Got shrubs? Precipitation mediates long-term shrub and introduced grass dynamics in chaparral communities after fire

Abstract

BackgroundShort-term post-fire field studies have shown that native shrub cover in chaparral ecosystems negatively affects introduced cover, which is influenced by burn severity, elevation, aspect, and climate. Using the southern California 2003 Old and Simi fires and the 2008 Sesnon Fire, we investigated the role of native shrubs in post-fire ecosystem responses across gradients of elevation, aspect, climate, burn severities, fire histories, and time. We collected field estimates of species cover in 2004 and 2015 at nested sampling sites. We used structural equation models with introduced and shrub cover as dependent variables.ResultsShrub cover in 2004 was most influenced by the number of reburns, while shrub cover in 2015 was most influenced by the time between the two most recent fires. In 2004, introduced cover was most influenced by burn severity in 2003; similarly, in 2015, introduced cover was most influenced by burn severity in 2008. In both one and twelve years post fire, average precipitation increased the length of time between fires and decreased the number of times a site burned. This direct reduction in the number of times a site had burned due to average precipitation resulted in lower shrub cover one and twelve years post fire. Additionally, mean annual precipitation increased burn severity one year post fire, which resulted in lower introduced cover. However, this indirect relationship between precipitation and introduced cover through burn severity was no longer present twelve years post fire. Shrub cover increased with a longer average time between fires twelve years after fire. Shrub cover did not mediate any indirect relationships between burn severity or fire history metrics and introduced cover in either year, suggesting competitive exclusion of introduced species by shrubs.ConclusionOur research found that significant fire effects on shrub and introduced species are often mediated by precipitation. Precipitation trends are likely to change fire regimes and thus alter plant community dynamics.ResumenAntecedentesEstudios de campo sobre los efectos post-fuego de corto plazo mostraron que la cobertura de arbustos en ecosistemas de chaparral afectan negativamente la cobertura de especies introducidas, las cuales son influenciadas por la severidad del fuego, la elevación, la exposición, y el clima. Usando datos de los incendios de 2003, llamados Old y Simi, y del de 2008 llamado Sesnon, ocurridos en el sur de California, investigamos el rol de los arbustos nativos en la respuesta post-fuego del ecosistema a través de gradientes de elevación, exposición, clima, severidad del fuego, historias de fuego, y el tiempo cronológico. Estimaciones de cobertura de especies fueron colectadas a campo en 2004 y en 2015, mediante muestreos anidados en diferentes sitios. Usamos modelos de ecuaciones estructurales con cobertura de especies introducidas y de arbustos, como variables dependientes.ResultadosLa cobertura de arbustos en 2004 fue mayormente influenciada por la repetición en el número de incendios, mientras la cobertura de arbustos en 2015 fue mayormente influenciada por el tiempo entre los dos incendios más recientes. En 2004, la cobertura de especies introducidas fue mayormente influenciada por la severidad del incendio en 2003; similarmente en 2015, la cobertura de introducidas fue mayormente influenciada por la severidad del incendio en 2008. En ambos uno y doce años después del fuego, la precipitación media incrementó la duración del intervalo de tiempo entre fuegos, e hizo decrecer el número de veces en que se quemó un mismo sitio. Esta reducción directa en el número de veces que un mismo sitio se quemó debido a incrementos en la precipitación media, resultó en una menor cobertura de arbustos desde uno y hasta doce años post-fuego. Adicionalmente, la precipitación media anual incrementó la severidad del fuego un año después de ocurrido, lo que resultó en una menor cobertura de especies introducidas. Sin embargo, esta relación indirecta entre precipitación y cobertura de especies introducidas mediada por la severidad del fuego, no estuvo presente doce años después del fuego. La cobertura de arbustos se incrementó con un espaciamiento temporal entre fuegos doce años después del fuego. La cobertura de arbustos no tuvo ningún efecto mediador o relación indirecta entre la severidad del fuego o la historia de eventos de fuego y la cobertura de especies introducidas en cada año, lo que sugiere una exclusión competitiva de especies introducidas por parte de los arbustos nativos.ConclusionesNuestra investigación encontró que los efectos significativos del fuego en arbustos nativos y especies introducidas, son frecuentemente mediados por la precipitación. Las tendencias de la precipitación probablemente cambien los regímenes de fuego y por lo tanto alteren la dinámica de las comunidades vegetales.