dc.contributor.advisor | Jordán López, Antonio | es |
dc.contributor.advisor | Martínez Zavala, Lorena María | es |
dc.creator | Gordillo Rivero, Ángel J. | es |
dc.date.accessioned | 2021-03-17T09:55:37Z | |
dc.date.available | 2021-03-17T09:55:37Z | |
dc.date.issued | 2014 | |
dc.identifier.citation | Gordillo Rivero, Á.J. (2014). Study on the impact of wildfires in water repellency from Mediterranean soils (south-western Andalusia). (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/106198 | |
dc.description.abstract | Soil water repellency is a property of soils that has been deeply studied during the
last two decades. Soil water repellency occurs as a consequence of hydrophobic
organic substances in soils. These substances are released by plants, soil microbes
and fungi, and, frequently, are the result of in situ transformations. It has been
found that wildfires are a major cause of soil water repellency. Depending on fire
severity, burning can induce water repellency in previously wettable soils, increase
its intensity in previously water repellent soils or destroy it. Also, in some times, not
appreciable effects are found, especially after low-severity fire.
The main effect of soil water repellency is a reduction of infiltration rates and the
accumulation of ponded water on the soil surface. This has important hydrological
and geomorphological consequences, as increased runoff rates and erosion risk,
the development of preferential flow paths, nutrient leaching, impacts on soil
aggregation and others that are discussed in the following sections.
Currently, we have a deep knowledge about these effects. A brief review of the
current knowledge is carried out in chapter 1. OK, but… are there research gaps?
There are some areas that need light to be shed on.
Most studies only consider short-term fire impacts, but very few research has been
carried out about medium- or long-term impacts and evolution of fire-induces soil
water repellency. In chapter 3, the post-fire evolution of fire-induced water
repellency and some associated properties in calcareous Mediterranean soils is
discussed during a 6-years period. Water repellency and aggregate stability are two
soil properties generally modified after burning which show several hydrological
and soil functioning consequences and that may be used as indices for assessing
burn severity. Both properties are strongly related and have major impacts on soil
functioning and post-fire hydrologic and geomorphological processes. In many
cases, the impact of fire on these properties has been analyzed in the short term.
However, it is also necessary to investigate the magnitude of these changes and
their implications for longer periods under specific conditions. In this work, we have
investigated [1] the fire-induced changes on soil water repellency and aggregate
stability in the medium term (6-years period after burning) and its distribution
within aggregate size fractions (1-2, 0.5-1 and 0.25-0.5 mm), [2] the relations
between post-fire aggregate stability and water repellency, and [3] the interactions
between aggregate stability, water repellency and different factors (site, time since
burning, lithology and vegetation type) in Mediterranean calcareous soils. Five
areas burned during summer 2006 in southern Spain were selected for this study.
The study sites were characterized by wettable or slightly water-repellent
calcareous soils with loam to clayey texture under herbaceous vegetation and shrubs. Soils were characterized chemically and physically, while the water
repellency and aggregate stability of the fine earth and aggregate sieve fractions
were determined annually between 2006 and 2011. Results show that soil water
repellency was induced in previously wettable or enhanced in slightly or
moderately water-repellent calcareous soils after moderate severity burning.
Severity of water repellency from finer aggregates (0.5-1 and 0.25-0.5 mm) varied
or remained stable but did not contribute to general soil water repellency assessed
in the fine earth fraction. aggregate stability was slightly increased in some cases,
and both properties returned progressively to pre-fire conditions during the study
period. Soil resilience to low-moderate severity burning in the study area was very
high.
The relation between soil water repellency and surface elements (as ash of rock
fragments) has been rarely considered in scientific literature. In the case of rock
fragments, only some papers have been published, but not considering the impact
of stones on the development of water repellency during fire. These aspects are
discussed in chapters 4 and 5. In chapter 4, the occurrence and spatial distribution
of soil water repellency and its consequences on soil structure after experimental
burning in a previously wettable soil under different stone covers (0, 15, 30, 45 and
60%) is carried out. In our experiment, burning induced critical or subcritical soil
water repellency in the upper millimetres of previously wettable soil. Fire-induced
soil water repellency did not vary with stone cover, but critical soil water repellency
was reached in inter-stone soil areas. At stone-covered soil areas, soil water
repellency was increased, but WDPTs remained mostly below the 5 s threshold.
In chapter 5, the study of the impacts of fire severity and rock fragments is carried
out. In this research, we have studied the effect of rock fragments on the strength
and spatial distribution of fire-induced soil water repellency at different fire
severities. A fire-affected area was selected for this experiment and classified into
different zones according to fire severity (unburned, low, moderate and high) and
rock fragment cover (low, <20%, and high, >60%). During 7 days after fire, soil water
repellency and infiltration rates were assessed in the soil surface covered by
individual rock fragments and in the midpoint between two adjacent rock
fragments (with maximum spacing of 20 cm). Soil water repellency increased with
fire severity. Rock fragments resting on the soil surface increased the heterogeneity
of the spatial distribution of fire-induced soil water repellency. Soil water repellency
increased significantly with rock fragment cover in bare areas under moderate and
high fire severity, but quantitatively important changes were only observed under
high fire severity. In areas with a low rock fragment cover, water repellency from
soil surfaces covered by rock fragments increased relative to bare soil surfaces, with
increasing soil water repellency. In areas with a high rock fragment cover, soil water
repellency increased significantly from non-covered to covered soil surfaces only
after low-severity burning. Rock fragment cover did not affect infiltration rates,
although it decreased significantly in soil surfaces after high-severity burning in
areas under low and high rock fragment cover.
Only very recently, the study of the impacts associated to ash have been studied in
depth. An ash layer may act ephemerally as a physical protection for rainfallinduced
soil erosion processes. Its influence on runoff and infiltration dynamics
have been largely discussed. But little or very scarce information is available about
its effects on raindrop splash erosion risk. The effect of wettable and water
repellent ash layers after an experimental fire on splash erosion are discussed in
chapter 6. | es |
dc.description.abstract | La repelencia al agua del suelo es una propiedad que se ha estudiado
profundamente durante las últimas dos décadas. La repelencia al agua del suelo se
produce como consecuencia de las sustancias orgánicas hidrófóbicas en los suelos.
Estas sustancias son liberados por las plantas, la fauna microbiana y los hongos del
suelo, y, con frecuencia, son el resultado de transformaciones in situ. Se ha
observado que los incendios forestales son una causa importante de repelencia al
agua del suelo. Dependiendo de la severidad del fuego, la combustión puede
inducir repelencia al agua en los suelos previamente humectables, aumentar su
intensidad en los suelos previamente repelentes al agua o destruirla. También, en
ciertos casos, no se encuentran efectos apreciables, especialmente después de un
fuego de baja severidad.
El principal efecto de la repelencia al agua del suelo es una reducción de las tasas
de infiltración y la acumulación de agua en la superficie del suelo. Esto tiene
importantes consecuencias hidrológicas y geomorfológicas, como el aumento de
las tasas de escorrentía y el riesgo de erosión, el desarrollo de vías de flujo
preferencial, el lavado acelerado de nutrientes, así como impactos sobre la
agregación del suelo y otras propiedades que se discuten en las siguientes
secciones.
En la actualidad, tenemos un conocimiento profundo acerca de estos efectos. Una
breve revisión de los conocimientos actuales se lleva a cabo en el capítulo 1. Bien,
pero... ¿qué lagunas hay en la investigación? Hay algunas áreas que presentan aún
interrogantes.
La mayoría de los estudios sólo consideran los impactos del fuego a corto plazo,
pero muy pocas investigaciones se han llevado a cabo sobre los impactos y
evolución de la repelencia al agua inducida por el fuego a medio o largo plazo. En
el capítulo 3, se discute la evolución de la repelencia al agua inducida por el fuego
y algunas propiedades asociadas en suelos mediterráneos calcáreos durante un
período de 6 años. La repelencia al agua y la estabilidad de los agregados son dos
propiedades del suelo generalmente modificadas después del fuego, que muestran
varias consecuencias sobre los procesos hidrológicos y geomorfológicos y que, por
tanto, pueden ser utilizadas como índices para evaluar la severidad del incendio.
Ambas propiedades están fuertemente relacionadas entre sí y tienen un gran
impacto. En muchos casos, el impacto del fuego en estas propiedades ha sido
analizado a corto plazo. Sin embargo, también es necesario investigar la magnitud
de estos cambios y sus implicaciones para períodos más largos en condiciones
específicas. En este trabajo se han investigado [1] los cambios inducidos por el
fuego en la repelencia al agua del suelo y la estabilidad de los agregados en el medio
plazo (período de 6 años después de la quema) y su distribución dentro de
fracciones de tamaño de agregado (1-2, 0.5-1 y 0,25-0,5 mm), [2] las relaciones
entre la estabilidad de agregados y la repelencia al agua en el postincendio, y [3]
las interacciones entre la estabilidad de agregados, repelencia al agua y diferentes
factores (lugar, tiempo transcurrido, litología y tipo de vegetación) en suelos
calcáreos mediterráneos. Para ello, se seleccionaron cinco áreas quemadas durante
el verano de 2006 en el sur de España. Los sitios de estudio se caracterizan por la
presencia de suelos calcáreos, humectables o ligeramente hidrofóbicos, con textura
franca a francoarcillosa y con vegetación predominantemente herbácea y
arbustiva. Los suelos se caracterizaron química y físicamente, mientras que la
repelencia al agua y estabilidad de los agregados de la fracción de tierra fina y
diferentes fracciones de tamaño agregados se determinaron anualmente entre
2006 y 2011. Los resultados muestran que fuego de severidad moderada indujo o
intensificó ligeramente la repelencia al agua del suelo. La severidad de la repelencia
al agua en agregados finos (0.5-1 y 0.25-0.5 mm) se mantuvo estable en el
postincendio, pero en general no contribuyó a la repelencia al agua del suelo
determinada en la fracción de tierra fina. La estabilidad de los agregados se
incrementó ligeramente en algunos casos, y ambas propiedades regresaron
progresivamente a las condiciones pre-fuego durante el período de estudio. La
capacidad de recuperación del suelo tras fuegos de severidad baja o moderada en
el área de estudio fue muy alta.
La relación entre la repelencia al agua del suelo y de los elementos de superficie
(como cenizas de fragmentos de roca) ha sido raramente considerada en la
literatura científica. En el caso de las piedras, sólo se han publicado algunos
trabajos, pero no han tenido en cuenta el impacto de las piedras en el desarrollo de
la repelencia al agua durante un incendio. Estos aspectos se discuten en los
capítulos 4 y 5 En el capítulo 4 se estudia la aparición y la distribución espacial de la
repelencia al agua del suelo y sus consecuencias sobre la estructura del suelo
después de un incendio experimental en un suelo previamente humectable bajo
diferentes coberturas de piedra (0, 15, 30, 45 y 60%). El fuego indujo repelencia
crítica o subcrítica al agua en los primeros milímetros de profundidad. La repelencia
al agua no varió con la cobertura de piedras, pero sí se observó la aparición de
repelencia subcrítica en la superficie de suelo no cubierta por piedras.
En el capítulo 5 se lleva a cabo el estudio de los impactos de la severidad del fuego
y las piedras tras un incendio forestal, así como el efecto de la severidad del fuego.
Para ello se establecieron diferentes zonas experimentales en función de la
severidad del fuego (no quemado, baja, moderada y alta severidad) y la cobertura
de piedras (baja, <20%, y la alta,> 60%). Durante 7 días después del incendio se evaluaron la repelencia al agua del suelo y las tasas de infiltración en áreas cubiertas
por piedras y en el punto medio entre dos piedras adyacentes con separación
máxima de 20 cm. Se observó que la repelencia al agua del suelo aumenta con la
severidad del fuego. Los fragmentos de roca que descansan sobre la superficie del
suelo contribuyeron a aumentar la heterogeneidad de la distribución espacial de la
repelencia al agua inducida por el fuego. Se observó también que la repelencia al
agua del suelo aumentó de forma significativa con la cobertura de piedras en áreas
desnudas (entre piedras adyacentes) bajo fuego de severidad moderada y alta,
aunque cambios cuantitativamente importantes únicamente se observaron tras
fuego de alta severidad. En las zonas cubiertas por piedras, la repelencia al agua
aumentó en función de la cobertura. En las zonas bajo alta cobertura de piedras, la
repelencia al agua del suelo aumentó considerablemente en las zonas cubiertas
respecto a las no cubiertas por piedras sólo bajo fuego de baja severidad. La
cobertura de piedras no afectó las tasas de infiltración, a pesar de que disminuyó
significativamente en la superficie del suelo después de fuego de alta severidad en
las áreas bajo cobertura baja o alta de piedras.
Sólo muy recientemente se han realizado estudios en profundidad sobre el impacto
asociado a la presencia de ceniza. Una capa de ceniza puede actuar como una
protección física efímera frente a procesos de erosión hídrica. Su influencia sobre
la dinámica de la escorrentía e infiltración se ha discutido ampliamente, pero existe
poca o muy escasa información disponible sobre sus efectos sobre la erosión por
salpicadura. En el capítulo 6 se discute el efecto de la presencia de ceniza
humectable o repelente al agua después de un incendio experimental sobre la
intensidad de la erosión por salpicadura. | es |
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dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Cristalografía, Mineralogía y Química Agrícola | es |
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