propiedades y quema del suelo

TEMPERATURA DE QUEMA Y PROPIEDADES DEL SUELO

CI. SUELO (ARGENTINA) 26(1): 29-34, 2008

29

TEMPERATURAS DE QUEMA Y PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS DE SUELOSDE LA REGIN SEMIRIDA PAMPEANA CENTRAL

1 Fac.de Agronoma, UNLPam, CC 300, 6300 Santa Rosa, 2 INTA Anguil; 3 CONICET

E-mail: [email protected]

RESUMENLos fuegos controlados y naturales son frecuentes en el Caldenal, en la Regin Semirida Pampeana Central, y sus efectossobre propiedades fsicas y qumicas de los suelos son poco conocidos. El objetivo de este trabajo fue detectar lastemperaturas de quema que producen cambios en algunas propiedades fsicas y qumicas del suelo en el Caldenal. DosHaplustoles nticos, uno franco arenoso y otro franco fueron calentados durante 5 minutos a 100 C, 200 C, 300 C,400 C, 500 C y 600 C. Sobre las muestras de suelo sin tratar y las sometidas a las diferentes temperaturas se determinpH en agua, textura, carbono orgnico, nitrgeno total, cationes intercambiables y capacidad de intercambio catinico.Las temperaturas de quema a las que se produjeron mayores modificaciones fueron 500 C y 600 C, detectndosedisminuciones del contenido de carbono orgnico, nitrgeno total, de la relacin de ambos, de la capacidad de intercambiocatinico y la transformacin del suelo franco en franco arenoso y del franco arenoso en arenoso franco. Los contenidosde potasio y sodio intercambiables aumentaron a partir de 300 C y 400 C segn el suelo, mientras que en ambos elcontenido de magnesio disminuy a partir de 400 C y el de calcio no fue afectado a ninguna temperatura. A menorestemperaturas, 200 C y 300 C, slo se afectaron las proporciones de las fracciones de arena. Como consecuencia deuna quema a altas temperaturas disminuir la capacidad de retencin de agua y de nutrientes de estos suelos, con laconsecuente prdida de fertilidad.Palabras clave. Temperatura del suelo, carbono orgnico, nitrgeno total, textura, capacidad de intercambio cati-nico.

Recibido: 22/12/07Aceptado: 10/04/08

ESTELA HEPPER1; ANA URIOSTE1; VALERIA BELMONTE1 & DANIEL BUSCHIAZZO1,2,3

IMPACT OF DIFFERENT BURNING TEMPERATURES ON THE PHYSICAL AND CHEMICALPROPERTIES OF CENTRAL SEMIARID PAMPA SOILS

The natural and controlled burns are very frequent in the Caldenal area, located in the Central Semiarid Pampean Region,and the effects they produce on the physical and chemical properties of the soils are not well-known. The aim of thisstudy was to find out the burning temperatures that produce changes in soil physical and chemical properties in theCaldenal area. Two Entic Haplustolls (loam and sandy loam), were heated during 5 minutes at 100 C, 200 C, 300 C,400 C, 500 C and 600 C. Ph in water, texture, organic carbon, total nitrogen, exchangeable cations and cation exchangecapacity were determined on soil samples that received heat and on untreated controls. The 500 and 600 C burningtemperatures produced more changes, decreasing the organic carbon contents, total nitrogen, the OC/Nt ratio, thecation exchange capacity and causing the transformation of the loam soil into sandy loam and of the sandy loam intoloamy sand soil. The exchangeable potassium and sodium contents increased with burning temperatures of 300 C and400 C and greater, depending on the soil, but in both of them the magnesium content decreased from 400 C and greater,and the calcium content was not affected by high temperatures. At lower temperatures, such as 200 C and 300 C,only the proportions of sand fractions changed.As a consequence of burning with high temperatures, the water and nutrient retention capacity of the Caldenal areasoils will decrease, concomitantly with the fertility.Key words. Soil temperature, organic carbon, total nitrogen, texture, cation exchange capacity.

INTRODUCCINEl fuego est presente naturalmente en la mayora de

los ecosistemas modelando su estructura y permitiendomantener su diversidad y estabilidad (Wright & Bailey,1982). El Caldenal es una formacin boscosa que se en-

cuentra en la Regin Central Semirida de la Argentina,en este rea son frecuentes los fuegos ya sea en ocurren-cias naturales o en quemas controladas por el hombre yes poco conocido su efecto sobre las propiedades fsi-cas y qumicas de los suelos.

ABSTRACT

ESTELA HEPPER et al.


30

Estudios realizados en diferentes ecosistemas delmundo demuestran que el efecto del fuego sobre el sueloes variable, dependiendo de su severidad, de la calidady grado de incorporacin de las cenizas, y de la frecuen-cia de quemas. Entre las modificaciones qumicas se men-cionan cambios en los contenidos de nutrientes esen-ciales para la sustentabilidad a largo plazo de la produc-cin forestal. Smith et al. (2001) indican incrementos enla concentracin de fsforo total y de calcio total debidoa una reduccin fsica de las capas superficiales del suelo,mientras que atribuyen la disminucin de nitrgeno totaly carbono total a la volatilizacin de los mismos. Arocena& Opio (2003) encontraron aumentos de pH y de calcio,magnesio, potasio y sodio intercambiables, mientras queno detectaron cambios en el contenido de nitrgeno totaly disponible. Las prdidas de nutrientes en suelos afec-tados por el fuego podran deberse a volatilizacin, la-vado, arrastre de las cenizas por corrientes de conveccindurante la quema o por erosin elica posterior a las mis-mas (Giardina et al., 2000); mientras que el enriquecimientose puede atribuir a la mineralizacin de la materia org-nica del suelo y de la ceniza dejada por la biomasa area(Albanesi & Anriquez, 2003). Entre los cambios fsicosse han reportado disminucin de la fraccin arcilla(Hubbert et al., 2006) lo que sumado a disminuciones enel contenido de compuestos orgnicos puede afectar lamicroagregacin y conducir a la degradacin de la micro-estructura del suelo (Andreu et al., 2001). Ketterings etal. (2000), en experiencias a campo, encontraron un drs-tico aumento del contenido de arena, disminucin de limoy principalmente de arcilla, cuando el suelo fue expuestoa temperaturas extremas (mayores a 600 C) y a bajastemperaturas encontraron un aumento de la fraccin arenaen los primeros 5 cm del perfil. En suelos de la Regin Se-mirida Pampeana Argentina que han recibido aportesde ceniza volcnica, predominan los minerales amorfosy esmectitas. En estos suelos, la capacidad de intercam-bio catinico aumenta principalmente con el contenidode la fraccin arcilla (Hepper et al., 2006) por lo que la que-ma del suelo a altas temperaturas, al ocasionar disminu-ciones de la fraccin arcilla, podra disminuir la capaci-dad de intercambio catinico y, en consecuencia, afec-tar la fertilidad de los suelos. Asimismo Buschiazzo et al.(1991) encontraron que suelos de esta regin con altoscontenidos de fracciones arcilla y limo tienen asociadosaltos contenidos de materia orgnica, atribuible a laformacin de complejos organominerales. La prdida demateria orgnica por efecto del fuego podra destruir estoscomplejos, lo que producira efectos no deseados sobreel suelo, como la disminucin de la estabilidad estructu-ral, parmetro directamente relacionado con la suscep-tibilidad a erosionarse.

Debido a la multiplicidad de factores que puedenafectar a las propiedades del suelo sometido a una que-ma, la interpretacin de los efectos producidos a campoes difcil si no se tiene conocimiento de cada uno indivi-dualmente, por ello en este trabajo se pretende estudiarel impacto trmico dado por las temperaturas mximas quepodra alcanzar un suelo durante un determinado tiempode exposicin a dichas temperaturas. Las temperaturasmximas cuando se queman combustibles finos no su-peran los 100 a 200 C en la superficie del suelo, mientrasque para combustibles gruesos, las temperaturas pue-den superar los 1.000 C (Kunst & Bravo, 2003). En quemasexperimentales en el Caldenal, Pelez (1995) registrtemperaturas mximas entre 500-600 C cuando la paja fueel combustible fino predominante, mientras que Bo etal. (1996) detectaron que el tiempo de permanencia a altastemperaturas fue de pocos minutos. La combinacin detemperatura mxima y tiempo de exposicin producirnun impacto trmico sobre el suelo que adems depende-r del contenido de humedad del mismo y de factoresintrnsecos como la textura, los que condicionan la trans-misin del calor en el cuerpo del suelo.

Se plante como objetivo de este trabajo detectar qutemperaturas de quema producirn cambios en la texturay en la capacidad de intercambio catinico, as como enlos contenidos de cationes intercambiables, carbonoorgnico y nitrgeno total en suelos de la Regin Semi-rida Pampeana Central.

MATERIALES Y MTODOSSe muestrearon dos suelos en dos sitios del ecosistema del

Caldenal, clasificados como Haplustoles nticos: un suelo franco(36 15 lat. S y 65 1 long. O) y otro franco arenoso (36 35lat. S y 64 49 long. O). En ambos sitios de muestreo la especievegetal dominante era Stipa ichu, con presencia de caldn (Prosopiscaldenia) y piquilln (Condalia microphyla).

En cada sitio se tomaron 5 muestras de suelo al azar de los pri-meros 5 cm del perfil en un rea de 100 m2. Una masa de 100 g decada muestra, seca al aire y tamizada por 2 mm, se coloc en unacpsula de porcelana de 10 cm de dimetro y la altura de suelo fuede 2,5 cm. Se calent a 100 C, 200 C, 300 C, 400 C, 500 C y600 C en mufla, manteniendo durante 5 minutos la temperaturamxima.

Sobre las muestras de suelo sin tratar (testigo) y las sometidasa diferentes temperaturas se determin pH en agua (relacin 1:2,5)por potenciometra, granulometra por el mtodo de la pipeta deRobinson (Schlichting et al., 1995) y tamizado en hmedo luegode destruir materia orgnica con H2O2 y sin dispersar la muestra,separndose las siguientes fracciones: arcilla (



31

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Suelo Franco Arenoso

C orgnicoN totalC/N

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

S/C 100C 200C 300C 400C 500C 600CTemperatura (C)

C orgnicoN TotalC/N

ns ns

ns

ns

*

* *

*

ns ns

*

*

ns ns ns * *

ns ns

ns

ns

*

*

*

ns ns ns

ns

ns ns ns

*

* *

ns

ns

(500-2.000 m). Se determin carbono orgnico (CO) por elmtodo de oxidacin hmeda de Walkley & Black (1934), nitr-geno total (Nt) por Kjeldahl semimicro (Bremner & Mulvaney,1982), cationes intercambiables (Ca2+, Mg2+, K+ y Na+) y capa-cidad de intercambio catinico (CIC) por extraccin con solucinde acetato de amonio 1 mol dm-3 a pH 7,2 y posterior determina-cin de Ca2+ y Mg2+ en el extracto por absorcin atmica y K+y Na+ por fotometra de llama.

Para el anlisis estadstico de los datos se utiliz el programaInfoStat/Profesional versin 2007 (Universidad Nacional de Cr-doba Estadstica y Biometra F.C.A., 2007). El efecto de la tem-peratura sobre los contenidos de Nt, CO y pH se analiz por medio

del test no paramtrico de Kruskal-Wallis (Kruskal & Wallis, 1952)debido al no cumplimiento de los supuestos del ANVA. Para com-parar el testigo y cada temperatura de calcinacin se utilizaroncontrastes no paramtricos. Las dems variables edficas estudia-das se analizaron por ANVA y el test DGC (Di Rienzo et al., 2002).

RESULTADOS Y DISCUSINEn la Figura 1 se presentan los contenidos iniciales

de Nt y de CO y la relacin CO/Nt en ambos suelos, estarelacin present valores dentro del rango promedio para

Figura 1. Cambios en los contenidos de carbono orgnico (CO), nitrgeno total (Nt) y en la relacin CO/Nt de los suelos en funcinde la temperatura a la que fueron calentados durante 5 min. En cada uno de los suelos, para una misma variable, * indica diferenciassignificativas (p< 0,05) entre la media de rango de KrusKal - Wallis del testigo (S/C) y cada una de las restantes.Figure 1. Changes in the organic carbon contents (CO), total nitrogen (Nt) and the CO/Nt ratio corresponding to each 5-mintemperature treatment. In every soil, within the same variable, * shows significant differences (p< 0.05) between the KrusKal-Wallis test average ranks and the untreated soil for each temperature.

Suelo franco

ns

nsns27,00

24,00

21,00

18,00

15,00

12,00

9,00

6,00

3,00

0,00

Cont

enid

o (g

kg-1 )

27,00

24,00

21,00

18,00

15,00

12,00

9,00

6,00

3,00

0,00

Cont

enid

o (g

kg-1 )

ns nsns

Suelo franco arenoso

Temperatura (C)

nsns

ns

ns ns nsns

s/c 100 200 300 400 500 600

s/c 100 200 300 400 500 600 Temperatura (C)



32

suelos de la Regin Semirida Pampeana (lvarez &Steinbach, 2006). Los contenidos de CO en ambos sue-los y de Nt en el suelo franco disminuyeron significativa-mente (p



33

ron la mayor dinmica, debido a que recibieron el aportede fracciones menores a la vez que el calor produjo dis-minucin de la arena muy fina II por cementacin.

El suelo franco present mayor contenido de cationesintercambiables y de CIC (Tabla 2). La CIC disminuy sig-nificativamente (p



34

La exposicin de estos suelos a temperaturas de 200C y 300 C slo afectar las proporciones de las fraccio-nes de arena especialmente en el suelo franco arenoso;mientras que a 500 C se producir la transformacin delsuelo franco en franco arenoso y del franco arenoso enarenoso franco. Debido a la fragilidad de estos suelos declima semirido, los cambios texturales pueden tenerconsecuencias a largo plazo sobre la fertilidad fsica delos mismos.

AGRADECIMIENTOSDeseamos agradecer a la Facultad de Agronoma de la Uni-

versidad Nacional de La Pampa (Proyecto N I-35/04) por lafinanciacin de este estudio.

BIBLIOGRAFAAlbanesi, A & A Anriquez. 2003. El fuego y el suelo. Cap. 5. Pp

47-59. En: C Kunst; S Bravo & JL Panigatti (eds.). Fuego enlos ecosistemas argentinos. Editorial INTA, Santiago delEstero, Argentina.

Andreu, V; AC Imeson & JL Rubio. 2001. Temporal changes insoil aggregates and water erosion after a wildfire in aMediterranean pine forest. Catena 44: 69-84.

lvarez, R & HS Steinbach. 2006. Valor agronmico de la ma-terial orgnica. Cap. 2. Pp.13-29. En: Materia Orgnica. Valoragronmico y dinmica en suelos pampeanos. Editorial Fac.de Agronoma UBA.

Arocena JM & C Opio. 2003. Prescribed fire-induced changes inproperties of sub-boreal forest soils. Geoderma 113: 1-16.

Bo, R; D Pelez; S Bunting; O Ela & M Mayor. 1996. Effectof fire on grassses in central semi-arid Argentina. Journal ofArid Environments 32: 259-269.

Bremner, JM & CS Mulvaney. 1982. Nitrogen total. Pp.595-624.In: AL Page et al. (ed.) Methods of soil analysis. Part 2.Chemical and Microbiological properties. 2da edn. Agron.Monog 9. Am. Soc. Agronomy Soil Sci. Soc. Am., Madison,Wisconsin, EEUU.

Buschiazzo, DE; A Quiroga & K Stahr. 1991. Patterns of organicmatter distribution in soils of the Semiarid ArgentineanPampas. Z. Pflanzenernhr. Bodenk. 154: 437-441.

Di Rienzo, JA; AW Guzmn & F Casanoves. 2002. A MultipleComparisons Method based on the Distribution of the RootNode Distance of a Binary Tree. Journal of Agricultural,Biological, and Environment Statistics 7(2): 1-14.

Garca-Oliva, F; R Sanford & E Kelly. 1999. Effects of flash andburn management on soil aggregate organic C and N in atropical deciduous forest. Geoderma 88: 1-12.

Giardina, CP; RL Sanford (Jr.) & IC Dckersmith. 2000. Changesin soil phosphorus and nitrogen during slash and burn clearingof a dry tropical forest. Soil Sci. Soc. Am. J. 64: 399-405.

Hepper, EN; DE Buschiazzo; GG Hevia; AM Urioste & LE Antn.2006. Cations exchange capacity and specific surface areaof soils with different clay mineralogy. Geoderma 135: 216-223.

Huang, FM. 1977. Feldespars, Olivines, Piroxenes andAmphiboles. In: Minerals in Soil Environments. Soil Sci. Soc.Am., Madison, WI, USA. 553-595.

Hubbert, KR; HK Preisler; PM Wohlgemuth; RC Graham & MGNarog. 2006. Prescribed burning effects on soil physicalproperties and soil water repellency in a steep chaparralwatershed, southern California, USA. Geoderma 130: 284-298.

Ketterings, QM; JM Bigham & V Laperche. 2000. Changes in soilmineralogy and texture caused by slash-and-burn fires inSumatra, Indonesia. Soil Sci. Soc. Am. J. 64: 1108-1117.

Kunst C & S Bravo. 2003. Fuego, calor y temperatura. Cap. 4.Pp 39-45. En: C Kunst; S Bravo & JL Panigatti (eds.). Fuegoen los ecosistemas argentinos. Editorial INTA, Santiago delEstero, Argentina.

Kruskal, WH & WA Wallis. 1952. Use of ranas on one-criterionvariance anlisis. Journal of the American StatisticalAssociation 47: 583-621.

Pelez, D. 1995. Empleo y efecto del fuego en los pastizales, Pp.23-32. En: Actas Jornadas de Cra en Campos de Monte.I.D.E.V.I.-INTA-Cambio Rural.

Sertsu, SM & PA Sanchez. 1978. Effects of heating on some changesin soil propierties in relation to an Ethiopian land managementpractice. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 940-944.

Schlichting, E; HP Blume & K Stahr. 1995. BodenkundlichesPraktikum. Blackwell Wissenschafs-Verlag, Berln. 295 pp.

Smith, SM; S Newman; PB Garrett & JA Leeds. 2001. Differentialeffects of surface and peat fire on soil constituents in a degradedwetland of the Northern Florida Everglades. Journal ofEnvironmental Quality 30: 1998-2005.

Ulery, AL & RC Graham. 1993. Forest fire effects on soil colorand texture. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 135-140.

Walker, J; R Raison & P Khanna. 1986. Fire. Pp.185-216. In:Ressell, Isbell (eds.) Australian Soils. The human impact.University of Queensland Press. St. Lucia.

Walkley, A & IA Black. 1934. An examination of Degtjareffmethod for determining soil organic matter and a proposedmodification of the chromic acid titration method. Soil Sci.37: 29-38.

Wright, HA & A Bailey. 1982. Fire Ecology in the United Stateand southern Canada. John Wiley and Sons, New York.

propiedades y quema del suelo

Documents