Constraints on tree seedling establishment after fires: passing the germination bottlenecks

Abstract

Persistence and colonization by tree species in an environment following a fire depends on the effects on seed germination and seedling development. We used seeds of Kielmeyera coriacea and Qualea parviflora as a model to test the effects of high temperatures on germination and initial development of tree seedlings.• We exposed the seeds to heat flow (70, 100, 130, 150 or 170 °C) for 2 or 5 min and compared the germination with that of unheated seeds (control). Seedlings were then harvested after 3, 7 or 15 days to evaluate aerial and root mass, root:shoot ratio, presence of cotyledon opening, true leaves, and secondary roots.• We found no effect on germination for seeds exposed to temperatures ≥150 °C. However, germination was significantly reduced for seeds exposed to 100 °C for both 2 and 5 min. The mass of 15-day-old K. coriacea seedlings was smaller when seeds were heated at 70 °C for 5 min or at temperatures higher or equal to 100 °C. Qualea parviflora seedlings did not show any difference in mass, but there were marginal differences in the presence of roots and the opening of cotyledons. Kielmeyera coriacea seedlings allocated biomass faster than Q. parviflora.• High temperatures affect both quantity and quality of germinable seeds, as well as biomass allocation during initial seedling development. These factors may explain the decrease in seedlings observed after fire, suggesting a bottleneck effect that influences population dynamics and species persistence in systems with frequent fires.

Efecto del fuego en el Banco de Semillas de Especies Leñosas Nativas del Chaco Occidental de Argentina

“…Además de los aspectos vinculados a la tolerancia térmica de los propágulos, el fuego como fenómeno físico introduce cambios en factores abióticos y bióticos que pueden afectar el reclutamiento de las plantas en áreas quemadas, debido a la combustión y carbonización de la biomasa del mantillo y a pérdidas por depredación (Pausas y Keeley, 2019;Ocampo-Zuleta y Bravo, 2019;Carbone et al, 2021). La falta de germinación en cuatro de las seis especies estudiadas en las parcelas control sugiere que, además de disturbios como el rolado y el fuego, existen limitantes ambientales para el reclutamiento (Macedo et al, 2021). Entre las condiciones ambientales post-disturbios que tienen mayor efecto en el reclutamiento de especies leñosas en ecosistemas semiáridos se mencionan: mayores riesgos de desecación (Giorgis et al, 2021), baja disponibilidad de agua para la imbibición (Venier et al, 2017, Lipoma et al, 2017 y mayores tasas de depredación (Ferreras y Galetto, 2010; Ocampo Zuleta y Bravo, 2019), producto de cambios drásticos en la disponibilidad de biomasa.…”

“…➢ El éxito del establecimiento post-fuego no depende exclusivamente de la tolerancia de la semilla a altas temperaturas (Macedo et al, 2021), sino también de las interacciones entre rasgos funcionales de las unidades de dispersión (forma, tamaño, viabilidad, dormición) y los componentes bióticos y abióticos, que se presentan con cambios en función a las características del disturbio.…”

“…El fuego puede promover la mortalidad de las semillas a causa del shock térmico (Ribeiro y Borghetti., 2013;Borghetti et al, 2019), pero también puede estimular la germinación de otras a través de la ruptura de la dormición (Silveira y Fernández 2006), o por la liberación sustancias a partir de la biomasa quemada, como cenizas y humo (Ghebrehiwot et al 2011). Por lo tanto, las plantas pueden presentar estrategias para incrementar la supervivencia y establecerse en ambientes estresados o disturbados, como, por ejemplo, formar bancos de semillas y/o retrasar la germinación, reduciendo así el fracaso de la germinación y el establecimiento de plántulas frente a condiciones ambientales adversas (Gremer y Venable, 2014;Macedo et al, 2021). Sin embargo, en diferentes ecosistemas como el Chaco y el Cerrado (Andrade y Miranda, 2014;Macedo et al, 2021), la formación de bancos de semillas en el suelo en especies arbóreas es rara.…”

“…Por lo tanto, las plantas pueden presentar estrategias para incrementar la supervivencia y establecerse en ambientes estresados o disturbados, como, por ejemplo, formar bancos de semillas y/o retrasar la germinación, reduciendo así el fracaso de la germinación y el establecimiento de plántulas frente a condiciones ambientales adversas (Gremer y Venable, 2014;Macedo et al, 2021). Sin embargo, en diferentes ecosistemas como el Chaco y el Cerrado (Andrade y Miranda, 2014;Macedo et al, 2021), la formación de bancos de semillas en el suelo en especies arbóreas es rara. El reclutamiento de las especies depende del éxito de la reproducción sexual (formación de BSS y/o germinación), y de la persistencia de las semillas (mantenimiento de la viabilidad) en un ambiente post-disturbio (Macedo et al, 2021).…”

“…Sin embargo, en diferentes ecosistemas como el Chaco y el Cerrado (Andrade y Miranda, 2014;Macedo et al, 2021), la formación de bancos de semillas en el suelo en especies arbóreas es rara. El reclutamiento de las especies depende del éxito de la reproducción sexual (formación de BSS y/o germinación), y de la persistencia de las semillas (mantenimiento de la viabilidad) en un ambiente post-disturbio (Macedo et al, 2021).…”