Les feux de végétation de faible gravité et les brûlages dirigés ont longtemps été présumés par les scientifiques et les gestionnaires de ressources comme étant inoffensifs pour les sols, mais ce n'est peut-être pas le cas, de nouvelles recherches montrent.

Selon deux nouvelles études d'une équipe de l'Université de Californie, Merced (UCM) et le Desert Research Institute (DRI), les brûlures de faible gravité - dans lesquelles le feu se déplace rapidement et la température du sol ne dépasse pas 250 °C (482 °F) - causent des dommages à la structure du sol et à la matière organique d'une manière qui n'est pas immédiatement apparente après un incendie.

« Quand vous avez un incendie de haute gravité, vous brûlez la matière organique du sol et l'impact est immédiat, " a déclaré Teamrat Ghezzehei, Doctorat., chercheur principal des deux études et professeur agrégé de physique environnementale des sols à l'UCM. « Dans un incendie de faible gravité, la matière organique ne brûle pas, et il n'y a pas de destruction visible tout de suite. Mais le brûlage affaiblit la structure du sol, et à moins que vous ne reveniez plus tard et regardez attentivement le sol, vous ne remarqueriez pas les dégâts."

chercheur DRI Markus Berli, Doctorat., Professeur agrégé de recherche en sciences de l'environnement, s'est intéressé à l'étude de ce phénomène en visitant une zone brûlée près d'Ely, Nev. en 2009, où il a fait l'observation inattendue qu'une prescription, un incendie de faible gravité avait causé des dommages à la structure du sol dans la zone brûlée. Lui et plusieurs collègues de DRI ont mené une étude de suivi sur un autre brûlage contrôlé dans la région, et a découvert que la structure du sol qui semblait être bonne immédiatement après un incendie, mais qui s'est détériorée au cours des semaines et des mois qui ont suivi. Berli a ensuite fait équipe avec Ghezzehei et une équipe de l'UCM qui comprenait l'étudiant diplômé Mathew Jian, et professeur agrégé Asmeret Asefaw Berhe, Doctorat., d'approfondir l'enquête.

Le sol est constitué de grosses et petites particules minérales (gravier, sable, limon, et argile) qui sont liés entre eux par la matière organique, l'eau et d'autres matériaux pour former des agrégats. Lorsque les agrégats du sol sont exposés à de graves incendies, la matière organique brûle, altérer la structure physique du sol et augmenter le risque d'érosion dans les zones brûlées. Dans les zones de brûlage de faible gravité où la matière organique ne subit pas de pertes importantes, l'équipe s'est demandé si la structure du sol était dégradée par un autre processus, comme par l'ébullition de l'eau contenue dans les agrégats du sol ?

Dans une étude publiée dans Lettres de recherche géophysique AGU en mai 2018, l'équipe de l'UCM-DRI s'est penchée sur cette question, en utilisant des échantillons de sol provenant d'une zone forestière non brûlée dans le comté de Mariposa, Californie et des broussailles non brûlées du comté de Clark, Nev. pour analyser les impacts des feux de faible gravité sur la structure du sol. Ils ont chauffé les agrégats du sol à des températures simulant les conditions d'un incendie de faible gravité (175 oC/347 oF) sur une période de 15 minutes, puis recherché des changements dans la pression interstitielle interne du sol et la résistance à la traction (la force requise pour séparer l'agrégat).

Au cours de l'expérimentation, ils ont observé que la pression interstitielle dans les agrégats du sol a atteint un pic lorsque l'eau a bouilli et s'est vaporisée, puis a chuté lorsque les liaisons dans les agrégats du sol se sont brisées et que de la vapeur s'est échappée. Les mesures de résistance à la traction ont montré que les agrégats de sol les plus humides avaient été plus affaiblis que les échantillons de sol plus secs au cours de ce processus.

"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. Par exemple, 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, par exemple. 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."