Fuel dynamics after reintroduced fire in an old-growth Sierra Nevada mixed-conifer forest

Abstract

BackgroundSurface fuel loadings are some of the most important factors contributing to fire intensity and fire spread. In old-growth forests where fire has been long excluded, surface fuel loadings can be high and can include woody debris ≥100 cm in diameter. We assessed surface fuel loadings in a long-unburned old-growth mixed-conifer forest in Yosemite National Park, California, USA, and assessed fuel consumption from a management-ignited fire set to control the progression of the 2013 Rim Fire. Specifically, we characterized the distribution and heterogeneity of pre-fire fuel loadings, both along transects and contained in duff mounds around large trees. We compared surface fuel consumption to that predicted by the standard First Order Fire Effects Model (FOFEM) based on pre-fire fuel loadings and fuel moistures. We also assessed the relationship between tree basal area—calculated for two different spatial neighborhood scales—and pre-fire fuel loadings.ResultsPre-fire total surface fuel loading averaged 192 Mg ha−1 and was reduced by 79% by the fire to 41 Mg ha−1 immediately after fire. Most fuel components were reduced by 87% to 90% by the fire, with the exception of coarse woody debris (CWD), which was reduced by 60%. Litter depth in duff mounds were within 1 SD of plot means, but duff biomass for the largest trees (>150 cm diameter at breast height [DBH]) exceeded plot background levels. Overstory basal area generally had significant positive relationships with pre-fire fuel loadings of litter, duff, 1-hour, and 10-hour fuels, but the strength of the relationships differed between overstory components (live, dead, all [live and dead], species), and negative relationships were observed between live Pinus lambertiana Douglas basal area and CWD. FOFEM over-predicted rotten CWD consumption and under-predicted duff consumption.ConclusionsSurface fuel loadings were characterized by heterogeneity and the presence of large pieces. This heterogeneity likely contributed to differential fire behavior at small scales and heterogeneity in the post-fire environment. The reductions in fuel loadings at our research site were in line with ecological restoration objectives; thus, ecologically restorative burning during fire suppression is possible.ResumenAntecedentesLa carga de combustibles de superficie es uno de los factores más importantes entre los que contribuyen a la intensidad y la velocidad de propagación del fuego. En bosques maduros, en los cuales el fuego ha sido excluido por largo tiempo, las cargas de combustibles de superficiepueden ser altas e incluir restos vegetales ≥100 cm de diámetro. Determinamos la carga de combustibles superficiales en un bosque mixto maduro ubicado en el Parque Nacional Yosemite, en California, EEUU, en el cual el fuego había sido excluido desde mucho tiempo atrás, y determinamos el consumo de combustibles mediante un fuego con objetivos de manejo iniciado para controlar la progresión del incendio Rim de 2013. Específicamente, caracterizamos la distribución y heterogeneidad de la carga de combustible previa al fuego a lo largo de transectas, y también la carga contenida en montículos alrededor de grandes árboles. Comparamos la combustión del combustible superficial con el predicho mediante el Modelo de Efectos de Fuego de Primer Orden (FOFEM) basado en cargas de combustible pre-fuego y humedad de los combustibles. También determinamos la relación entre el área basal de los árboles—calculada para dos escalas espaciales de proximidad—y las cargas de combustible pre fuego.ResultadosLa carga total de combustibles superficiales en el pre fuego promediaron 192 Mg ha−1 y fue reducida en un 79% por el fuego a 41 Mg ha−1 inmediatamente luego del fuego. La mayoría de los componentes del combustible fue reducido entre el 87% al 90% por el fuego, con la excepción del combustible grueso (CWD), que fue reducido en un 60%. La profundidad de la broza en los montículos estuvo dentro de una Desviación Standard (SD) de aquella contenida en las parcelas ubicadas en las transectas, aunque esta broza en árboles grandes (>150 cm de diámetro a la altura del pecho [DBH]) excedió a la de las parcelas de las transectas. El área basal del dosel superior tuvo, en general, una relación positiva con la carga previa al fuego en la broza (fina y gruesa), y los combustibles de 1 y 10 horas, pero la robustez de esta relación difirió entre los componentes del dosel (especies vivas, muertas [todas vivas y muertas]), y relaciones negativas fueron observadas entre el área basal de Pinus lambertiana Douglas vivos y el combustible grueso (CWD). El modelo FOFEM sobreestimó el consumo de CWD degradado y subestimó el consumo de la broza gruesa.ConclusionesLas cargas de combustible superficiales estuvieron caracterizadas por la heterogeneidad y la presencia de grandes trozos de material combustible. Esta heterogeneidad probablemente contribuya a un comportamiento del fuego diferencial a pequeña escala y heterogeneidad en el ambiente post fuego. Las reducciones de combustible en nuestro sitio de estudio están en línea con los objetivos de restauración ecológica; en consecuencia, las quemas restaurativas durante la supresión del fuego son factibles de ser realizadas.