Are fire temperatures and residence times good predictors of survival and regrowth for resprouters in Florida, USA, scrub?

Abstract

Background Fire is a dominant ecological disturbance in many ecosystems. Post-fire resprouting is a widespread response to fire, but resprouting vigor varies with many components of the fire regime, including fire intensity. We measured responses in 46 species of resprouting plants of Florida, USA, scrub and related habitats, marking and measuring individual plants before fires. We then measured fire temperatures and residence times (time above 60 °C) during 13 fires, at the base of each plant. We measured post-fire plant sizes for up to six years. We hypothesized that high temperatures and long residence times would reduce survival and growth, and that these vital rates would vary by burn season, habitat type, and species group. Results Fires had variable intensities with maximum temperatures ranging from 47 to 890 °C (mean temperature = 549 °C) and residence times ranging from 0 to 83 minutes (mean time = 10 minutes). Consumed plants experienced higher fire intensity than scorched plants, and residence times were higher during the wet season (July through October), than the dry season (November through April), and fire season (May to June) and with drier conditions. Across all species affected by fire, 86% of plants survived and resprouted post fire. First year survival was unrelated to fire variables, with high survival across all maximum temperatures and residence times. Burn season, habitat, and species group did not significantly affect survival. On average across all species, post-fire growth recovered to pre-fire heights within four years. Growth was not significantly affected by species group or burn season. Conclusion Resprouting perennial plants that dominate Florida scrub and surrounding habitats appear resilient to a wide range of fire intensities, as measured by maximum temperatures and residence times. Post-fire growth was rapid, with recovery of pre-fire heights in four years. Species groups varied in post-fire recovery rates. In these habitats, fire is critical to maintain the habitat structure for many animals and plants, including many rare species. The slower recovery of biomass for resprouting shrubs results in the longer availability of gaps for rare herbaceous species. In addition, variability in post-fire survival and growth among species groups likely contributes to the persistence of species diversity and complexity across habitats. However, variation in fire intensity appears to have little effect on resprouting species or subsequent habitat structure. A range of fire regimes can be used in prescribed fire management without having major impacts on resprouting plants in Florida scrub and related vegetation. Antecedentes El fuego es un disturbio ecológico dominante en muchos ecosistemas. El rebrote post-fuego es una respuesta amplia al fuego, aunque el vigor del rebrote varía con muchos componentes del régimen de fuego, incluyendo la severidad. Medimos la respuesta de 46 especies rebrotantes de Florida, EEUU, en arbustales y hábitats relacionados, marcando y midiendo plantas individuales antes de los fuegos. Medimos luego las temperaturas del fuego y su tiempo de residencia (tiempo por encima de los 60 °C) durante 13 fuegos, en la base de cada planta, y posteriormente medimos el tamaño de plantas por hasta seis años. Hipotetizamos que altas temperaturas y tiempos largos de residencia del fuego reducen la supervivencia y el crecimiento, y que esos atributos vitales podrían variar en función de la estación de quemas, el tipo de hábitat y el grupo de especies. Resultados Los fuegos tuvieron intensidades variables con temperaturas máximas ubicadas en un rango de entre 47 y 890 °C (temperatura media = 549 °C) y tiempos de residencia de entre 0 y 83 minutos (tiempo medio = 10 minutos). Las plantas consumidas por el fuego experimentaron una intensidad mayor que aquellas solo chamuscadas, y los tiempos de residencia fueron más altos durante la estación húmeda (julio a octubre), que en la estación seca (noviembre a abril) y en la estación de fuego (mayo a junio), y bajo condiciones más secas. Entre todas las especies afectadas por el fuego, 86% de las plantas sobrevivieron y rebrotaron. La sobrevivencia al primer año no fue relacionada con variables del fuego, con una alta supervivencia de aquellas que recibieron máximas temperaturas y tiempos de residencia. La supervivencia no fue afectada significativamente ni por la estación de quema, el hábitat, o los grupos de especies. En promedio y entre todas las especies, la recuperación del crecimiento a niveles de pre-fuego fue de cuatro años. El crecimiento no fue significativamente afectado por el grupo de especies o la estación de fuego. Conclusiones El rebrote de plantas perennes que dominan los arbustales y el hábitat que los rodean parecen ser resilientes a un amplio rango de intensidades de fuego, medido en función de las máximas temperaturas y tiempos de residencia del fuego. El recrecimiento post-fuego de los arbustos fue rápido, alcanzando alturas pre-fuego a los cuatro años. Los grupos de especies variaron en sus tasas de recuperación post-fuego. En estos hábitats, el fuego es crítico para mantener la estructura para varias plantas y animales, incluyendo especies raras. La lenta recuperación de la biomasa de arbustos rebrotantes resultó en una mayor disponibilidad de claros para el establecimiento de especies raras. Adicionalmente, la variabilidad en la supervivencia y crecimiento post-fuego entre grupos de especies probablemente contribuya a la persistencia de la diversidad y complejidad de especies entre hábitats. Sin embargo, la variación en la intensidad del fuego parece tener un efecto menor en las especies rebrotantes o en la subsecuente estructura del hábitat. Un rango de regímenes de fuego puede usarse en el manejo de quemas prescriptas sin tener mayores impactos en plantas rebrotantes de Florida y su vegetación relacionada.