Fe and Al leaching in soils under laboratory-controlled burns

Abstract

The influence of the severity of soil heating on aluminium and iron leaching was analysed, as well as its relationship with the solubility of organic matter. For this purpose, laboratory experiments were carried out under microcosm conditions where unaltered soil blocks were submitted to thermal shock and subsequently to rainfall simulation (300 mm), collecting the surface (0 cm) and subsurface runoff (12 cm). Soil heating was carried out using infrared lamps reaching temperatures of 222 and 401 ºC at a depth of 1 cm, similar to those reached in moderate and high intensity fires respectively. The analysis of the drainage waters showed that the leaching of Al increased with the severity of the thermal shock, whereas for Fe perceptible effects were only seen at the highest temperature. Geochemical modelling with Visual MINTEQ indicated that Al and Fe were fundamentally mobilised and associated with dissolved organic matter. Weak interactions (electrostatic binding) predominated in the case of Al and strong interactions (bidentate complexes with dissolved organic matter) in the case of Fe. Only towards the end of the leaching experiment, when the concentration of dissolved organic carbon decreased, was there a perceptible mobility of Al and Fe in the inorganic form, in the subsurface leachate of the moderate temperature treatment.Se analizó la in!uencia de la severidad del calentamiento del suelo en la lixiviación de aluminio y hierro, y su relación con la solubilidad de la materia orgánica. Para tal fin, se realizaron experimentos de laboratorio, en condiciones de microcosmos, en los que bloques de suelo inalterados fueron sometidos a choques térmicos y posteriormente a la acción de lluvia simulada (300 mm), recogiendo las aguas de escorrentía superficial (0 cm) y subsuperficial (12 cm). El calentamiento del suelo se llevó a cabo por medio de lámparas infrarrojas, que permitieron alcanzar temperaturas de 222 y 401 ºC, a 1 cm de profundidad, similares a las que se alcanzan, respectivamente, en incendios de severidad moderada y alta. El análisis de los lixiviados mostró que el lavado de Al aumentó con la severidad del choque térmico, mientras que para el Fe solo se observaron efectos apreciables para la temperatura más alta. La modelización geoquímica con el programa Visual Minteq indicó que Al y Fe se movilizaron fundamentalmente asociados a materia orgánica disuelta, redominando las uniones débiles (enlace electrostático) en el caso del Al y las uniones fuertes (complejos bidentados con la materia orgánica disuelta) en el caso del Fe. Únicamente hacia el final del experimento de lixiviación, cuando disminuyó la concentración de carbono orgánico disuelto, se observó una movilización apreciable de Al y Fe en forma inorgánica en el lavado subsuperficial del tratamiento de moderada temperatura.Analisou-se a influência da severidade do aquecimento do solo na lixiviação do alumínio e do ferro, bem como a sua relação com a solubilidade da matéria orgânica. Assim, realizaram-se ensaios laboratoriais desenvolvidos em microcosmos, com blocos de solo não alterados submetidos a choques térmicos e seguidamente a testes de chuva simulada (300 mm). Recolheram-se as águas de escorrimento superficial (0 cm) e subsuperficial (12 cm). O aquecimento do solo foi feito com lâmpadas de infravermelho atingindo temperaturas de 222 e 401 ºC a 1 cm de profundidade, à semelhança das alcançadas em incêndios forestais de média e alta intensidade. A análise dos lixiviados mostrou que a lixiviação do Al aumenta com a severidade do choque térmico, enquanto que no caso do ferro apenas foram percetíveis efeitos para a temperatura mais elevada A modelagem geoquímica com o programa Visual Minteq, indicou que o Al e o Fe sofrem mobilização em associação com a matéria orgânica dissolvida, com o predomínio de interações fracas (ligação eletrostática) no caso do Al e de interações fortes (complexos bidentados com matéria orgânica dissolvida) no caso do Fe. Apenas no fim do ensaio de lixiviação, quando as concentrações carbono orgânico dissolvido diminuem, ocorre mobilização apreciável de Al e Fe na forma inorgânica no lixiviado subsuperficial do tratamento da temperatura média.