השפעות שרֵפת יער על תכונות כימיות ופיזיקליות של קרקע ועל תהליכי נגר וסחף

אוגוסט 2012, גליון 3, (עמ' 247-255)



-
הדפס PDF שלח לחבר



תקציר

שרֵפות יער יכולות לגרום לשינויים ביחסי גשם/נגר/סחף באזור השרֵפה, ועל-ידי כך לגרום לנזקים אקולוגיים, סביבתיים והנדסיים. מטרת העבודה הנוכחית הייתה לבחון את ההשפעה שיש לחשיפות שונות של קרקע רנדזינה לשרֵפת יער, מבחינת התכונות הכימיות והכימיות-פיזיקליות של הקרקע, המבנה שלה ותהליכי נגר וסחף בסופות גשם עוקבות. דגימות קרקע נדגמו מיער ביריה מאזור שנשרף באותה שנה (קרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה), ומאזור שלא נשרף (קרקע לא שרופה). חלק מהקרקע שנדגמה מהאזור שלא נשרף חוממה ב-300 מעלות צלזיוס במשך 8 שעות בתנור (קרקע שנחשפה לחום). דגימות אלה הומטרו בשלוש סופות גשם עוקבות במדמה גשם לקביעת ערכי חידור ושיעורי סחף. מתוצאות הניסוי עולה כי בקרקע לא שרופה חלו ירידה בערכי החידור ועלייה בכמויות הסחף במהלך סופת גשם כתוצאה מהרס תלכידים, מיצירת קרום בפני הקרקע ומעלייה בשיעורי הנגר. ערכי החידור היו גבוהים יותר וכמויות הסחף היו נמוכות יותר בקרקע שנחשפה לחום ובקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה מאשר בקרקע הלא שרופה. תוצאות אלה נבעו מכך, שחשיפת הקרקע ל-300 מעלות גרמה לשינויים כימיים ומבניים בתחמוצות הברזל והאלומיניום במקטע החרסיתי בקרקע, שהעלו את יציבות התלכידים כנגד מכות טיפות הגשם וכוחות ההתפוררות (slaking) הנובעים מהרטבה מהירה של הקרקע. נוסף על כך, חשיפת הקרקע לשרֵפה ישירה ולחום גרמה לעלייה בריכוז האלקטרוליטים ולירידה בערך מנת ספיחת הנתרן (SAR) בתמיסת הקרקע במהלך הגשם. כתוצאה מכך, נמנעו פיזור (dispersion) חלקיקי החרסית במים והתפתחות קרום מפותח, ושיעורי הנגר והסחף פחתו. אולם, תהליכים אלה פחתו עם סופות הגשם העוקבות. ניתן להסיק מהעבודה הנוכחית, ששרֵפת יער יכולה להגדיל את יציבות מבנה הקרקע, ועל-ידי כך להקטין את הנזק שיכול להיגרם מבחינת נגר וסחף כתוצאה משרֵפת החומר הצמחי וחשיפת הקרקע.

 

מבוא

שרֵפות יער הן תופעות שכיחות באגן הים התיכון. שכיחותן ועוצמתן גדלו בעשורים האחרונים [29], ואחת ההשפעות שלהן היא שינוי ביחסי גשם/נגר/סחף באזור השרֵפה [6, 9, 24, 25, 26, 32]. שיעורי נגר יכולים לעלות במהלך סופת גשם כתוצאה מירידה בערכי החידור הנובעת משני גורמים עיקריים [14]: (א) פחיתה במפל ההידראולי המניע את תנועת המים לעומק הקרקע עם הרטבתה; (ב) היווצרות קרום צפוף עם מוליכות הידראולית נמוכה בפני הקרקע [4, 22]. הקרום נוצר כתוצאה משני מנגנונים עיקריים [2, 4, 23]: (א) מנגנון פיזיקלי הגורם להרס מכני של התלכידים עקב מכות טיפות הגשם והרטבה מהירה שלהם. נוכחות בקרקע של חומרים מתלכידים, כגון חומר אורגני [19], תחמוצות פעילות של ברזל ואלומיניום [27] וחרסית [4, 18], מחזקת את מבנה התלכידים ועל-ידי כך קטנה השפעת מנגנון זה בהיווצרות הקרום; (ב) מנגנון כימי-פיזיקלי, הנובע מירידה בריכוז האלקטרוליטים בתמיסת הקרקע עם שטיפת הקרקע במי הגשם, הגורם לפיזור (dispersion) של חלקיקי חרסית הקרקע במים ליצירת תרחיף האוטם את הנקבובים בקרום [4].

סחף קרקע נובע מניתוק חלקיקים מגוף הקרקע עקב מכות טיפות הגשם וכוחות הגזירה של זרימת הנגר העילי, ומהסעת חלקיקים שנותקו על-ידי הנגר או כוחות ההתזה של טיפות הגשם [3, 30]. מכאן, שלשרֵפת היער המשפיעה על יציבות מבנה הקרקע, יכולה להיות השפעה גם על הסחף. 

לעוצמת השרֵפה, המוגדרת כמכפלה בין האנרגיה המשתחררת משרֵפה של חומר בעירה הנמצא ביחידת שטח לבין מהירות התפשטות השרֵפה [7, 8], ולחומרת השרֵפה, שהיא מדד איכותי המשקף את התגובה של המערכת האקולוגית ביער לשרֵפה [7, 8], יש שונות מרחבית ועתית גבוהה בזמן השרֵפה. לכן, אזורים שונים ביער נחשפים באופן שונה לשני מדדים אלה. ניתן לאפיין שלושה טיפוסי חשיפה עיקריים של הקרקע לשרֵפה: (א) איים של קרקע ביער שלא נחשפו לשרֵפה; (ב) קרקע שנחשפה לחום מהאש ולאפר שנוצר משרֵפת חומר צמחי; (ג) קרקע שנחשפה לחום שנפלט מהאש, אבל לא נחשפה לאפר, מכיוון שהקרקע הייתה ללא חיפוי צמחי או נשר. 

עבודות רבות נעשו בארץ על השפעת שרֵפת יער על הצומח, על השתקמותו, על זמינות חומרים מזינים (nutrients) ועל תכולת חומר אורגני בקרקע [15, 16, 17, 20, 29, 31]. אולם מעט עבודות נעשו על השפעת השרֵפה על התכונות הכימיות והכימיות-פיזיקליות של הקרקע והשפעתן על מבנה הקרקע ועל תהליכי נגר וסחף. קרקע רנדזינה היא קרקע גירית, בעלת מרקם סייני ולפרקים חרסיתי, הנפוצה ביערות הארץ [1]. מטרת העבודה הנוכחית הייתה לבחון את השפעת חשיפות שונות של קרקע רנדזינה לשרֵפת יער על תכונות כימיות וכימיות-פיזיקליות, על המבנה שלה ועל תהליכי נגר וסחף בסופות גשם עוקבות ומבוקרות. עבודה זו אינה בוחנת את השפעת שכבת האפר מעל פני הקרקע, אלא רק את השפעת האפר שהתערבב עם חלקיקי הקרקע.

 

חומרים ושיטות 

שטח המחקר ודגימת קרקע

שטח המחקר ממוקם ביער ביריה (32°59'52N, 35°30'27E), הכולל עצי אורן קפריסאי (Pinus brutia) ואורן ירושלים (Pinus halepensis) על גבי קרקע רנדזינה בהירה בעלת מרקם סיין חרסיתי חולי. שרֵפה קלה-בינונית שהתרחשה ב-21.7.2009 כילתה את הצומח העשבוני והנשר על פני הקרקע, חרכה את גזעי העצים הבוגרים עד לגובה של מספר מטרים, ושרפה כליל חלק מהעצים הצעירים.

דגימות קרקע מופרות נדגמו ב-28.10.2009 מעומק של כ-3 ס"מ מאזור שרוף ביער ומאזור לא שרוף סמוך, לאחר הסרה זהירה של שכבת האפר או הנשר מעל פני הקרקע. דגימות הקרקע יובשו ליובש אוויר, נכתשו ונופו בנפה של 4 מ"מ. חלק מהקרקע שנדגמה מהאזור שלא נשרף, נארזה בשכבה בעובי 5 ס"מ במגשים בגודל של 1 מ"ר, שחוממו בתנור ב-300 מעלות במשך 8 שעות כדי לוודא שכל שכבת הקרקע נחשפה לטמפרטורה הנתונה. קרקע זו שימשה כדוגמה לקרקע שנחשפה רק לחום, ותיקרא להלן קרקע שנחשפה לחום. הקרקע שנדגמה מאזור שלא נשרף ולא חוממה בתנור, שימשה כדוגמה לקרקע לא שרופה, ותיקרא קרקע לא שרופה. הקרקע שנדגמה מהאזור שנשרף, שימשה כדוגמה לקרקע שנחשפה לחום מהאש ולאפר שנוצר מהשרֵפה של החומר הצמחי, ותיקרא קרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה. תכונות פיזיקליות וכימיות של הקרקעות לאחרי טיפולי השרֵפה השונים נקבעו בשלוש חזרות בשיטות סטנדרטיות (טבלה 1).

ניסוי במדמה גשם

הקרקע הלא שרופה, הקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה והקרקע שנחשפה לחום נארזו בעובי של 2 ס"מ במגשים מחוררים בגודל 50X30 סמ"ר ובצפיפות גושית של 1.2, 1.1 ו-1.0 גרם לסמ"ק, בהתאמה. המגשים הוצבו בשיפוע 30% במדמה גשם [21] והומטרו בשלוש סופות עוקבות של 80 מ"מ מים מזוקקים לסופה עם עוצמת גשם של 47 מ"מ לשעה ובארבע חזרות. בין הסופות העוקבות יובשו הקרקעות במגשים ב-37 מעלות במשך 72 שעות. במהלך כל סופת גשם, נפח הנקז שחִלחל דרך שכבת הקרקע נאסף בזמנים שונים מכל מגש, ונפחו נמדד לקביעת ערכי החידור. נוסף על כך, ארבעה מקטעים של מי נקז ונגר נאספו מכל מגש לאחר כל 20 מ"מ גשם במהלך שלוש סופות הגשם העוקבות, ואיכותם הכימית נקבעה. כמות הסחף נקבעה על-ידי ייבוש דגימות הנגר ב-105 מעלות ושקילת הסחופת.

יציבות תלכידים

השפעת חשיפת הקרקע לתנאי שרֵפה שונים על יציבות תלכידים כנגד כוחות התפוררות (slaking - כוחות הגורמים להרס תלכידי הקרקע כתוצאה מהרטבה מהירה שלהם) ופיזור נקבעה בשלושת טיפולי הקרקע השונים בשלוש חזרות בשיטה שפותחה על-ידי בן-חור ואחרים [5]. פירוט מתומצת של קביעת ערכי ההתפוררות והפיזור מובא להלן:

ערכי התפוררות נקבעו על-ידי הרטבה מהירה או אִטית של תלכידים יבשים בגודל 4-2 ס"מ שנדגמו מכל קרקע, ונופו בעדינות במערכת נפות בגדלים שונים. קוטר ממוצע משוקלל ((MWD של התלכידים לאחר ההרטבה המהירה והאִטית חושב לכל דגימת קרקע על פי נוסחה [1]

 

 

 

כאשר wi הוא משקל המקטע של התלכידים בקבוצת גודל i עם ממוצע קוטר Xi. 

ערך ההתפוררות (SLV) של כל דגימת קרקע חושב על פי נוסחה [2]

 

 

 

כאשר MWDs ו-MWDf הם קוטר ממוצע משוקלל של התלכידים לאחר הרטבה אִטית ומהירה, בהתאמה. SLV=1 מורה על חוסר השפעה של כוחות ההתפוררות בהרס התלכידים, וככל שערך  ה–SLV גדל, השפעת כוחות ההתפוררות בהרס התלכידים רבה יותר. 

ערך הפיזור (DV) נקבע על-ידי טלטול הקרקע במים מזוקקים, קביעת ריכוז החרסית בתרחיף על-ידי ספקטרופוטומטר, וחישוב הערך על פי נוסחה [3]


 

 

 

כאשר Md הוא משקל החרסית שהפכה לתרחיף עקב פיזור, מִדגימה של 2 גרם קרקע שטולטלה במים מזוקקים, ו-Mt הוא משקל החרסית הכללית בדגימה של 2 גרם קרקע. 

 טבלה 1

תוצאות ודיון

שרֵפת יער יכולה להשפיע על ההרכב הכימי ועל מרקם הקרקע, כפי שניתן לראות בטבלה 1. תכולת החומר האורגני הכללי בקרקע שנחשפה לחום פחתה באופן מובהק ל-4.6% לעומת 6.5% בקרקע הלא שרופה (טבלה 1). ירידה זו נבעה בעיקר משרֵפת החומר האורגני במהלך חשיפת הקרקע לטמפרטורה של 300 מעלות [7, 8, 10, 11, 12, 13, 28]. לעומת זאת, תכולת החומר האורגני בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה הייתה גבוהה באופן מובהק מאשר בקרקע הלא שרופה (טבלה 1). ככל הנראה, במהלך דגימת הקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה, נוספו חלקיקי אפר, שמקורם משרֵפה לא שלמה של החומר הצמחי והנשר, והם שגרמו לעלייה זו בתכולת החומר האורגני.

תכולות המקטע החרסיתי והחולי קטנו, ותכולת המקטע הסילטי עלתה בקרקע שנחשפה לחום לעומת הקרקע הלא שרופה (טבלה 1). הירידה בתכולת המקטע החרסיתי בקרקע שנחשפה לחום נבעה כנראה משחרור של מולקולות מים ספוחות בפני החרסית ומשינויים כימיים ומבניים בתחמוצות הברזל והאלומיניום במקטע החרסיתי כתוצאה מהחימום שלהן ב-300 מעלות [7, 11, 28]. שינויים אלה גרמו כנראה להתקרבות בין חלקיקי החרסית, לעלייה בכוחות המשיכה ביניהם ולהתלכדותם למיקרו-תלכידים בגודל מקטע סילטי שלא התפרקו במהלך קביעת ההרכב המכני של הקרקע (התפלגות מקטעי הגודל של חול, סילט וחרסית בקרקע). לעומת זאת, הירידה בתכולת החומר האורגני הכללי בקרקע שנחשפה לחום (טבלה 1) גרמה כנראה להתפרקות של מיקרו-תלכידים בגודל מקטע חול לחלקיקים קטנים יותר (מיקרו-תלכידים אלה לא התפרקו במהלך קביעת ההרכב המכני בקרקע הלא שרופה), ומכאן הירידה בתכולת מקטע החול בקרקע זו (טבלה 1). לעומת זאת, ההרכב המכני של הקרקע הלא שרופה ושל הקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה היה דומה (טבלה 1). תוצאות אלה מרמזות שעוצמת השרֵפה באזור הנלמד ביער ביריה הייתה נמוכה יחסית. 

הירידה בתכולת החומר האורגני בקרקע שנחשפה לחום הייתה כנראה הגורם העיקרי לירידה המובהקת בקיבול הקטיונים החליפיים (קק"ח) של קרקע זו לעומת הקרקע הלא שרופה [7], והעלייה בתכולת החומר האורגני בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה גרמה לעליה מובהקת בקק"ח שלה לעומת הקרקע הלא שרופה (טבלה 1). חשיפת הקרקע לחום של 300 מעלות גרמה לעלייה מובהקת בתכולת הגיר לעומת הקרקע הלא שרופה (טבלה 1). ייתכן כי עלייה זו בתכולת הגיר נבעה מעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני והסידן בתמיסת הקרקע שנחשפה לחום כתוצאה משרֵפת החומר האורגני ודחיקת הסידן מהקומפלקס הסופח על-ידי יוני אמון ושקיעתם כגיר. 

ערכי החידור של הקרקעות בשלושת טיפולי השרֵפה בסוף כל סופת גשם עוקבת (ערכי חידור סופיים) מובאים בטבלה 2, וערכי החידור של קרקעות אלה כתלות בכמות הגשם המצטברת של שלוש סופות הגשם העוקבות מובאים בנספח 1. ערכי החידור התחיליים (ערכי החידור בתחילת סופת הגשם) של הקרקע בשלושת טיפולי השרֵפה היו גדולים מ-47 מ"מ לשעה, והם ירדו לערכים סופיים שנעו בין 10.5 ל-39.8 מ"מ לשעה בסוף סופת הגשם הראשונה (טבלה 2). ירידה זו בערכי החידור נבעה מהרס התלכידים כתוצאה מכוחות ההרס של טיפות הגשם ומיצירת קרום בפני הקרקע עם מוליכות הידראולית נמוכה יחסית [4, 22]. בסופת הגשם הראשונה הייתה הירידה בערכי החידור מתונה יותר, וערכי החידור הסופיים היו גבוהים יותר בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה ובקרקע שנחשפה לחום מאשר בקרקע הלא שרופה (טבלה 2). הבדלים אלה בערכי החידור הסופיים בין הקרקעות עם טיפולי השרֵפה השונים מורים שהשרֵפה וחימום הקרקע גרמו לעלייה ביציבות מבנה הקרקע שהפחיתה את היווצרות הקרום. בקרקע הלא שרופה לא ירדו ערכי החידור הסופיים במהלך סופות הגשם העוקבות, ובקרקעות עם שני טיפולי השרֵפה האחרים ירדו ערכי החידור הסופיים באופן מובהק בסופות העוקבות (טבלה 2). תוצאות אלה מורות שיציבות המבנה של הקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה ושל הקרקע שנחשפה לחום פחתה בסופת הגשם השנייה והשלישית. 

כמויות סחף כלליות לכל סופת גשם עוקבת בשלושת טיפולי השרֵפה מובאות בטבלה 2, וכמויות הסחף שנאספו ב-4 מקטעי גשם עוקבים בכל סופת גשם כתלות בכמות הגשם המצטברת מובאות בנספח 2. בסופת הגשם הראשונה כמויות הסחף היו הגבוהות ביותר (580 גרם למ"ר) בקרקע הלא שרופה, הנמוכות ביותר (68 גרם למ"ר) בקרקע שנחשפה לחום, ובערכי ביניים (396.9 גרם למ"ר) בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה (טבלה 2). ההבדלים בכמויות הסחף בין טיפולי השרֵפה קטנו במהלך הסופות העוקבות. מכאן, שגם תוצאות אלה מורות על כך שחשיפת הקרקע לשרֵפה ישירה או לחום גרמו לעלייה ביציבות מבנה הקרקע, וכי יציבות זו פחתה בסופות העוקבות.

טבלה 2 

חשיפת הקרקע לשרֵפה ישירה או לחום יכולה להשפיע על יציבות מבנה הקרקע בשני אופנים עיקריים: (א) שינוי בהרכב הכימי והמינרלי של הקרקע המגדיל את הכוחות המלכדים בין חלקיקי הקרקע ואת היציבות הפיזיקלית של מבנה הקרקע כנגד כוחות הרס פיזיקליים חיצוניים, כגון מכות טיפות גשם והרטבה מהירה של הקרקע; (ב) שינויים כימיים-פיזיקליים (ריכוז יונים והרכבם) בתמיסת הקרקע במהלך סופת הגשם, שיכולים להשפיע על פיזור החרסית בקרקע [2, 4, 23]. ערכי MWD של התלכידים בשלושת טיפולי הקרקע, כפי שחושבו מנוסחה [1], וערכי ההתפוררות שלהם, כפי שחושבו מנוסחה [2], מובאים באיור 1. ערכי התפוררות אלה הם מדד ליציבות פיזיקלית של תלכידי הקרקע כנגד מכות טיפות הגשם והרטבה מהירה שלהם. בקרקע שנחשפה לחום, לא נמצאו הבדלים מובהקים בערכי  ה-MWD בין ההרטבה האִטית והמהירה, וערך ההתפוררות היה  כ- 1 (איור 1). דבר זה מורה על יציבות מבנה גבוהה מבחינה פיזיקלית של קרקע זו, אף על פי שתכולת החומר האורגני הכללי בקרקע הייתה נמוכה (טבלה 1). יציבות מבנה זו של הקרקע שנחשפה לחום נבעה כנראה מהשפעת החימום על הגדלת כוחות המשיכה בין חלקיקי הקרקע בתלכיד, כפי שהוסבר למעלה, שמנעו היווצרות של קרום מפותח, ירידה חדה בערכי החידור ועלייה בכמות הסחף בקרקע שנחשפה לחום (טבלה 2). ערכי ההתפוררות של הקרקע הלא שרופה והקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה היו דומים וגבוהים מערך 1 (איור 1). תוצאות אלה מורות שמבחינה פיזיקלית, יציבות המבנה של הקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה הייתה נמוכה יחסית, ודומה ליציבות המבנה של הקרקע הלא שרופה. וזאת אף על פי שתכולת החומר האורגני הכללי בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה הייתה גבוהה מאשר בקרקע הלא שרופה (טבלה 1). תוצאות אלה מחזקות את ההשערה שמקורו של החומר האורגני באפר בשרֵפה חלקית של חומר צמחי, וכי הוא אינו יוצר אינטראקציה עם חלקיקי הקרקע, ולכן השפעתו על יציבות מבנה הקרקע שולית.

איור 1

גורם נוסף שיכול להסביר את ההבדלים בערכי החידור הסופיים ובכמויות הסחף בין טיפולי השרֵפה השונים בסופות הגשם העוקבות (טבלה 2) הוא שינויים בתכונות הכימיות-פיזיקליות של תמיסת הקרקע בטיפולי השרֵפה ובמהלך סופות הגשם השונות. ערכי המוליכות החשמלית (EC), שמשמשת מדד לריכוז האלקטרוליטים בתמיסה, וה-SAR במי הנקז שהתקבלו מטיפולי השרֵפה השונים כתלות בכמות הגשם המצטברת בשלוש סופות הגשם העוקבות, מובאים באיור 2. ערכים אלה של ה-EC וה-SAR במי הנקז הם מדד טוב לערכים שלהם בתמיסת הקרקע במהלך סופות הגשם. ערכי ה-EC במי הנקז בקרקע שנחשפה לחום היו גבוהים באופן מובהק מאשר בקרקע הלא שרופה ובקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה בשלוש סופות הגשם העוקבות (איורים 2א, 2ב ו-2ג). לעומת זאת, ערכי ה-SAR במי הנקז מהקרקע שנחשפה לחום היו, באופן כללי, נמוכים יותר מאשר בקרקע הלא שרופה (איורים 2ד, 2ה ו-2ו). מגמה דומה של ערכי EC  ו-SAR נמצאה בתמיסת המיצוי של טיפולי הקרקע השונים (טבלה 1). חימום הקרקע ל-300 מעלות גרם כנראה לעלייה במכפלת המסיסות של מינרלי הקרקע [12], והעלייה במכפלת המסיסות של המינרלים שהכילו סידן ומגנזיום הייתה גבוהה יותר מאשר של המינרלים שהכילו נתרן, ומכאן ערכי ה-SAR הנמוכים בקרקע שנחשפה לחום (טבלה 1 ואיור 2). ערכי ה-EC הגבוהים וערכי  ה-SAR הנמוכים בתמיסת הקרקע שנחשפה לחום במהלך סופות הגשם העוקבות הקטינו את הפיזור של חלקיקי החרסית בקרקע, כפי שניתן לראות מערך הפיזור הנמוך באופן מובהק בקרקע זו מאשר בקרקע עם שני טיפולי השרֵפה האחרים (טבלה 1). לעומת זאת, הירידה המשמעותית בערכי ה-EC בקרקע שנחשפה לחום בין סופת הגשם הראשונה (איור 2א) לסופות הגשם השנייה והשלישית (איורים 2ב ו-2ג) העלתה כנראה את פיזור החרסית בסופות עוקבות אלה, שגרם לירידה בערכי החידור הסופיים ולעלייה בכמויות הסחף בסופות אלה (טבלה 2). בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה, היו ערכי ה-SAR במי הנקז, באופן כללי, נמוכים יותר מאשר במי הנקז של הקרקע הלא שרופה, וערכי ה-EC במי הנקז בשני טיפולי שרֵפה אלה היו דומים (איור 2). מגמה דומה נמצאה בתמיסת המיצוי של הקרקעות (טבלה 1). ערכים אלה של SAR ו-EC גרמו לפחיתה בפיזור החרסית בקרקע שנחשפה לשרֵפה ישירה, שגרמה לעלייה ביציבות מבנה הקרקע ובערכי החידור הסופיים ולירידה בכמויות הסחף הכללית בקרקע זו (טבלה 2). 

 

מסקנות

א. חימום הקרקע ב-300 מעלות שינה את ההרכב הכימי והמינרלי של קרקע רנדזינה. כתוצאה מכך, כוחות המשיכה בין החלקיקים בתלכידי הקרקע ויציבות המבנה שלהם כנגד מכות טיפות הגשם וכוחות ההתפוררות עלו, ערכי החידור של הקרקע במהלך הגשם נשארו גבוהים ושיעורי הנגר והסחף פחתו.

ב. חשיפת הקרקע לחום ולשרֵפה ישירה גרמה לעלייה בריכוז האלקטרוליטים ולירידה בערכי ה-SAR בתמיסת הקרקע במהלך הגשם. כתוצאה מכך נמנעו פיזור החרסית והתפתחות קרום מפותח, ושיעורי הנגר והסחף פחתו. אולם גורם זה פחת עם סופות הגשם העוקבות. 

ג. שרֵפה יכולה לגרום לשינויים אקולוגיים וקרקעיים רבים ביער, המשפיעים על יחסי גשם/נגר/סחף. שינויים אלה כוללים: ירידה בדִיות של הצומח ביער, הגדלה בחשיפת פני הקרקע לכוחות ההרס של מכות טיפות הגשם ושינוי בתכונות הקרקע. אף על פי ששרֵפה בעוצמה גבוהה יכולה להוביל לעלייה ביציבות מבנה הקרקע ועל-ידי כך להפחית את שעורי הנגר והסחף ביער, עלולים שיעורים אלה לגדול לאחר שרֵפה כתוצאה מהשפעתם הרבה יותר של הגורמים האחרים המעלים את הנגר והסחף. 

איור 2

 

מקורות

[1] רביקוביץ ש. 1981. קרקעות ישראל: התהוותן, טבען ותכונותיהן. תל–אביב: הוצאת הקיבוץ המאוחד. 


[2] Agassi M, Shainberg I, and Morin J. 1981. Effects of electrolyte concentration and soil sodicity on the infiltration rate and crust formation. Soil Science Society of America Journal 45: 848-851.

[3] Ben-Hur M and Agassi M. 1997. Predicting interrill erodibility factor from measured infiltration rate. Water Resources Research 33: 2409-2415.

[4] Ben-Hur M. 2008. Seal formation effects on soil infiltration and runoff in arid and semiarid regions under rainfall and sprinkler irrigation conditions. In: Zereini F and Jaeschke W (Eds). Climatic changes and water resources in the Middle East and in North Africa. New York: Springer-Verlag. 

[5] Ben-Hur M, Yolcu G, Uysal H, et al. 2009. Soil structure changes: Aggregate size and soil texture effects on hydraulic conductivity under different saline and sodic conditions. Australian Journal of Soil Research 47: 688-696.

[6] Ben-Hur M, Fernandez C, Sarkkola S, and Cerezal JCS. 2011. Overland flow, soil erosion and stream water quality in forest under different perturbations and climate conditions. In: Bredmeier M, Cohen S, Godbod DL, et al. (Eds). Forest management and the water cycle. An ecosystem-based approach. Dordrecht, Heidelberg, London, New York: Springer.

[7] Certini G. 2005. Effects of fire on properties of forest soils: A review. Oecologia 143: 1-10.

[8] DeBano LF, Neary DG, and Folliott PF. 1998. Fire's effect on ecosystems. New York: Wiley.

[9] Farley KA, Jobbagy EG, and Jackson RB. 2005. Effects of afforestation on water yield: A global synthesis with implications for policy. Global Change Biology 11: 1565-1576.

[10] Garcia-Corona R, Benito E, de-Blas E, and Varela ME. 2003. Effects of heating on some soil physical properties related to its hydrological behavior in two North-Western Spanish soils. International Journal of Wildland fire 13(2): 195-199.

[11] Giovannini G, Luchéis S, and Giachetti M. 1988. Effect of heating on some physical and chemical parameters related to soil aggregation and erodibility. Soil Science 146: 255-262.

[12] Giovannini G, Luchéis S, and Giachetti M. 1990. Effects of heating on some chemical parameters related to soil fertility and plant growth. Soil Science 149: 344-350.

[13] Gonzalez-Pereza JA, Gonzalez-Vila FJ, Almendrosb G, and Knicker H. 2004. The effect of fire on soil organic matter - A review. Environment International 30: 855-870.

[14] Hillel D. 2004. Introduction to environmental soil physics. Amsterdam: Elsevier Academic Press.

[15] Kutiel P and Naveh Z.1987. The effect of fire on nutrients in a pine forest soil. Plant and Soil 104: 269-274.

[16] Kutiel P and Shaviv A. 1992. Effects of soil types, plant composition and leaching on soil nutrients following a simulated forest fire. Forest Ecology and Mana 53: 329-343.

[17] Kutiel P and Inbar M. 1993. Fire impact on soil nutrients and soil erosion in a Mediterranean pine forest plantation. Catena 20: 129-139.

[18] Lado M and Ben-Hur M. 2004. Soil mineralogy effects on seal formation, runoff and soil loss. Applied Clay Science. 24: 209-224.

[19] Lado M, Paz A, and Ben-Hur M. 2004. Organic matter and aggregate size interactions in infiltration, seal formation and soil loss. Soil Science Society of America Journal 68: 935-942.

[20] Lavee H, Kutiel P, Segev M, and Benyamini Y. 1995. Effect of surface roughness on runoff and erosion in a Mediterranean ecosystem: The role of fire. Geomorphology 11: 227-234.

[21] Morin J, Goldberg D, and Seginer I. 1967. A rainfall simulator with a rotating disc. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 10: 74-77.

[22] Morin J, Benyamini Y, and Michaeli A. 1981. The effect of raindrop impact on the dynamics of soil surface crusting and water movement in the profile. Journal of Hydrology 52: 321-335.

[23] Shainberg I and Letey J. 1984. Response of soils to sodic and saline conditions. Hilgardia 52: 1-57.

[24] Shakesby RA. 2011. Post-wildfire soil erosion in the Mediterranean: Review and future research directions. Earth-Science Reviews 105: 71-100.

[25] Shakesby RA, and Doerr SH. 2006. Wildfire as a hydrological and geomorphological agent. Earth-Science Reviews 74: 269-307.

[26] Sidle RC, Ziegler AD, Negishi JN, et al. 2006. Erosion processes in steep terrain - Truths, myths, and uncertainties related to forest management in Southeast Asia. Forest Ecology and Management 224: 199-225.

[27] Singer A. 1994. Clay mineralogy as affecting dispersivity and crust formation in Aridisols. In: Etchevers JD (Ed). Transaction of the 15th World Congress of Soil Science, Vol. 8a; 1994 Jul 10-16; Acapulco, Mexico. International Society of Soil Science. and Mexican Society of Soil Science.

[28] Terefe T, Mariscal-Sancho I, Peregrina F, and Espejo R. 2008. Influence of heating on various properties of six Mediterranean soils. A laboratory study. Geoderma 143: 273-280.

[29] Tessler N, Wittenberg L, Malkinson D, and Greenbaum N. 2008. Fire effects and short-term changes in soil water repellency - Mt. Carmel, Israel. Catena 74: 185-191. 

[30] Watson DA and Laflen JM. 1986. Soil strength, slope rainfall intensity effect on interrill erosion. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 29: 98-102.

[31] Wittenber L and Inbar M. 2009. The role of fire disturbance on runoff and erosion processes - a long-term approach, Mt. Carmel case study, Israel. Geographical Research 47(1): 46-56.

[32] Zhang I, Dawes WR, and Walker GR. 2001. Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale. Water Resources Research 37: 708-710. 





רשות הטבע והגנים החברה להגנת הטבע Israel Nature and Parks Authority Society for the Protection of Nature in Israel