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Universidad Nacional del Comahue
Centro Regional Universitario Bariloche
DINÁMICA DE LA HUMEDAD FOLIAR Y DE COMBUSTIBLES
MUERTOS EN ESPECIES CLAVE DE PATAGONIA: SU IMPORTANCIA
EN LA IGNICIÓN Y COMPORTAMIENTO DE INCENDIOS
FORESTALES Y EN EL DESARROLLO DE ÍNDICES DE PELIGRO
Trabajo de Tesis para optar al Título de Doctor en Biología
Ing. Ftal. MSc. Lucas O. Bianchi
Director: Dr. Guillermo E. Defossé
Marzo de 2014
RESUMEN
El fuego es un disturbio que tiene un rol preponderante en la región norte de la provincia de
Chubut. En los últimos 10 años, en esta zona los incendios afectaron 17.000 ha de vegetación
boscosa. Sumado a esto, en los últimos años también se ha incrementado notoriamente el
número de personas que habita, principalmente, en la zona de ecotono entre el bosque y la
estepa, en lo que se denomina zona de interfase. Esto hace que la ocurrencia de incendios se
transforme en una amenaza poniendo en riesgo no solo la vegetación sino también vidas
humanas. En la región Andino Patagónica de Argentina, los veranos son cálidos y secos.
Durante estos períodos el contenido de humedad presente en los tejidos de la vegetación
disminuye notablemente. Desde el punto de vista de los incendios forestales, esto incrementa
el peligro de que las plantas ardan rápidamente. El tejido, tanto vivo como muerto y su
contenido de humedad (Contenido de Humedad del Combustible, CHC) son claves en las
características del comportamiento del fuego. El CHC es el componente principal de la
mayoría de los modelos utilizados en los sistemas de evaluación del peligro de incendios y de
predicción del comportamiento del fuego. Uno de ellos, el Sistema Canadiense de Predicción
del Peligro de Incendios Forestales (CFFDRS, por sus siglas en inglés1) está siendo
implementado gradualmente en Argentina desde el año 2000. El Índice Meteorológico de
Peligro de Incendios (FWI, por sus siglas en inglés2) es uno de los cuatro subsistemas que lo
componen y es un indicador relativo del CHC Muerto (CHCM) calculado a partir de la
temperatura, la humedad relativa, la velocidad del viento y la precipitación acumulada en 24
hs, registradas al mediodía. Este subsistema es el único que está siendo utilizado hasta el
momento y aunque con buenos resultados, aún no ha sido completamente adaptado a los
ecosistemas locales. En esta región, existen dos tipos forestales en los cuales los incendios son
más frecuentes, el ñirantal (dominado por ñire (Nothofagus antarctica (G. Forst.) Oerst.) y el
cipresal (dominado por el ciprés de la cordillera (Austrocedrus chilensis (D. Don) Pic.Serm. &
Bizarri. Esta tesis se centró en típicos bosques post-fuego dominados por ñire y por ciprés
coetáneo en estado puro. En el sotobosque de las formaciones estudiadas se encuentran
principalmente el radal (Lomatia hirsuta (Lam.) Diels ssp. obliqua (Ruiz & Pav.), la laura
(Schinus patagonicus (Phil.) I.M. Johnst. ex Cabrera var. Patagonicus),y la caña colihue
(Chusquea culeou E. Desv.). En la misma región, el álamo criollo (Populus nigra var. italica
(Munchh.) Koehne, se ha plantado desde mucho tiempo atrás con fines de protección de
cultivos y para el ganado. El estudio del CHC Vivo (CHCV) del álamo reviste importancia ya
que en diversos incendios forestales ha mostrado que podría retardar el avance del fuego.
El objetivo de la presente tesis fue estudiar las dinámicas del CHC Vivo (CHCV) en hojas y
pequeñas ramitas de cada especie y del CHCM que se encuentra en la superficie de cada tipo
forestal. A su vez, relacionar estas dinámicas del CHC con las condiciones ambientales y con
la probabilidad de ignición a distintos CHC para cada tipo de combustible (vivo, muerto y
para las diferentes especies). Conocer estas dinámicas resulta clave para estimar el momento
en que se alcanzarían valores de CHC críticos para el manejo y subsecuente control de los
incendios. Esto permitiría validar (o no) el sistema FWI para la región, avanzando en la
implementación del CFFDRS en nuestro país.
Para lograr estos objetivos recolecté muestras de combustible vivo de las copas de todas las
especies mencionadas y del mantillo (combustibles muertos) que se encuentra en ñirantales y
1 Canadian Forest Fire Danger Rating System
2
Fire Weather Index
I
cipresales que podrían considerarse como típicos y de alguna manera representativos de estos
bosques en la región. Obtuve el contenido de humedad de dichas muestras y realicé ensayos
de ignición para determinar los parámetros de inflamabilidad que caracterizan a cada especie.
Al mismo tiempo registré las condiciones meteorológicas (temperatura, humedad relativa,
velocidad del viento y precipitación) y el contenido de humedad del suelo a tres
profundidades, 0-10, 20-30 y 50-60 cm. Con esta información, estudié cómo varía el
contenido de humedad de cada una de las especies, en el período noviembre-abril, es decir a
lo largo de la temporada de incendios, durante cinco temporadas (desde fines de noviembre de
2007 hasta principios de abril de 2012). Relacioné el CHC de los distintos combustibles
estudiados con las condiciones ambientales y su inflamabilidad. Finalmente, analicé la
relación entre el índice FWI y la dinámica del CHC para las distintas especies.
La dinámica del CHCM presentó variaciones asociadas a los cambios en las condiciones
meteorológicas. Los combustibles ganaron humedad durante los períodos húmedos y con
menor temperatura, y la perdieron durante los períodos más cálidos y secos. La variable
meteorológica de mayor influencia resultó ser la precipitación y, en menor medida, le
siguieron la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del viento. El CHCM resultó más
variable bajo los bosques de ñire. Estas diferencias podrían deberse a las distintas estructuras
de cada uno de los tipos forestales, siendo los ñirantales bosques más abiertos y, por lo tanto,
la superficie bajo su dosel más expuesta a la radiación solar, al viento y a la precipitación
efectiva que llega al suelo. Para cada uno de los tipos forestales logré determinar contenidos
de humedad a partir del cual la ignición y propagación del fuego en el mantillo se verían
dificultados (humedad de extinción). Al mismo tiempo, relacionando este valor con uno de los
códigos que forman al FWI (el Código de Contenido de Humedad del Combustible Fino,
FFMC por sus siglas en inglés3) logré asociar valores de este último a la ignición y
propagación del fuego que permitirían predecir fácilmente el peligro de incendios en estos
combustibles.
Encontré que el CHCV varió dentro de un rango definido para cada especie e identifiqué tres
categorías. El álamo presentó valores muy altos de CHCV, mientras que la caña colihue
presentó los valores más bajos. En la categoría intermedia se encontraron, en orden
decreciente, el ciprés, el radal, la laura y el ñire. En general, las especies dominantes (ñire y
ciprés) presentaron dinámicas de CHCV muy similares. Sin embargo, en períodos
prolongados de sequía el CHCV en el ñire disminuyó más que en el ciprés, evidenciando las
diferencias adaptativas de ambas especies a estas condiciones. La humedad foliar en el álamo
mostró ser independiente de las condiciones meteorológicas y de la humedad en los primeros
60 cm del suelo. En cambio, en la caña colihue, las variaciones de CHCV estuvieron
relacionadas con las condiciones meteorológicas y la humedad en las primeras capas del
suelo. Analizando cada especie por separado, la dinámica del CHCV no siempre estuvo
relacionada con variaciones en la inflamabilidad y sus parámetros asociados (frecuencia de
ignición, tiempo de ignición, duración de la combustión e intensidad). Sin embargo, y en
general, las especies con menor humedad foliar presentaron mayor inflamabilidad y
viceversa. No pude encontrar relaciones significativas entre el FWI, que hace un seguimiento
de las condiciones meteorológicas durante la temporada de incendios, y la dinámica del
CHCV de estas especies. A pesar de que estos resultados no son significativos para intentar
predecir el CHCV de modo sencillo e indirecto a partir de un índice, el conocimiento de la
dinámica del CHCV y de la inflamabilidad representa una herramienta valiosa para validar la
clasificación en tipos de combustible de distintas asociaciones vegetales que se encuentra en
desarrollo en la región.
3
Fine Fuel Moisture Code
II
Para lograr un adecuado manejo integral del fuego, es necesario conocer no solo el rol del
fuego en los ecosistemas, sino también cómo predecir su comportamiento. Los resultados de
la presente tesis son un aporte valioso en este sentido. La información generada brinda
conocimiento de utilidad para el manejo de los combustibles, para su descripción y
clasificación, y para el desarrollo de modelos de combustibles y de comportamiento del fuego.
III
SUMMARY
Fire plays an important role in the northwestern region of the province of Chubut. In this
region and in the past 10 years, 17,000 ha of forest vegetation has burnt. Besides, in recent
years, human settlement has significantly increased in the forest-steppe ecotone (or Wildland
Urban Interface) of this region, increasing also fire risk. When a fire occurs in this region,
therefore, not only vegetation, but also many human lives are at risk. In the whole Andean
Patagonian region of Argentina, summers are warm and dry. During these periods, moisture
content of most plant tissues (mainly leaves) usually decreases. This condition increases the
probabilities of fire occurrence. Should a fire occurs, both live and dead tissues and their
moisture content (Fuel Moisture Content, FMC) play then an important role, and are key
factors influencing the subsequent fire behavior characteristics. The FMC is one of the main
components of most models used by fire danger and fire behavior prediction systems. One of
these systems, the Canadian Forest Fire Danger Rating System (CFFDRS) has being
gradually implemented in Argentina since the year 2000. The Fire Weather Index (FWI) is one
of the four sub-systems that comprise the CFFDRS, being a relative indicator of the Dead
FMC (DFMC). The FWI subsystem is the only one that is currently being applied to different
ecosystems of Argentina. Although with promising results up to the present, it has not been
yet fully tested and adapted to local ecosystems. In this region, ñire (Nothofagus antarctica
(G. Forst.) Oerst.) and cypress (Austrocedrus chilensis (D. Don) Pic.Serm. & Bizarri) forests
represent two of the forest types in which fires are frequent. This thesis is focused on typical
post-fire forests dominated by ñire and cypress. Understory of these forests is mostly
composed by radal (Lomatia hirsuta (Lam.) Diels ssp. obliqua (Ruiz & Pav.), laura (Schinus
patagonicus (Phil.) I.M. Johnst. ex Cabrera var. Patagonicus), and caña colihue (Chusquea
culeou E. Desv.). In the same region toward the steppe, black poplar (Populus nigra var.
italica (Munchh.) Koehne, is planted for crop and livestock protection. Black poplar's CHCV
it is an important factor since this species showed that it could act as a fire spread barrier
during fire conflagrations.
The objective of this thesis was to study seasonal dynamics of Live FMC (LFMC) in leaves
and small twigs of each species, and of DFMC in each forest type and relate them with
environmental conditions and with ignition probability at different FMC for each fuel type
(live and dead, and for each species). Knowledge of these dynamics is key to estimate when
critical values of FMC would be reached for each species and might allow to validate (or not)
the FWI index for each forest type, progressing in the implementation of the CFFDRS in
Argentina.
To achieve these objectives, I collected live fuel samples from living crowns of the species
mentioned and from dead fallen leaves and small twigs under ñire and cypress forests. I
obtained moisture content of these samples and performed ignition tests to determine the
flammability parameters that characterize each species. At the same time I recorded the
weather (temperature, relative humidity, wind speed, and precipitation) and the moisture
content in the first 60 cm of soil depth. With this information, I studied how moisture content
of each species varies along the fire season. I related the different fuel characteristics and its
moisture content with environmental conditions and flammability. Finally, I analyzed the
relationship between the FWI index and the moisture content dynamics for each species.
Dead FMC showed variations associated with changes in weather conditions. Fuels gained
moisture during cold and wet periods, losing it during warm and dry periods. The most
influencing weather variable was precipitation, followed by temperature, relative humidity
and wind speed. Dead FMC showed higher variability in ñire forests as compared to cypress
IV
forests. These differences are likely due to the different structures presenting by each forest
type, being ñire forests more permeable to solar radiation, wind, and precipitation. For each
forest type, I found the moisture content from which the ignition and spread of fire in duff
would be rare or absent (moisture of extinction). At the same time, when this moisture content
values was related with one of the codes of the FWI (the Fine Fuel Moisture Code, FFMC), I
defined danger classes that might be useful to predict fire danger from FFMC values.
I found that LFMC varied within a narrow range for each species, identifying then three
different categories. On one side, black poplar presented high LFMC values, and at the other
end caña colihue presented very low LFMC values. In an intermediate category were ñire,
cypress, laura, and radal. In general, the dominant species ñire and cypress showed quite
similar LFMC dynamics. However, long periods of drought lead to lower LFMC in ñire than
in cypress, revealing adaptive differences of both species during dry periods. Black poplar's
LFMC was neither related to surrounding weather conditions nor to moisture content in the
first 60 cm of soil depth. In contrast, caña colihue showed LFMC variations that were closely
related to weather conditions and moisture content in the top layers of soil. Live FMC
dynamics was not always related to variations of all flammability parameters when species
were analyzed separately. However, when all species were considered together, I found that
when LFMC decreases, flammability increases and vice-versa. I did not find significant
relationships between the components of the FWI and LFMC. Although these results are not
meaningful to remotely predict LFMC in an easy way based on this index, the knowledge of
LFMC dynamics and flammability of these species represents valuable information to validate
fuel types being developed for the region.
For a good fire management, it is necessary to know not only the fire role in the ecosystem,
but also how to predict fire behavior. The results of this thesis are a valuable contribution in
this regard. The information generated provides useful knowledge for fuel management, fuel
description and the development of fire behavior models.
V