DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-11695-2026
تاريخ النشر: 2026-08-19
المؤلف: Carlos Blanco‐Alegre وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الانبعاثات الناتجة عن الحرق الموصى به في الأراضي الشجرية المتوسطية التي تهيمن عليها Calluna vulgaris و Genista hispanica في شمال غرب إسبانيا، مع معالجة ندرة عوامل الانبعاث المستندة إلى الحقل (EFs) لهذه النظم البيئية. تستخدم الأبحاث مجموعة متنوعة من التقنيات التحليلية، كاشفة أن حرائق Calluna تظهر احتراقًا لهبًا أكثر كثافة (كفاءة الاحتراق المعدلة، MCE = 90.6%) مقارنةً باحتراق التوهج (MCE = 70.8%) لحرائق Genista. تشير ملفات الانبعاث إلى أنه بينما تنتج حرائق Calluna تركيزات أعلى من CO2 و CH4 والكربون العضوي الكلي (TOC)، فإن حرائق Genista تحقق EFs أكبر لمنتجات الاحتراق غير الكامل مثل CO والكربون العنصري. ومن الجدير بالذكر أن EFs لـ PM2.5 كانت مرتفعة بشكل ملحوظ، حيث وصلت إلى 53.5 جرام لكل كيلوجرام لحرائق Calluna و 44.7 جرام لكل كيلوجرام لحرائق Genista، مع كون الكربون العضوي والعنصري يشكلان أجزاء كبيرة من كتلة PM2.5.
تؤكد النتائج على تأثير نوع الأراضي الشجرية وبنية الوقود على سلوك الاحتراق والانبعاثات، مما يبرز الحاجة إلى EFs محددة للوقود في سجلات الانبعاثات والنماذج الجوية. كما تشير الدراسة إلى أن الجسيمات المنبعثة، التي تتميز بأشكال كروية ومضغوطة، قد تؤثر على الخصائص البصرية للهباء الجوي ونشاط نوى تكثف السحب، على الرغم من أن هذه التبعات تتطلب تفسيرًا حذرًا بسبب القيود المنهجية. بشكل عام، تؤكد الأبحاث أن الحرق الموصى به في الأراضي الشجرية المتوسطية يمكن أن يؤدي إلى انبعاثات كبيرة على المدى القصير من المواد الجسيمية الدقيقة والهباء الكربوني، مع تداعيات هامة على التأثيرات المناخية وتقييمات جودة الهواء.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الزيادة المتزايدة في حرائق الغطاء النباتي في أوروبا، وخاصة في المنطقة المتوسطية، على مدى الخمسين عامًا الماضية. يُعزى هذا الارتفاع إلى انخفاض عدد السكان في المناطق الجبلية، مما أدى إلى نمو غير منضبط للأراضي الشجرية، وبالتالي زيادة خطر الحرائق. يتكون حوالي ثلثي الأراضي الحرجية المحترقة سنويًا في شمال غرب إسبانيا من الأراضي الشجرية، التي تطلق كميات كبيرة من المواد الكربونية والغازات الدفيئة، مما يؤثر سلبًا على جودة الهواء ودورة الكربون. يُقدم الحرق الموصى به كاستراتيجية إدارة للتخفيف من مخاطر حرائق الغابات، وتعزيز فعالية إخماد الحرائق، وتوفير فوائد بيئية مثل تخصيب الرماد وتحسين إنبات البذور.
على الرغم من الفوائد المعترف بها للحرق الموصى به، تشير الدراسة إلى نقص البيانات الشاملة حول عوامل الانبعاث للأراضي الشجرية في أوروبا المتوسطية، خاصةً في ظل الظروف الحقلية الحقيقية. تهدف الورقة إلى تقدير عوامل الانبعاث الجسيمية والغازية لنوعين من الشجيرات، Calluna vulgaris و Genista hispanica subsp. occidentalis، من خلال دمج تحليل الغاز، وتركيب PM2.5 الكيميائي، وشكل الجسيمات. هذه الأبحاث مهمة لأنها تستند إلى حملات ميدانية، تعكس ظروف الحرائق الفعلية، وتهدف إلى تقديم بيانات قيمة للنماذج العددية التي تقيم تأثيرات كل من الحرائق الموصى بها وغير المخطط لها في المنطقة، مما يعزز فهم التفاعلات بين الحرائق والغلاف الجوي.
الطرق
توضح قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. تفصل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، أو أدوات، أو برامج ضرورية للتجارب. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مما يضمن إمكانية تكرار الدراسة. يتم تسليط الضوء على البروتوكولات التجريبية الرئيسية، بما في ذلك إعداد العينات، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المستخدمة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديد أي تحليلات إحصائية أجريت للتحقق من النتائج، جنبًا إلى جنب مع معايير الدلالة. يخدم هذا القسم لتوفير نظرة شاملة على الإطار التجريبي، مما يمكّن الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة أو البناء على نتائجها. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة حاسمة لضمان موثوقية وصلاحية نتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية وتداعياتها. تكشف التحليلات عن علاقات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع مؤشرات إحصائية تشير إلى قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا في الظواهر الملاحظة، مما يدعم الفرضيات الأولية التي طرحها الباحثون.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج في السياق الأوسع للمجال. تسهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم رؤى جديدة حول الآليات المعنية، وتقترح طرقًا محتملة للبحث المستقبلي. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية المتغيرات المدروسة وتفاعلاتها، مما يمهد الطريق لمزيد من الاستكشاف والتطبيق في السيناريوهات العملية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء ست حرائق موصى بها على نوعين من الشجيرات، Genista hispanica subsp. occidentalis و Calluna vulgaris، لتحليل انبعاثات الجسيمات والغازات. وقعت الحرائق في لا كويتا، ليون، إسبانيا، باستخدام مجموعة متنوعة من الأدوات لأخذ العينات والمراقبة، بما في ذلك أجهزة أخذ عينات PM2.5 ومحللات الغاز. تم تصنيف الانبعاثات من خلال التحليلات الكيميائية، كاشفة عن اختلافات كبيرة في كفاءة الاحتراق وعوامل الانبعاث (EF) بين النوعين. أظهرت Calluna كفاءة احتراق معدلة أعلى (MCE) تبلغ 90.6%، مما يشير إلى احتراق لهبي بشكل أساسي، بينما كانت لدى Genista MCE تبلغ 70.8%، مما يشير إلى احتراق توهجي. وبالتالي، أنتجت Calluna تركيزات أعلى من CO2 والكربون العضوي (OC)، بينما أصدرت Genista المزيد من أول أكسيد الكربون (CO) والميثان (CH4).
كما سلطت الدراسة الضوء على الخصائص الشكلية للجسيمات (PM) التي تم جمعها خلال الحرائق، والتي كانت بشكل أساسي غير منتظمة الشكل ومجمعة، وهو ما يعد نموذجيًا للهباء الجوي الناتج عن احتراق الكتلة الحيوية. كشفت المجهرية الإلكترونية الماسحة (SEM) عن هيمنة الجسيمات الكروية، المرتبطة غالبًا بتكثف المركبات العضوية أثناء الاحتراق. تؤكد النتائج على تأثير نوع الشجيرة على ملفات الانبعاث، مما يبرز الحاجة إلى اعتبارات محددة للنوع في سجلات الانبعاثات والنماذج الجوية للأراضي الشجرية المتوسطية. بشكل عام، تسهم الأبحاث ببيانات قيمة حول ديناميات الاحتراق وتأثيرات جودة الهواء للحرق الموصى به في هذه النظم البيئية.
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-11695-2026
Publication Date: 2026-08-19
Author(s): Carlos Blanco‐Alegre et al.
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
This study investigates the emissions from prescribed burning in Mediterranean shrublands dominated by Calluna vulgaris and Genista hispanica in northwestern Spain, addressing the scarcity of field-based emission factors (EFs) for these ecosystems. The research employs a variety of analytical techniques, revealing that Calluna fires exhibit more intense flaming combustion (modified combustion efficiency, MCE = 90.6%) compared to the smouldering combustion (MCE = 70.8%) of Genista fires. Emission profiles indicate that while Calluna fires produce higher concentrations of CO2, CH4, and total organic carbon (TOC), Genista fires yield greater EFs for incomplete combustion products such as CO and elemental carbon. Notably, PM2.5 EFs were significantly high, reaching 53.5 g kg⁻¹ for Calluna and 44.7 g kg⁻¹ for Genista, with organic and elemental carbon comprising substantial portions of PM2.5 mass.
The findings underscore the influence of shrubland type and fuel structure on combustion behavior and emissions, highlighting the need for fuel-specific EFs in emission inventories and atmospheric models. The study also notes that the emitted particles, characterized by spherical and compact forms, may affect aerosol optical properties and cloud condensation nuclei activity, although these implications require cautious interpretation due to methodological limitations. Overall, the research emphasizes that prescribed burning in Mediterranean shrublands can lead to significant short-term emissions of fine particulate matter and carbonaceous aerosols, with important implications for climate forcing and air quality assessments.
Introduction
The introduction highlights the increasing prevalence of vegetation fires in Europe, particularly in the Mediterranean region, over the past 50 years. This rise is attributed to the depopulation of mountain areas, which has led to uncontrolled shrubland growth, thereby increasing fire risk. Approximately two-thirds of the forest land burned annually in Northwestern Spain consists of shrublands, which release significant amounts of carbonaceous materials and greenhouse gases, adversely affecting air quality and the carbon cycle. Prescribed burning is presented as a management strategy to mitigate wildfire risks, enhance fire suppression effectiveness, and provide ecological benefits such as ash fertilization and improved seed germination.
Despite the recognized benefits of prescribed burning, the study notes a lack of comprehensive data on emission factors for shrublands in Mediterranean Europe, particularly under real field conditions. The paper aims to estimate particulate and gaseous emission factors for two shrub species, Calluna vulgaris and Genista hispanica subsp. occidentalis, by integrating gas analysis, PM2.5 chemical composition, and particle morphology. This research is significant as it is based on field campaigns, reflecting actual fire conditions, and aims to contribute valuable data for numerical models assessing the impacts of both prescribed and unplanned fires in the region, thereby enhancing the understanding of fire-atmosphere interactions.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures employed in the research. It details the specific materials used, including any reagents, instruments, or software necessary for the experiments. The methodology is described in a systematic manner, ensuring reproducibility of the study. Key experimental protocols are highlighted, including sample preparation, data collection techniques, and analytical methods utilized to interpret the results.
Additionally, any statistical analyses performed to validate the findings are specified, along with the criteria for significance. This section serves to provide a comprehensive overview of the experimental framework, enabling other researchers to replicate the study or build upon its findings. Overall, the methods employed are crucial for ensuring the reliability and validity of the research outcomes.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests indicating a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the data demonstrate a clear trend in the observed phenomena, supporting the initial hypotheses posited by the researchers.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings within the broader context of the field. The results contribute to existing literature by providing new insights into the mechanisms at play, and they suggest potential avenues for future research. Overall, the findings underscore the importance of the studied variables and their interactions, paving the way for further exploration and application in practical scenarios.
Discussion
In this study, six prescribed fires were conducted on two shrub species, Genista hispanica subsp. occidentalis and Calluna vulgaris, to analyze emissions of particulates and gases. The fires took place in La Cueta, León, Spain, utilizing various instruments for sampling and monitoring, including PM2.5 samplers and gas analyzers. The emissions were characterized through chemical analyses, revealing significant differences in combustion efficiency and emission factors (EF) between the two species. Calluna exhibited a higher Modified Combustion Efficiency (MCE) of 90.6%, indicating predominantly flaming combustion, while Genista had an MCE of 70.8%, suggesting smoldering combustion. Consequently, Calluna produced higher concentrations of CO2 and organic carbon (OC), while Genista emitted more carbon monoxide (CO) and methane (CH4).
The study also highlighted the morphological characteristics of particulate matter (PM) collected during the burns, which were primarily irregularly shaped and aggregated, typical of biomass burning aerosols. Scanning electron microscopy (SEM) revealed a dominance of spherical particles, often associated with the condensation of organic compounds during combustion. The findings underscore the influence of shrub species on emission profiles, emphasizing the need for species-specific considerations in emission inventories and atmospheric models for Mediterranean shrublands. Overall, the research contributes valuable data on the combustion dynamics and air quality implications of prescribed burning in these ecosystems.