Gli scienziati e i gestori delle risorse ritengono da tempo che gli incendi boschivi di bassa gravità e le ustioni prescritte siano innocui per il suolo, ma potrebbe non essere così, mostra una nuova ricerca.

Secondo due nuovi studi di un team dell'Università della California, Merced (UCM) e il Desert Research Institute (DRI), ustioni di bassa gravità, in cui il fuoco si muove rapidamente e la temperatura del suolo non supera i 250oC (482oF) - causano danni alla struttura del suolo e alla materia organica in modi che non sono immediatamente evidenti dopo un incendio.

"Quando hai un incendio ad alta gravità, bruci la materia organica dal terreno e l'impatto è immediato, " ha detto Teamrat Ghezzehei, dottorato di ricerca, ricercatore principale dei due studi e Professore Associato di Fisica del Suolo Ambientale presso l'UCM. "In un incendio di bassa gravità, la materia organica non brucia, e non c'è distruzione visibile subito. Ma l'incendio indebolisce la struttura del suolo, e a meno che non torni in un secondo momento e guardi attentamente il terreno, non ti accorgeresti del danno."

Il ricercatore DRI Markus Berli, dottorato di ricerca, Professore Associato di Scienze Ambientali, si interessò allo studio di questo fenomeno mentre visitava un'area bruciata vicino a Ely, Nev. nel 2009, dove ha fatto l'osservazione inaspettata che un prescritto, un incendio di bassa gravità aveva provocato danni alla struttura del suolo nell'area bruciata. Lui e diversi colleghi del DRI hanno condotto uno studio di follow-up su un'altra ustione controllata nell'area, e ha trovato quella struttura del suolo che sembrava essere a posto subito dopo un incendio ma si è deteriorata nelle settimane e nei mesi che seguirono. Berli ha poi collaborato con Ghezzehei e un team di UCM che includeva lo studente laureato Mathew Jian, e Professore Associato Asmeret Asefaw Berhe, dottorato di ricerca, per approfondire.

Il suolo è costituito da particelle minerali grandi e piccole (ghiaia, sabbia, limo, e argilla) che sono legati insieme da materia organica, acqua e altri materiali per formare aggregati. Quando gli aggregati del suolo sono esposti a gravi incendi, la materia organica brucia, alterando la struttura fisica del suolo e aumentando il rischio di erosione nelle aree bruciate. Nelle aree di ustione a bassa gravità in cui la materia organica non subisce perdite significative, il team si è chiesto se la struttura del suolo fosse stata degradata da un altro processo, come l'ebollizione dell'acqua trattenuta all'interno degli aggregati del suolo?

In uno studio pubblicato su Lettere di ricerca geofisica AGU nel maggio 2018, il team UCM-DRI ha indagato su questa domanda, utilizzando campioni di suolo da un'area forestale incombusta nella contea di Mariposa, California e da arbusti incombusti nella contea di Clark, Nev. per analizzare gli impatti degli incendi di bassa gravità sulla struttura del suolo. Hanno riscaldato gli aggregati del suolo a temperature che simulavano le condizioni di un incendio di bassa gravità (175oC/347oF) per un periodo di 15 minuti, quindi ha cercato i cambiamenti nella pressione dei pori interni del terreno e nella resistenza alla trazione (la forza richiesta per separare l'aggregato).

Durante l'esperimento, osservarono che la pressione dei pori all'interno degli aggregati del suolo raggiungeva un picco quando l'acqua bolliva e vaporizzava, poi è caduto quando i legami negli aggregati del suolo si sono spezzati e il vapore è uscito. Le misurazioni della resistenza alla trazione hanno mostrato che gli aggregati di terreno più umidi erano stati indeboliti più dei campioni di terreno più asciutti durante questo processo.

"Our results show that the heat produced by low-severity fires is actually enough to do damage to soil structure, and that the damage is worse if the soils are wet, " Berli explained. "This is important information for resource managers because it implies that prescribed burns and other fires that occur during wetter times of year may be more harmful to soils than fires that occur during dry times."Next, the research team wondered what the impact of this structural degradation was on the organic matter that the soil structure normally protects. Soil organic matter consists primarily of microbes and decomposing plant tissue, and contributes to the overall stability and water-holding capacity of soils.

In a second study that was published in Frontiers in Environmental Science in late July, the UCM-DRI research team conducted simulated burn experiments to weaken the structure of the soil aggregates, and tested the soils for changes in quality and quantity of several types of organic matter over a 70-day period.

They found that heating of soils led to the release of organic carbon into the atmosphere as CO2 during the weeks and months after the fire, and again found that the highest levels of degradation occurred in soils that were moist. This loss of organic carbon is important for several reasons, Ghezzehei explained.

"The loss of organic matter from soil to the atmosphere directly contributes to climate change, because that carbon is released as CO2, " Ghezzehei said. "Organic matter that is lost due to fires is also the most important reserve of nutrients for soil micro-organisms, and it is the glue that holds soil aggregates together. Once you lose the structure, there are a lot of other things that happen. Per esempio, infiltration becomes slower, you get more runoff, you have erosion."

Although the research team's findings showed several detrimental effects of fire on soils, low-severity wildfires and prescribed burns are known to benefit ecosystems in other ways—recycling nutrients back into the soil and getting rid of overgrown vegetation, Per esempio. It is not yet clear whether the negative impacts on soil associated with these low-severity fires outweigh the positives, Berli says, but the team hopes that their research results will help to inform land managers as they manage wildfires and plan prescribed burns.

"There is very little fuel in arid and semi-arid areas, and thus fires tend to be short lived and relatively low in peak temperature, " Ghezzehei said. "In contrast to the hot fires and that burn for days and weeks that we see in the news, these seem to be benign and we usually treat them as such. Our work shows that low-severity fires are not as harmless as they may appear."