Fire-plume exposed leaf litter alters decomposition and macroinvertebrate assemblages in headwater streams

Abstract

Wildfires are increasing in frequency and spatial extent due to climatic warming and land use changes, with diverse effects on terrestrial ecosystems. However, despite the growing literature about wildfire impacts on streams, the specific mechanisms by which wildfire alters terrestrially derived leaf litter are not completely known, especially in ecosystems where riparian cover is not totally lost. Here, we examined the potential effects of heated smoke plumes on leaves that remain in the canopy after a wildfire in riparian areas that eventually get deposited in stream ecosystems. The heat from the smoke harms leaf cuticle and tree xylem, inducing leaf senescence and altering their chemical composition. With that aim, we exposed leaf litter of two native trees in northern Spain, alder (Alnus glutinosa) and oak (Quercus robur), and the most abundant exotic tree in the area, eucalypt (Eucalyptus globulus), to high temperatures that simulated fire plume exposure (150 °C for 3 h). Afterwards, we conducted a field experiment where treated and control (non-exposed) leaf litter was deployed in three streams, and decomposition rates and aquatic hyphomycete and macroinvertebrate assemblages were examined after 21 days. Fire-plume exposure reduced total and microbial decomposition rates, with the highest reduction occurring for alder. Sporulation and taxon richness of aquatic hyphomycetes varied across species, being highest in alder, but they were not affected by fire-plume exposure. In contrast, the abundance of macroinvertebrates within leaf packs responded to fire-plume exposure, although differently across species, being reduced in alder and increased in oak and eucalypt leaf litter. Our results demonstrate that wildfires can alter stream ecosystem functioning and structure, even when exposure to fire is brief and leaves remain on trees. The effects, however, can vary across tree species, which highlights the relevance of preserving riparian diversity to maintain the performance of stream ecosystems after a fire.El cambio climático y los cambios en el uso del suelo están provocando un incremento en la frecuenciay extensión de los incendios forestales, con diversos efectos sobre los ecosistemas terrestres. Sin embargo, a pesar de la creciente literatura sobre el impactos de los incendios en ríos, los mecanismos específicos mediante los que estos incendios modifican los aportes de hojarasca no son totalmente conocidos, especialmente en ecosistemas riparios en los que la cubierta arbórea no se pierde totalmente por los incendios. En este estudio, examinamos los efectos potenciales de las columnas de humo caliente sobre las hojas que permanecen en el dosel arbóreo tras los incendios en áreasriparias, y que posteriormente se depositan en los ríos. El calor de las columnas de humo daña la cutícula de las hojas y el xilema del árbol, provocando la senescencia de las hojas y alterando su composición química. Con ese objetivo, expusimos hojarasca de dos árboles nativos de España, el aliso (Alnus glutinosa) y el roble (Quercus robur), y del árbol exótico más abundante en este área, el eucalipto (Eucalyptus globulus), a altas temperaturas que simula‑ ban su exposición a una columna de humo (150 ºC por 3 h). Tras esto, realizamos un experimento de campo donde la hojarasca tratada y control (no expuesta al calor) se introdujo en tres arroyos, y tras 21 días se midieron la tasa de descomposición y las comunidades de hifomicetos acuáticos y macroinvertebrados. La exposición a las columnas de humo redujo las tasas de descomposición total y microbiana, con una mayor reducción en el aliso. La esporulación y la riqueza taxonómica de hifomicetos acuáticos varió entre especies, siendo el más alto en aliso, pero no se vieron afectados por la exposición a las columnas de humo. Sin embargo, la abundancia de macroinvertebrados se vio alterada por la exposición a las columnas de humo, aunque de manera diferente dependiendo de la especie, reduciéndose en aliso e incrementándose en hojarasca de roble y eucalipto. Nuestros resultados demuestran que los incendios forestales pueden alterar la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas de agua dulce, aún cuando la exposición al fuego ha sido breve y las hojas permanecen en los árboles. Sin embargo, los efectos pueden variar entre especies, lo que subraya la importancia de conservar la diversidad de árboles de ribera para mantener el funcionami‑ ento de los ecosistemas fluviales tras los incendios.