  lo  que  suelos  arenosos  son  más  susceptibles  que  los  arcillosos,  aunque  el  tipo  de  arcilla  también  tiene  un  efecto  importante.  Posterior  a  un  incendio,  la  formación  de  capas  repelentes  al  agua  y  la  pérdida  de  la  cubierta  vegetal  hacen  que  aumente  el  escurrimiento  superficial  y  la  erosión.

Propiedades biológicas 

Los  organismos  del  suelo  son  altamente  susceptibles  al  estrés  abiótico  incluyendo  el  fuego,  lo  que  se  ha  demostrado  en  la  reducción cuantitativa  del  carbono  y  el  nitrógeno  microbiano  causado  por  el  calor  y  el  tiempo de  exposición  a  temperaturas  mayores  a  70°C.  El  fuego  afecta  la  biomasa  microbiana  no  solo  cuantitativamente  sino  también  en  su  diversidad  y  consecuentemente  en  relación  a  sus  efectos  sobre  la  capacidad  catalítica  y  ciclaje  de  nutrientes  en  el  suelo.

Los  grupos  microbianos  difieren  en  su  sensibilidad  a  la  temperatura.  Por  ejemplo,  las  bacterias  nitrificantes  son  muy  sensibles  a  la  temperatura  del  suelo  y  las  poblaciones  de  microorganismos  activos  en  suelos  húmedos  son  más  sensibles  que  los  que  se  encuentran  inactivos  en  suelos  secos.  También  las  ectomicorrizas  son  particularmente  sensibles  al  calor  del  suelo,  provocando  la  reducción  de  poblaciones  y  afectando  a  largo  plazo  la  productividad.

Un  estudio  de  la  Universidad Austral  de  Chile  (2009)  en  la  región  de  los  Rios  indica  que  la  quema  de  rastrojo  tiene  un  efecto  altamente  negativo  sobre  los  ciclos  bioquímicos  del  suelo  y  la  producción  de  enzimas.

Manejo posterior a un incendio

Es  fundamental  tomar  las  medidas  adecuadas  para  la  recuperación  del  suelo  y  el  ecosistema  afectados  por  un  incendio.  La  materia  orgánica  debe  ser  restablecida  lo  más  rápido  posible,  por  lo  cual  la  reincorporación  de  material  vegetal  ayudará  a  generar  nuevamente  capas  de  materia  orgánica  en  el  suelo.

Debido  a  las  grandes  pérdidas  de  nitrógeno  por  volatilización  es  clave  la  incorporación  de  fuentes  de  N,  tales  como  la  materia  orgánica,  la  fijación  de  N2atmosférico  por  microorganismos  del  suelo  y  raíces  y  la  fertilización  mineral  u  orgánica.

Algunos  estudios  indican  que  más  de  un  tercio  de  la  capacidad  de  fijación  de  N  de  algunos  suelos  forestales  puede  ser  proporcionada  por  microorganismos  responsables  de  la  descomposición  de  la  madera  en  la  superficie  y  en  el  perfil  del  suelo,  por  lo  cual  el  manejo  de  residuos  leñosos  puede  ser  un  factor  importante  a  considerar  para  la  recuperación  de  los  suelos  afectados  por  incendios.

Conclusiones

El  fuego  afecta  significativamente  las  propiedades  de  los  suelos.  Las  prácticas  de  quema  de  rastrojos  tienen  un  efecto  altamente  negativo  sobre  los  ciclos  bioquímicos  del  suelo  y  la  producción  de  enzimas.

Los  incendios  afectan  drásticamente  el  ciclo  de  los  nutrientes  y  las  propiedades  físicas,  químicas  y  biológicas  de  las  capas  superficiales  de  suelo.  Elementos  como  C,  N,  S  y  P  pueden  perderse  por  volatilización  durante  la  combustión  de  la  hojarasca,  los  residuos  vegetales  y  la  materia  orgánica  del  suelo.

Posterior  a  un  incendio  es  fundamental  el  reabastecimiento  de  N  al  suelo  debido  a  su  importante  rol  en  los  ecosistemas.  El  uso  de  organismos  fijadores  de  nitrógeno  y  el  manejo  de  residuos  leñosos  puede  ser  de  gran  ayuda  en  la  recuperación  de  los  suelos  afectados.

Debido  a  que  los  incendios  pueden  afectar  drásticamente  los  ciclos  de  los  nutrientes  y  las  propiedades  del  suelo,  sería  de  gran  importancia  fomentar  programas  de  investigación  para  su  rehabilitación,  de  manera  de  mitigar  los  efectos  provocados  y  lograr  la  restauración  ecológica.

Escrita por: María Carolina Orellana (MGTA), María Mercedes Martínez (PhD) y Rodrigo Ortega  (PhD).

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