Dopo il fuoco: come la combustione rimodella il suolo, e che cosa ritorna

Tre incendi, in tre registri. Nel 2023 gli incendi boschivi hanno bruciato circa 15 milioni di ettari in Canada, più del doppio del record precedente, e per una stagione la foresta boreale che di norma immagazzina carbonio è diventata una delle maggiori fonti di carbonio della Terra 59. In ogni stagione secca, più della metà di tutte le terre che bruciano nel mondo brucia in Africa, per lo più savana incendiata di proposito da popolazioni che usano il fuoco per gestire i pascoli da millenni 3332. E nel luglio 2022, vicino a Bordeaux, un abbruciamento agricolo sfuggito al controllo si è trasformato in uno dei peggiori incendi della Francia, costringendo decine di migliaia di persone a lasciare le proprie case e covando sottoterra nella torba per mesi. Una catastrofe, una routine e un incidente. Incendi molto diversi, e un'unica domanda sotto ciascuno di essi.

Quella domanda è che cosa un incendio lascia nel suolo, e quanto ne ritorna. È la stessa domanda che il fuoco sia stato spontaneo o deliberato, in una foresta o in un campo, perché un contadino che dissoda la terra con un fiammifero e un incendio su scala di paesaggio sono la stessa chimica a scale diverse. Entrambi immettono calore nel suolo, e il suolo ne conserva la ricevuta. Con un clima più caldo e più secco vediamo aumentare il tipo incontrollato: incendi che si propagano più lontano, bruciano più caldi e ritornano più spesso, dato che la frequenza degli incendi ad alta severità e la superficie totale bruciata sono entrambe cresciute dagli anni Settanta 19. La risposta onesta ha tre scale temporali e un'avvertenza ricorrente: dipende quasi interamente da quanto si è scaldato il suolo, e per quanto tempo.

Il fuoco non è un fenomeno unico: che cosa subisce davvero il suolo

La prima cosa da separare è il fuoco nell'aria dal fuoco nel terreno. L'intensità del fronte di fiamma, il muro di fuoco e il pennacchio, è ciò che osserviamo e temiamo. Ma il suolo sta sotto, e il suolo è un cattivo conduttore di calore. È, di fatto, il proprio isolante. Una compilazione globale di temperature del suolo misurate durante incendi reali e fuochi prescritti ha rilevato che la maggior parte degli incendi riscalda solo i primissimi centimetri e che, sotto mezzo centimetro di profondità, le temperature raramente superano i 300°C 3. L'eccezione è il combustibile che cova in profondità, uno strato di torba, uno spesso strato di lettiera umificata o una catasta di tronchi, che può bruciare basso e lento per ore o settimane e spingere il calore molto più in profondità. È ciò che ha tenuto acceso il suolo della Gironda per mesi, e ciò che ha permesso agli incendi canadesi del 2023 di bruciare fino nella torba e nel permafrost, liberando carbonio da strati di suolo che una fiamma superficiale di passaggio non raggiungerebbe mai 9.

In superficie, i numeri sono violenti. Negli incendi di arbusteti sono state registrate temperature vicine ai 964°C al livello del suolo, e la combustione completa di cataste di tronchi in una pineta dell'Oregon ha raggiunto in media 759°C in superficie, con picchi oltre i 1100°C 36. Eppure, anche sotto quei mega-tronchi, le temperature letali per le radici e gli organismi del suolo sono arrivate a circa 10 cm di profondità e non oltre, senza nulla di misurabile a 30 cm 6. Il calore è reale, ma è superficiale, ed è breve. Questo conta perché la maggior parte degli studi di laboratorio mantiene il suolo a una temperatura fissa per mezz'ora o un'ora, molto più a lungo di un fronte di fiamma di passaggio, e tende quindi a sovrastimare ciò che accade in un campo reale 3.

Il singolo fattore che più controlla la profondità raggiunta dal calore è l'acqua. Un suolo umido spende l'energia del fuoco per far evaporare l'acqua dalla superficie anziché trasmetterla verso il basso. In combustioni controllate di combustibile legnoso, un suolo con il 20% di umidità volumetrica o più ha spento l'impulso di calore letale a 2,5 cm e più in basso, mentre lo stesso suolo completamente secco ha portato temperature letali fino a 10 cm 4. Un incendio della stagione secca e uno della stagione umida sullo stesso terreno sono, dal punto di vista del suolo, due eventi diversi. Lo stesso vale per le soglie da tenere a mente. Circa 60°C, mantenuti nel tempo, bastano a uccidere le radici e la maggior parte degli organismi del suolo, anche se questo numero è una regola empirica più che un limite netto, perché gli organismi variano e la durata conta quanto il picco 78. La sostanza organica inizia a bruciare tra circa 200 e 300°C, e l'azoto comincia a volatilizzarsi e ad allontanarsi come gas da circa 200°C in su. Oltre i 450°C, il carbonio organico di quello strato è sostanzialmente scomparso.

Muova i cursori e la lezione arriva rapidamente. Una temperatura superficiale feroce su un suolo secco spinge la zona letale diversi centimetri più in basso e brucia il carbonio dello strato superiore. Lo stesso incendio su un suolo umido tocca appena qualcosa sotto la pellicola superficiale. È per questo che la severità del fuoco, definita dai pedologi come la perdita di sostanza organica sopra e sotto il suolo, predice ciò che accade al suolo molto meglio dell'altezza delle fiamme.

Il primo anno: cenere, un afflusso di nutrienti e acqua che non si infiltra

Nelle settimane successive a un incendio, la superficie del suolo può sembrare, sulla carta, migliorata. La cenere è alcalina e ricca dei nutrienti minerali che erano immobilizzati nella biomassa bruciata, per cui uno strato superficiale bruciato mostra spesso un aumento del pH e un afflusso di potassio, calcio, magnesio, fosforo e azoto ammoniacale disponibili 122. È il granello di verità contenuto nella vecchia intuizione contadina secondo cui bruciare «nutre» la terra. Per una stagione, su un incendio a bassa severità, può farlo. I semi di molte piante adattate al fuoco ricevono dalla chimica del fumo e del carbone lo stimolo a germinare, e il terreno ripulito, fertilizzato e soleggiato è per breve tempo un buon posto per una plantula 19.

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Il problema è che questo afflusso è un prelievo, non un deposito. I nutrienti della cenere erano già nel sistema, trattenuti nelle piante e nella lettiera e riciclati lentamente. Il fuoco converte uno stock lento e trattenuto in un impulso rapido e mobile, e buona parte di esso non resta. Azoto e zolfo sono le perdite più nette: si volatilizzano nella fiamma e lasciano il sito come gas, ed è per questo che una meta-analisi globale di quasi 300 studi di campo ha rilevato un calo dell'azoto del suolo di circa il 15% dopo un incendio, insieme a un calo analogo del carbonio del suolo 2. Il picco di ammonio è reale, ma il capitale totale di azoto del suolo di solito è diminuito.

Il cambiamento più importante del primo anno è fisico, ed è quasi invisibile. Quando la sostanza organica brucia, parte del vapore che emette si ricondensa sulle particelle di suolo più fresche poco sotto la superficie e le riveste di una pellicola cerosa e idrorepellente. Ne risulta uno strato idrofobo, di solito situato tra due e quattro centimetri di profondità, che impedisce alla pioggia di infiltrarsi. In quattro recenti megaincendi californiani, il tempo impiegato da una goccia d'acqua per penetrare nel suolo è passato da meno di un secondo prima dell'incendio a più di dieci minuti dopo 11. Questa idrorepellenza è più forte dopo incendi di severità alta e moderata e, lasciata a sé, si attenua da sola man mano che l'inumidimento e il gelo degradano le cere, diventando di solito non rilevabile entro circa un anno 10. Per quell'anno, tuttavia, il suolo ha silenziosamente perso gran parte della sua capacità di accogliere l'acqua. Tutto ciò che è difficile nel medio periodo discende da questo.

Gli anni intermedi: il suolo che se ne va

Se il primo anno è una questione di chimica, gli anni successivi sono una questione di gravità. Un versante bruciato ha perso la chioma, la lettiera e le radici che un tempo intercettavano la pioggia e tenevano unita la superficie, e al di sotto può avere uno strato che respinge l'acqua anziché assorbirla. Il primo temporale intenso dopo un incendio incontra una superficie pronta a ruscellare anziché a imbibirsi, e porta con sé il suolo. È la singola conseguenza di medio periodo più dannosa del fuoco, ed è quella che trasforma un evento da cui ci si riprende in un evento di degrado.

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Gli ordini di grandezza sono notevoli. Su versanti gravemente bruciati del Colorado, la produzione di sedimenti nei primi cinque anni è stata in media di 32 tonnellate per ettaro, contro praticamente nulla dai versanti vicini non bruciati 12. Uno studio nel Montana ha misurato 1157 grammi di suolo persi per metro quadrato nell'anno dell'incendio, con un ritorno verso i livelli di fondo man mano che il terreno si rivegetava negli anni successivi 13. In siti mediterranei, il ruscellamento è aumentato dal 150 al 375% e la perdita di suolo dal 100 all'800% subito dopo l'incendio 15. Quando a valle si parla di colate detritiche post-incendio e di invasi inquinati, è di questo suolo che si parla, che arriva tutto in una volta.

Ecco la parte che cambia ciò che si fa per porvi rimedio. Per anni lo strato idrorepellente è stato ritenuto responsabile dell'erosione post-incendio, ma accurati esperimenti di campo che hanno separato i due fattori hanno rilevato che la perdita della copertura protettiva del suolo contava più dell'idrorepellenza in sé 12. Cenere e copertura proteggono la superficie del suolo dall'impatto delle gocce di pioggia e le impediscono di sigillarsi in una crosta; tolta quella copertura, il suolo si erode che sia idrorepellente o no. È una buona notizia, perché la copertura è qualcosa che si può ripristinare, e indica direttamente l'intervento che funziona.

Lo strumento rende visibile la priorità. La pendenza fissa la posta in gioco, ma la copertura fissa il risultato. Un versante bruciato, nudo e ripido può perdere decine di volte il suolo di uno intatto, e il modo più rapido per abbassare quel numero non è combattere la pendenza ma rimettere copertura sul terreno prima della prima grande pioggia.

L'ombra lunga: che cosa il fuoco lascia per sempre

Nel corso dei decenni, il fuoco tiene due registri nel suolo, e puntano in direzioni opposte. Dal lato del debito c'è la sostanza organica perduta. Quel calo medio del 15% del carbonio del suolo non sempre viene recuperato, e con incendi ripetuti la perdita si accumula: in pinete mediterranee bruciate due volte, l'intero orizzonte organico superficiale era scomparso, e le frazioni di carbonio labili, a rapido ciclo, nei suoli bruciati ripetutamente erano diminuite fino a un terzo 220. Incendi frequenti, con troppo poco tempo tra un evento e l'altro perché lo strato di lettiera e la comunità microbica si ricostituiscano, sono il modo in cui un suolo viene consumato. Alla scala di un intero bioma il debito può essere sbalorditivo: la stagione degli incendi canadese del 2023 ha liberato dell'ordine di 650 milioni di tonnellate di carbonio, in gran parte dalla combustione di suoli organici più che di alberi, e ha trasformato la foresta boreale da pozzo a fonte di carbonio per quell'anno 9.

Dal lato del credito c'è un dono singolare e duraturo: il carbonio pirogenico. La combustione incompleta trasforma una piccola frazione della biomassa bruciata, dell'ordine di pochi punti percentuali, in carbone vegetale e altri residui carboniosi la cui struttura aromatica e condensata resiste alla decomposizione 17. È, in sostanza, lo stesso materiale del biochar aggiunto deliberatamente ai suoli, e ne trattiamo la contabilizzazione in dettaglio in Biochar: rimozione del carbonio, risposta del suolo e la questione contabile. Quella meta-analisi globale ha rilevato un aumento del carbonio pirogenico di circa il 40% dopo l'incendio, anche mentre il carbonio totale diminuiva 2. Si ritiene che circa la metà del carbonio pirogenico prodotto dagli incendi di vegetazione persista per secoli 16, e nelle savane modellate dal fuoco può costituire il 14% di tutto il carbonio del suolo, e localmente fino al 40% 18.

La prova più chiara che il carbone può costruire suolo anziché solo segnarne la distruzione si trova in Amazzonia. Sparse nel bacino ci sono chiazze di terra preta, suoli antropici scuri e fertili che le popolazioni precolombiane crearono, in parte, incorporando carbone vegetale in un terreno altrimenti povero. Secoli dopo quei suoli contengono ancora fino a settanta volte più carbonio nero della terra circostante, e sono ancora fertili, perché le superfici ossidate del carbone trattengono i nutrienti che la pioggia tropicale altrimenti dilaverebbe 31. È la dimostrazione più evidente che il carbonio pirogenico può essere sia duraturo sia utile. Il problema sta nel modo in cui fu prodotto: la terra preta derivava da fuochi freddi, soffocati, da carbonaia, non dai fuochi caldi e aperti che dominano oggi.

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Si è tentati di leggervi un fuoco che immagazzina carbonio per noi, e una parte della contabilizzazione ha propeso in questa direzione. Sarei cauto. Il carbonio pirogenico è stabile, non eterno: stime accurate del turnover collocano il suo pool lento nell'ordine dei secoli, circa 800 anni, non i millenni spesso ipotizzati, e gli incendi ripetuti consumano lentamente il carbone già presente sul terreno 17. La lettura onesta del lungo periodo è che il fuoco sposta la sostanza organica del suolo verso un totale più piccolo ma una forma più stabile. In un sistema che brucia poco e di rado, questo fa parte del funzionamento del suolo. In un sistema che ora brucia più caldo e più spesso, le perdite dal lato del debito superano i guadagni lenti e stabili dal lato del credito.

Lo strumento di recupero racchiude in miniatura la tesi centrale dell'articolo. Quella stessa meta-analisi ha rilevato che il carbonio e l'azoto del suolo tornano ai livelli pre-incendio in media circa dieci anni dopo l'incendio, prima di quanto molti suppongano 2. Ma una media nasconde i suoi estremi. Un incendio a bassa severità su un sito protetto torna alla baseline entro pochi anni. Un incendio ad alta severità su un versante nudo, che perde carbonio verso valle a ogni temporale, può assestarsi decenni dopo su un deficit permanente. La differenza tra questi due futuri è soprattutto la differenza tra non fare nulla e proteggere il terreno.

Il fuoco del contadino: taglia e brucia e stoppie

Non tutto il fuoco deliberato è uguale. Due dei più antichi fuochi agricoli della Terra fanno cose quasi opposte al suolo sottostante, e vale la pena considerarli separatamente, perché uno può essere un compromesso praticabile e l'altro è per lo più una perdita lenta.

Taglia e brucia: il compromesso più antico

In tutti i tropici, dall'Amazzonia al bacino del Congo fino agli altopiani del Sud-est asiatico, centinaia di milioni di persone coltivano ancora con l'agricoltura itinerante: abbattere un tratto di foresta, lasciarlo seccare, bruciarlo e coltivare la radura per qualche anno prima di spostarsi altrove e lasciarla ricrescere. Il fuoco è deliberato, e il suo primo effetto sul suolo è l'afflusso di nutrienti dalla cenere che abbiamo già incontrato, un vero impulso di nutrienti e un aumento del pH che sostengono i primi raccolti 27. Praticato a bassa intensità su un ciclo lungo, è uno dei modi sostenibili più antichi di coltivare un suolo tropicale povero.

Il compromesso regge solo se il maggese è abbastanza lungo. La combustione volatilizza quasi tutto il carbonio e l'azoto contenuti nella vegetazione abbattuta, dell'ordine del novantacinque per cento, per cui i nutrienti che raggiungono il suolo sono pagati al prezzo dello stock ben più grande che va in fumo 30. Che il sistema resti in equilibrio o venga lentamente depauperato dipende dal fatto che gli anni di maggese restituiscano ciò che gli anni di coltura e il fuoco sottraggono 28. Dove la pressione demografica accorcia il maggese, la bilancia passa dall'equilibrio all'impoverimento. Nelle foreste pluviali orientali del Madagascar, i periodi di maggese sono scesi da otto-quindici anni a soli tre-cinque nel giro di pochi decenni, e ogni incendio ha favorito graminacee resistenti e amanti del fuoco a scapito degli alberi che tornavano, finché la foresta ha lasciato il posto a una prateria senza alberi di scarsa utilità per chiunque 29. È di nuovo la lezione degli incendi boschivi, nelle mani di un contadino: è il regime a decidere il risultato, non il singolo incendio.

Esiste una versione di questo fuoco che costruisce suolo anziché depauperarlo, e la differenza sta tra cenere e carbone. Un fuoco caldo e aperto trasforma la biomassa soprattutto in gas e in un po' di cenere effimera. Un fuoco freddo, soffocato e povero di ossigeno la trasforma in carbone vegetale, il carbonio pirogenico duraturo all'origine dei suoli di terra preta. È per questo che il «taglia e carbonizza» viene riconsiderato come alternativa al taglia e brucia, ed è la stessa idea del biochar, di cui ci occupiamo in Biochar: rimozione del carbonio, risposta del suolo e la questione contabile. Il fuoco è lo stesso strumento; il risultato dipende da come lo si lascia bruciare 31.

Le stoppie: sottrazione per mezzo del fuoco

L'altro fuoco agricolo è quello acceso per eliminare i residui colturali dopo il raccolto, ed è una bestia più mite. La bruciatura delle stoppie è rapida, di solito accesa quando il suolo sottostante trattiene ancora un po' di umidità, e finita in pochi minuti, per cui il colpo immediato inferto al suolo è spesso modesto. Uno studio sulla bruciatura delle stoppie di riso nella Thailandia centrale ha rilevato che il fuoco semplicemente non era abbastanza caldo da modificare la comunità batterica del suolo subito dopo, anche se la cenere ha comunque alzato il pH e i nutrienti per un certo tempo 22. Se un fuoco di stoppie fosse un evento isolato, il suo costo principale sarebbe il fumo, non il suolo.

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Non è mai un evento isolato, e il suo danno è lento e cumulativo, e agisce per sottrazione. Ogni tonnellata di paglia bruciata è una tonnellata di carbonio e nutrienti che altrimenti avrebbe nutrito il suolo decomponendosi, mandata invece in fumo. Nelle pianure a riso e frumento dell'India settentrionale, dove appena un paio di settimane separano una coltura dalla successiva, qualcosa come 116 milioni di tonnellate di residui vengono bruciati in un solo anno, sottraendo miliardi di chilogrammi di carbonio organico al bilancio del suolo e riempiendo l'aria di azoto reattivo e particolato fine 2425. Le prove che confrontano la bruciatura con l'interramento della paglia mostrano chiaramente il costo nel suolo: biomassa microbica e respirazione ridotte rispettivamente di circa la metà e un terzo con la bruciatura, con una chiara impronta di stress microbico dove i residui vengono bruciati anziché lasciati 2623.

Le autorità di regolamentazione, dall'Unione europea all'India, limitano la bruciatura dei residui all'aperto, in modo disomogeneo e con esiti alterni, perché l'aritmetica raramente la favorisce. Un abbruciamento acceso per risparmiare due settimane di lavoro scambia un bene duraturo, i residui che sarebbero diventati sostanza organica del suolo, con una comodità occasionale e, di tanto in tanto, nel giorno sbagliato e con il vento sbagliato, con un incendio come quello che ha aperto questo articolo.

Positivo o negativo? Dipende dal regime, non dall'evento

Il fuoco è dunque buono o cattivo per il suolo? La domanda non ha una risposta unica perché è rivolta all'unità sbagliata. Un singolo incendio non è né l'uno né l'altro. Savane, molte pinete, macchie mediterranee e boschi boreali si sono evoluti con il fuoco e ne dipendono, e un incendio leggero in questi sistemi può essere neutro o persino rigenerante, ripulendo la lettiera, stimolando la germinazione e restituendo nutrienti alla superficie 719. La vita del suolo è ben adattata a sopravvivergli. Gli organismi si riparano nel suolo fresco sotto lo strato letale e ricolonizzano da lì, a condizione che l'uso del suolo non cambi e che la vegetazione ritorni prima che il suolo venga dilavato 7.

L'Africa lo dimostra su scala continentale. Più della metà di tutte le terre che bruciano ogni anno sul pianeta è savana africana, e quasi tutta viene incendiata deliberatamente, stagione dopo stagione, da popolazioni che gestiscono pascoli e territorio 3332. Non sono suoli che vengono distrutti. Sono suoli che bruciano a un ritmo regolare da così tanto tempo che le graminacee, gli alberi sparsi e i microrganismi si sono costruiti attorno a esso, e gran parte del loro carbonio si trova al sicuro sotto terra, fuori dalla portata delle fiamme. Qui il fuoco è più vicino allo sfalcio che alla catastrofe, ed è anche per questo che il semplice soffocarlo non è una facile vittoria per il clima.

Ciò che decide il risultato è il regime, non l'evento: quanto è severo l'incendio, quanto spesso ritorna e che cosa lo segue. Giri uno qualsiasi di questi cursori nella direzione sbagliata e un disturbo sopportabile diventa un degrado duraturo. È esattamente ciò che sta facendo un clima che si riscalda. Una sintesi globale ha rilevato che i danni del fuoco alla biogeochimica del suolo si concentrano nei climi freddi, nelle foreste di conifere e ovunque gli incendi stiano diventando più intensi e più frequenti, con alcuni effetti che persistono per decenni 21. Il pericolo non è che il fuoco sia nuovo per questi paesaggi. È che il fuoco arriva più caldo, più esteso e più spesso di quanto il suolo si sia evoluto per assorbire, e con meno tempo per riprendersi tra un evento e l'altro.

Che cosa si può davvero fare: misurare, stabilizzare, ripristinare

La risposta pratica si articola in tre mosse, in ordine. La prima è misurare, perché «il suolo sta bene» e «il suolo è rovinato» sono entrambe supposizioni finché qualcuno non verifica. La severità dell'incendio può essere mappata da immagini satellitari, usando la differenza del normalised burn ratio prima e dopo l'incendio, per individuare dove il terreno è stato colpito più duramente. In quelle aree, una manciata di misure di campo Le dice con che cosa ha a che fare: carbonio e azoto del suolo su base di massa equivalente, così che una variazione di densità apparente non La inganni, un test di penetrazione della goccia d'acqua per l'idrorepellenza, che richiede pochi minuti, e un semplice test di infiltrazione. Esaminiamo la logica di campionamento alla base di questo tipo di confronto prima-dopo in Quanto deve essere grande la Sua campagna di campionamento del carbonio del suolo?

La seconda mossa è stabilizzare, e la finestra è breve. Lo strumento sull'erosione ha già svelato la risposta: rimettere copertura sul terreno prima della prima pioggia forte. Una revisione sistematica dei trattamenti post-incendio ha rilevato che la pacciamatura funziona, che la pacciamatura di paglia e di legno supera l'idropacciamatura a spruzzo, e che il beneficio è massimo proprio dove serve di più, sui terreni gravemente bruciati, quando la copertura viene portata oltre circa il 70% 14. Le barriere lungo il versante aiutano; la semina aiuta più lentamente. L'unica cosa da non fare è far passare macchinari su una superficie bruciata fragile e distruggere la struttura che rimane.

La terza mossa è ripristinare, ed è soprattutto una questione di pazienza e di non peggiorare le cose. Lasciare che la vegetazione si reinsedi, aggiungere sostanza organica dove ha senso e, soprattutto, tenere il fuoco lontano dal sito abbastanza a lungo perché la lettiera e la comunità microbica si ricostituiscano. Nei seminativi, l'equivalente è l'intervento più semplice di tutto questo articolo: smettere di bruciare i residui e restituirli invece al suolo. Il recupero dopo un incendio è davvero possibile. Semplicemente non è automatico, e quasi tutto ciò che lo decide accade nel primo anno.

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