Caracterização do local de estudo

O experimento foi desenvolvido nos meses de julho e agosto de 2017, na Fazenda Santo Antônio (UPL3) da Companhia Brasil Foods S.A (BRF), localizada no município de Sorriso, unidade de Lucas do Rio Verde (12°51’35,04” S e 55°52’33,54” W, com relevo plano e altitude de 365 m), estado de Mato Grosso, Brasil. A fazenda encontra-se na transição dos biomas Cerrado e Amazônia, caracterizada pelo clima tropical quente e úmido (Aw) conforme a classificação climática de Köppen, com duas estações hídricas características: seca (maio a setembro) e chuvosa (outubro a abril), precipitação média anual de 1900 mm e temperatura média mensal do ar variando entre 22 a 25 °C (^{Souza et al., 2013}).

A área experimental consistiu em uma plantação de E. urograndis (E. grandis x E. urophylla clone H13), com 6 anos de idade, árvores no espaçamento de 3 x 3 m (linha x entrelinha) submetidas a desrama, com altura média total de 26 m e percentual de fechamento de copa de 62%. A plantação apresenta a leste bordadura com floresta nativa ripária e a oeste com área agrícola com plantios alternados de soja, milho e algodão.

Procedimentos do experimento

As parcelas de queimas experimentais apresentavam 25 x 3 m (comprimento x largura), constituídas de subparcelas de 3 x 3 m (comprimento x largura) alternadas “sem (controle)” e “com” a aplicação de retardantes do fogo (Figura 1); nas subparcelas foram considerados os tempos pós-aplicação dos retardantes de 60, 90 e 120 minutos. As queimas foram realizadas considerando cada subparcela de forma individualizada, sendo 144 subparcelas, oriundas de 48 parcelas queimadas (4 sem água e sem retardantes; 4 com aplicação apenas de água e 40 com aplicação de retardantes em diferentes concentrações). As subparcelas foram divididas em três repetições de 1 x 3 m (comprimento x largura), representadas por pontos de observações do comportamento do fogo. Entre as subparcelas foram colocadas áreas de transições de 1 x 3 m (comprimento x largura) para eliminar os resíduos das subparcelas com retardantes para as subparcelas sem retardantes (Figura 1), e ainda, para permitir a extinção do fogo após o término de queima da subparcela antecessora e o início do fogo na próxima subparcela (nesses casos foram empregados abafadores e pinga-fogos, respectivamente). Nas interfaces das parcelas foram construídos aceiros de 1m de largura para impedir a passagem do fogo para as áreas circunvizinhas (^{Alves et al., 2017}).

Figura 1 Esquema das parcelas de queima experimental com aplicação de retardantes [x: Phos-chek®; y: Hold Fire®; z: Nutrigel®, considerando diferentes concentrações (apenas água) e tempo pós-aplicação] em plantação de E. urograndis (clone H13), no município de Sorriso, estado de Mato Grosso, Brasil. 

Nas parcelas foram empregados três retardantes do fogo diluídos em água, dois comerciais de curta duração (Phos-Chek WD881® e Hold Fire®) e um alternativo (polímero hidroretentor - comercial Nutrigel®), também as referências (apenas água e sem aplicação). Os retardantes comerciais foram aplicados segundo as recomendações dos seus fabricantes: i) Phos-Chek WD881®: retardante classe A espumoso, composto de solução de sulfonato de α-olefina, 2,4-pentanodiol, 2-metil, água, álcool laurílico e d-limoneno, sendo aplicado nas concentrações de 0 (apenas água); 0,1; 0,6; 0,8 e 1,0%. ii) Hold Fire®: retardante classe A oleaginoso, composto de óleos orgânicos, polímeros higroscópicos e surfactantes, sendo aplicado nas concentrações de 0 (apenas água) 0,7; 0,9; 1,1; 1,3 e 1,5%.

O polímero hidroretentor popular “hidrogel” é um condicionador hídrico do solo constituído de moléculas orgânicas de metilcelulose, utilizados na implantação de mudas em áreas agrícolas e florestais. Dessa forma, não possui recomendação para o uso como retardante do fogo. No experimento foi empregado o Nutrigel®, produto constituído de 27,80; 49,70; 8,70 e 18,10% de CaO, CaCO₃, MgO e MgCO₃, com poder de neutralização de 67,50% (classificação similar ao calcário dolomítico) e polímeros.

As concentrações do Nutrigel® foram determinadas com base em ensaios (entre 0,1 e 1,0 g L^-1 ou 0,0010 e 0,0100% diluídas em água) para evitar o entupimento dos bicos dos pulverizadores no momento da aplicação. Nesse caso, foram selecionadas as concentrações de 0,0010; 0,0025; 0,0050; 0,0075 e 0,0100% (dentro das recomendações agroflorestais).

As concentrações dos retardantes foram aplicadas no volume de calda de 2 L m^-2 com uma bomba costal anti-incêndio com bico de abertura em leque para uniformidade da aplicação. Em seguida, foram realizadas as queimas experimentais (uma por tratamento) em três tempos pós-aplicação dos retardantes (60; 90 e 120 minutos) para avaliar a eficiência dos retardantes na conservação de umidade do material combustível. Para cada retardante o delineamento experimental seguido foi de parcelas subdividas no tempo, em blocos inteiramente casualizados, perfazendo um arranjo fatorial em 2 níveis 6 x 3 (concentrações do retardante x tempos pós-aplicação), com três repetições por tratamento.

Próximo a parcela de queima experimental, na mesma linha de plantio, foi realizado o levantamento do material combustível disponível por meio de coletas aleatórias de amostras destrutivas de 1 m², sendo uma amostra por parcela. Em cada amostra foi medida a espessura da serapilheira e posteriormente separada as partições vegetais nas classes: i) combustível morto (seca): folha, casca, galho com diâmetro (d) < 0,7 cm (G1), e galho com 0,7 ≤ d ≤ 2,5 cm (G2); ii) combustível vivo (verde): planta herbácea e gramínea (MH), conforme os procedimentos adotados por ^{Alves et al. (2017}).

As classes foram pesadas em campo para a obtenção da massa fresca úmida, e posteriormente secas em estufa de circulação forçada de ar à temperatura de 65 °C (±2 °C) até massa constante, para determinar a massa seca e o teor de umidade do material combustível (^{Alves et al., 2017}). A determinação da massa seca total estimada por hectare foi baseada no somatório das partições vegetais contidas na amostra.

Em seguida, foram conduzidas queimas experimentais a favor do vento entre as 10 e 14 horas (horário solar) devido ao maior potencial de propagação do fogo e poucas variações dos elementos meteorológicos pelo ângulo zenital (^{Lima et al., 2017}). Avaliou-se o comportamento do fogo por meio dos parâmetros: i) velocidade de propagação da frente do fogo (VP, em m min^-1), cronometrando o tempo de percurso da frente do fogo entre dois pontos de observação consecutivos; e ii) comprimento das chamas (L, em cm), por meio da estimativa visual com uma régua fixada junto ao ponto de observação no momento da passagem do fogo.

No momento das queimas experimentais foram medidas as variáveis micrometeorológicas médias, máximas e mínimas para a temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade e direção do vento, a cada minuto, com uma estação meteorológica automática portátil interligada a um datallogger (Instrutemp Weather Station - modelo ITH1080), instalada a 2 m de altura próximo as parcelas.

Após as queimas experimentais foi realizado o levantamento do material combustível remanescente com uma amostra aleatória de 1 m² nas subparcelas queimadas. As amostras foram submetidas a secagem em estufa de circulação forçada de ar a temperatura de 65°C (±2 °C), até atingir a massa constante, para a determinação da massa seca total do material combustível remanescente e consumido estimado com base nos valores da amostra.

Análise estatística

Os dados foram aferidos quanto a normalidade dos resíduos pelo teste de Shapiro-Wilk (p ≤ 0,05). Em seguida foi realizada a análise de variância (ANOVA) para as características do material combustível disponível (espessura, carga por área e teor de umidade) e do fatorial das variáveis do comportamento do fogo para cada retardante (concentração x tempo pós-aplicação). Quando observadas diferenças significativas entre as médias, foi aplicado o teste de Scott-Knott a 5% de significância. A concentração ótima de cada retardante no tempo pós-aplicação (com base nas concentrações pré-determinadas) obteve-se por meio de regressões ajustadas (lineares e polinomiais quadráticas) entre as variáveis do comportamento do fogo (variável dependente) e concentrações dos retardantes (variável independente).

Caracterização do material combustível e do microclima

O material combustível disponível na plantação de E. urograndis não apresentou diferenças significativas (p > 0,05) para os parâmetros de espessura, massa seca e teor de umidade nas parcelas com os retardantes Phos-chek WD881®, Hold Fire® e Nutrigel®, respectivamente (Quadro 1). A avaliação da uniformidade do material combustível foi necessária para a determinação da eficiência dos retardantes sem interferências externas.

A espessura média do material combustível disponível foi de aproximadamente 9 cm para os três retardantes do fogo avaliados. A distribuição das classes (partições vegetais) apresentou em média maiores cargas de folhas (±11 t ha^-1), seguidas de galhos médios (G2) (±8 t ha^-1), galhos finos (G1) (±4 t ha^-1), cascas (±2 t ha^-1) e material herbáceo (classe MH) (±0,90 t ha^-1) para os retardantes avaliados. Esse padrão de distribuição das classes observadas na plantação de E. urograndis corrobora outros relatos científicos com levantamento do material combustível em plantações de eucalipto durante a estação seca (^{Alves et al., 2017}; ^{Carmo et al., 2018}).

As massas secas totais apresentaram em média 26,75; 25,97 e 27,35 t ha^-1 para os retardantes Phos-Chek WD881®, Hold Fire® e Nutrigel®, respectivamente. Esse parâmetro varia conforme a idade do povoamento florestal devido ao aumento da deposição das partições vegetais com o crescimento das árvores. Por exemplo, ^{Alves et al. (2017}) em cultivo de E. urograndis com 4,5 anos obtiveram massas secas totais de 14,13 t ha^-1, enquanto que ^{Borella et al. (2017}) para a mesma área com 5 anos observaram 20,97 t ha^-1, e ^{Carmo et al. (2018}) para a mesmo cultivo com 7 anos obtiveram 31 t ha^-1.

Os teores de umidades nos tratamentos foram considerados baixos, inferiores a 20%, exceto para os MH com médias superiores a 40% (combustível verde). Os valores observados foram superiores aos obtidos por ^{Alves et al. (2017}) para a mesma área com 4,5 anos no mês de agosto, com umidade de aproximadamente 8% nas partições vegetais. Neste caso, a umidade do material combustível também é influenciada pela idade do povoamento florestal. O aumento da deposição de resíduos vegetais gera uma maior absorção de umidade do solo para as frações formadoras do material combustível, que por sua vez conservam a umidade e dificultam a evaporação para o ambiente externo (^{Kreye et al., 2013}; ^{Slijepcevic et al., 2018}).

Os baixos teores de umidades observados no experimento indicaram que o material combustível da área apresentava perigos de ignição e ocorrências de incêndios florestais, visto que em umidades inferiores a 25% são considerados inflamáveis (Soares & Batista, 2007; ^{Alves et al., 2009}). As características do material combustível envolvendo altas cargas de deposição, principalmente de folhas (classe com menor tempo de retardação, tempo para o equilíbrio de 2/3 da umidade da partição vegetal com as condições ambientais) e baixos teores de umidade destaca a importância dos estudos voltados ao combate de incêndios florestais em áreas com potencial risco de ocorrência (Alves et al., 2017).

Os elementos micrometeorológicos não apresentaram variações extremas entre os tratamentos durante as queimas controladas na área de E. urograndis, indicando similaridade ambiental entre as parcelas. Os valores médios de temperatura do ar, umidade relativa do ar e velocidade do vento para o Phos-chek WD881® variam de 30,5 a 34,3 °C; 19 a 35%; 0 a 1,7 m s^-1, para o Hold Fire® de 30,9 a 34,9 °C; 15 a 31%; 0 a 1,3 m s^-1, e para o Nutrigel® de 31,4 a 34,6 °C; 15,3 a 29%; 0 a 1,2 m s^-1.

As condições microclimáticas aferidas no momento das queimas controladas em resposta à estação seca, envolvendo altas temperaturas do ar, baixos teores de umidade do ar e presença de ventos, aumentavam os riscos de ocorrências de incêndios florestais na área (Quadro 2). Neste cenário, o ambiente tende a elevar as taxas de evaporações da água do material combustível para a atmosfera, que por consequência aumenta a sua flamabilidade e riscos de ignição e propagação do fogo (^{Hoffmann et al., 2012}; ^{Lima et al., 2017}).

Comportamento do fogo

As variáveis de velocidade de propagação da frente do fogo e comprimento das chamas apresentaram diferenças significativas (p ≤ 0,05) na interação fatorial dos tratamentos entre concentrações e tempos pós-aplicação em cada retardante (Quadro 3). Dessa forma, para a eficiência dos retardantes no combate ao fogo é necessário o planejamento entre modo de uso correto dos produtos e o tempo de ação requerido para o combate.

Em todos os retardantes os tratamentos controles (sem produtos ou água) apresentaram maior efeito do comportamento do fogo. A concentração de 0% (apenas água) quando aplicada em até 90 minutos sobre o material combustível disponível reduziu a velocidade de propagação da frente do fogo e o comprimento das chamas. Entretanto, após 120 minutos de aplicação foi menos eficaz no retardamento do fogo. Essa redução da eficiência da água com o prolongamento do tempo pós-aplicação deve-se ao início do processo de evaporação da água do material combustível para o ambiente externo, que na ausência de retardantes ocorre mais rápido e sem resistência (^{Filho et al., 2012}; ^{Fiedler et al., 2015}; ^{Canzian et al., 2016}).

Em relação às concentrações dos retardantes do fogo aplicadas nas parcelas, o Phos-chek WD881® apresentou melhor eficiência nas concentrações de 0,8 e 1%, o Hold Fire® a 1,3 e 1,5% e o Nutrigel® a 0,0050 e 0,0075%, ambos com a extinção do fogo após 60 minutos de aplicação sobre o material combustível. Com o aumento do tempo pós-aplicação para 90 minutos as mesmas concentrações mantiveram-se eficientes, sem diferenças significativas. O Phos-chek WD881® apresentou VP de 0,05 m min^-1 e L de 3,33 cm e os demais retardantes mantiveram a extinção do fogo nas áreas.

O prolongamento do tempo pós-aplicação para 120 minutos gerou a redução da eficiência das concentrações supracitadas dos retardantes. O Phos-chek WD881® na concentração de 1% apresentou VP de 0,17 m min^-1 e L de 50 cm, o Hold Fire® a 1,5% apresentou aumento do VP para 0,19 m min^-1 e L para 25 cm, e o Nutrigel® a 0,0075% apresentou VP de 0,08 m min^-1 e L de 20 cm. Neste caso, o aumento do tempo pós-aplicação dos retardantes sobre o material combustível afetou a eficiência dos produtos na redução do comportamento do fogo, condição esperada em retardantes de curta duração, que evaporam juntamente com a água após certo tempo de exposição ao ambiente (^{Ribeiro et al., 2006}; ^{Fiedler et al., 2015}; ^{Canzian et al., 2016}).

A partir das concentrações pré-determinadas em cada retardante foram obtidas as concentrações ótimas para cada produto nos diferentes tempos pós-aplicação sobre o material combustível, por meio de ajustes de modelos matemáticos gerados em análises de regressão (Figura 2). Para os retardantes Phos-chek WD881® e Hold Fire® o modelo linear apresentou melhor ajuste com correlações superiores a 80%. Entretanto, para o retardante Nutrigel® o modelo com melhor ajuste foi o polinomial quadrático com correlações superiores a 90%, quando significativos.

Figura 2 Correlações entre concentrações dos retardantes e velocidade de propagação da frente do fogo (VP) (m min^-1) e comprimento das chamas (L) (m), em diferentes tempos pós-aplicação, em queimas experimentais em plantação de E. urograndis (clone H13), no município de Sorriso, estado de Mato Grosso, Brasil. 

O aumento do tempo de pós-aplicação dos retardantes sobre o material combustível afetou na eficiência dos produtos no combate ao fogo devido a exposição ao ambiente com elevadas temperaturas do ar, baixas umidades relativas e incidências de ventos que aumentam a velocidade de evaporação da água do material combustível. Esse comportamento também foi observado por ^{Souza et al. (2012}) na avaliação do polímero hidroretentor na conservação da umidade do material combustível de Melinis minutiflora P. Beauv., em que o tempo de exposição ao ambiente influenciou na eficiência do polímero.

A velocidade de propagação da frente do fogo apresentou melhor padrão de distribuição dos dados comparado ao comprimento das chamas, em ambos os retardantes avaliados após 90 e 120 minutos. A medição do comprimento das chamas pode ter sido afetada por alguns fatores como a avaliação visual subjetiva dos avaliadores, a instabilidade das chamas por flutuações no calor liberando gases e explosões que alteram instantaneamente o comprimento das chamas (^{Finney et al., 2015}), e a incidência de rajadas de ventos no momento da medição (^{Morandini et al., 2006}).

O aumento das concentrações nos retardantes Phos-chek WD881® e Hold Fire® melhorou a eficiência dos produtos em relação ao comportamento do fogo em todas as variáveis avaliadas. Esse padrão foi relatado em outros estudos envolvendo combate ao fogo com retardantes (^{Fiedler et al., 2015}; ^{Canzian et al., 2016}; ^{Plucinski et al., 2017}; ^{Lima et al., 2020}).

Para o Nutrigel® o aumento da concentração foi eficiente até um limite (concentração intermediária) na redução do comportamento do fogo, evidenciado pela equação polinomial quadrática gerada. Assim, a maior concentração empregada de 0,0100% foi menos eficiente devido a mudança da estrutura física do produto (grumos de gel) (^{Balena, 1998}; ^{Andry et al., 2009}) com o tempo pós-aplicação sobre o material combustível. Nesse caso, o retardante ficou disposto na camada superficial do combustível, o que explica a propagação do fogo mais rápida nesse tratamento.

Com o aumento do tempo pós-aplicação dos retardantes as concentrações ótimas determinadas pelos modelos de regressão mantiveram-se eficientes, porém com menor efeito sobre a redução do comportamento do fogo após 120 minutos de aplicação sobre o material combustível. Entretanto, mesmo com o prolongamento do tempo pós-aplicação, as concentrações ótimas foram mais eficientes comparadas aos tratamentos controles e apenas água, condições importantes para o planejamento da entrada das equipes de brigadistas no combate direto de incêndios florestais em campo.

Por meio dos modelos gerados a recomendação de concentração para o Phos-chek WD881® é de 1%, o Hold Fire® de 1,5% e o Nutrigel® de 0,0060%, ambos no volume de calda de 2 L m^-2. Os produtos podem ser aplicados em até 90 minutos para a máxima eficiência no combate ao fogo nas áreas de E. urograndis nas concentrações estipuladas.

No levantamento do material combustível pós-queima foi observado um padrão similar ao comportamento do fogo nos tratamentos dos retardantes (Figura 3). Após 60 minutos de aplicação dos retardantes o percentual de material combustível remanescente foi maior que o consumido pelo fogo, para o Phos-chek WD881® na concentração de 1% (60%), o Hold Fire® na concentração de 1,5% (100%), e para o Nutrigel® na concentração de 0,0075% (90%), devido a extinção do fogo nas parcelas. Após 90 minutos os retardantes Hold Fire® e Nutrigel® nas concentrações supracitadas mantiveram a alta percentagem de material remanescente ainda gerado pela extinção do fogo nas áreas, entretanto o retardante Phos-chek WD881® por ter apresentado propagação do fogo, mesmo que lenta, consumiu o material combustível independente da concentração aplicada.

O prolongamento do tempo pós-aplicação de 120 minutos para todos os retardantes avaliados propiciou maior consumo do material combustível durante as queimas. Mesmo constada a redução do comportamento do fogo após aplicação dos retardantes independente das concentrações aplicadas, neste tempo o fogo continuou consumindo o material combustível, com menor velocidade, justificando as altas percentagens de material combustível consumido nas parcelas (^{Ribeiro et al., 2006}; ^{Canzian et al., 2016}; ^{Alves et al., 2017}).

Figura 3 Material combustível pós-queima em diferentes concentrações e tempos pós-aplicação de retardantes do fogo em queimas experimentais em plantação de E. urograndis (clone H13), no município de Sorriso, estado de Mato Grosso, Brasil. 

O levantamento do material remanescente e consumido pós-queima mostram a eficácia dos retardantes apenas nas parcelas em que ocorreram a extinção do fogo. No entanto, a eficiência dos produtos não pode ser estimada apenas por essa variável, visto que nas parcelas em que ocorreram a redução do comportamento do fogo (sem extinção) o material combustível continuou queimando, com menor velocidade, havendo o consumo do material combustível nessas condições.

Contudo, ressalta-se que a dinâmica de um incêndio florestal é bastante variável pois o comportamento do fogo depende da complexa relação da cinética de combustão gasosa, degradação térmica dos combustíveis, caracterização físico-química das chamas e da cobertura vegetal, condições micrometeorológicas, topografia, e ainda, a umidade, densidade e arranjo do material combustível (^{Morandini et al., 2006}; ^{Alves et al., 2017}). Esses aspectos podem inferir a limitações nesse estudo, pois além da variáveis supracitadas, o comportamento do fogo também é dependente do comprimento da linha de ignição e atinge maiores intensidades em frentes superiores a 50-100 m, ou seja, o tamanho da parcela e subparcela, denotariam dúvidas quanto ao desempenho dos retardantes em condições reais de incêndio florestal.

Nesse sentido, destaca-se que, para os materiais genéticos de Eucalyptus cultivados no Mato Grosso e os tratos silviculturais aplicados, dificilmente ocorrerão incêndios de copa ou com alturas superiores a 1,80 m, sendo os mesmos caracterizados como superficiais. ^{Alves et al. (2017}) apresentaram as variáveis descritivas do comportamento do fogo em queimas controladas em áreas com Eucalyptus urograndis Clone H13 (mesmo material genético avaliado nesse experimento) ao longo da estação seca (maio a setembro) da região Médio-Norte de Mato Grosso e observaram comprimentos de chamas inferiores a 1,33 m e velocidades de propagação inferiores a 0,87 m min^-1, condições semelhantes ao observado nesse trabalho para as parcelas que não receberam água e nem retardantes (controle). Por conseguinte, ressalta-se que apesar das limitações dadas pelas dimensões das subparcelas, espera-se semelhanças quanto aos desempenhos dos produtos em incêndios reais para materiais genéticos e manejos silviculturais semelhantes nessa região.