Effects of Fire on Seedling Diversity and Plant Reproduction (Sexual vs. Vegetative) in Neotropical Savannas Differing in Tree Density

Abstract

Little is known about the effects of fire on the structure and species composition of Neotropical savanna seedling communities. Such effects are critical for predicting long-term changes in plant distribution patterns in these ecosystems. We quantified richness and density of seedlings within 144 plots of 1 m2 located along a topographic gradient in long-unburned (fire protected since 1983) and recently burned (September 2005) savannas in Brazil. These savannas differ in tree density and canopy cover. Sites along the gradient, however, did not differ in species composition prior to the fire. In recently burned savannas we also evaluated the contribution of vegetative reproduction relative to sexual reproduction by quantifying richness and density of root suckers. Finally, we tested seed tolerance to pulses of high temperatures—similar to those occurring during fires on the soil surface and below—of five dominant savanna tree species. Seedlings were more abundant and diverse in unburned than in burned savannas. Seedling species composition differed among unburned and burned savannas probably reflecting early differences in root: shoot biomass allocation patterns. In recently burned savannas, root suckers were more abundant and diverse than seedlings. Relatively long exposures (>10 min) of temperatures of 90 °C reduced seed germination in all studied species suggesting a negative effect of fire on germination of seeds located at or aboveground level. Because vegetative reproduction contributes more than sexual reproduction in burned environments, frequent fires are likely to cause major shifts in species composition of Neotropical savanna plant communities, favoring clonally produced recruits along tree density/topographic gradients.

Pouco se sabe sobre os efeitos do fogo sobre a estrutura e florística de comunidades de plântulas em savanas Neotropicais. No Brasil Central, foram quantificadas riqueza e densidade de plântulas dentro de 144 parcelas de 1 m2 localizadas ao longo de um gradiente de densidade de árvores. A área estudada foi exposta a diferentes regimes de fogo no passado e inclui parcelas queimadas dois anos antes do início do estudo (Setembro 2005) e parcelas não expostas ao fogo nos últimos trinta anos. Essas savanas diferem em densidade de árvores, de savanas fechadas a abertas. As área estudadas não diferiram na composição específica antes do fogo. Também foi avaliado o efeito de choques térmicos na germinação de cinco espécies arbóreas dominantes das savanas. A riqueza e densidade de plântulas foi menor em savanas recentemente queimadas do que em savannas não quemadas. Em savanas recentemente queimadas, brotos vegetativos de raíz foram mais abundantes e diversos do que plântulas. A composição específica de plântulas diferiu entre savanas dependendo do regime de queimada, provavelmente refletindo diferenças nos padrões de alocação de biomassa raiz: parte aérea. Exposições longas (>10 min) de temperaturas de 90 °C reduziram a germinação em todas as espécies estudadas, sugerindo um efeito negativo do fogo sobre a germinação de sementes localizadas sob a superfície do solo. Devido ao fato que a reprodução vegetativa contribui mas do que a reprodução sexual após queimadas, queimadas frequentes podem causar mudanças na composição de espécies das comunidades vegetais de savanas Neotropicais, favorecendo indivíduos com reprodução vegetativa.