Life after fire: The role of seed dispersal on post-fire forest recovery

Abstract

Fire is a natural process that influences the distribution of biomes worldwide. The Mediterranean Basin is a fire-prone ecosystem, and due to its long history of fire, biodiversity has developed high resilience to such disturbance. Plants have evolved adaptations to regenerate in burned areas and in that way ensuring their persistence. These adaptations include two main strategies: resprouting and seed-based regeneration. However, changes in fire regimes due to anthropogenic activities, coupled with the effects of climate change, present new challenges to post-fire vegetation regeneration. Seed dispersal is a valuable ecological function and ecosystem service that facilitates the recolonization of burned areas. Despite its importance, this aspect has not been adequately addressed in fire ecology studies. As this study is one of the first to provide an overview of the importance of seed dispersal for post-fire forest recovery, our aims were to assess: (1) whether seed dispersal contributes to the recolonization of burned areas by plant species that did not persist through post-fire regeneration; (2) the roles of anemochory (dispersal by wind) and endozoochory (dispersal through ingestion by animals) in seed dispersal to the burned area; and (3) the contributions of different animal species to the seed dispersal process. To fulfill our objectives, we implemented six complementary methods in a mixed forest recovering from a fire in central Portugal during the first year following the occurrence. Overall, the results revealed that seed dispersal involves both plant species persisted in the burned area through regeneration and others that are colonizers. The latter includes species that were likely previously established in the area but did not survive the fire, as well as those originating from adjacent areas that can take advantage of the disturbed conditions for establishment. Seed dispersal begins immediately after the fire but increases significantly from the summer of the following year. Wind plays a crucial role in seed dispersal during the first year after a fire and is responsible for dispersing the highest number of seeds and species into the burned area. Several animal groups are capable of long-distance seed dispersal, each making distinct contributions to different plant species. Rabbits are important dispersers of herbaceous species, while carnivores and birds contribute to the dispersal of fleshy-fruited species. Carnivores typically prefer cultivated species, whereas birds disperse both cultivated and wild species. Invasive plant species not only persist in burned areas but are also dispersed in large quantities into these areas, posing a challenge to the recovery of native forests. Understanding these dynamics is crucial for developing effective conservation and management strategies to support ecosystem recovery and maintain biodiversity in fire-prone ecosystems.

O fogo é um processo natural que influencia a distribuição dos biomas em todo o mundo. A Bacia do Mediterrâneo é um ecossistema propenso a fogos e, devido à sua longa história de incêndios, a sua biodiversidade desenvolveu uma elevada resiliência a este tipo de perturbação. As plantas desenvolveram adaptações que lhes permitem regenerar em zonas ardidas, garantindo a sua persistência. Estas adaptações incluem duas estratégias principais: o rebrote e a regeneração através da germinação de sementes. No entanto, alterações nos regimes de incêndios devido a atividades antropogénicas, juntamente com os efeitos das alterações climáticas, apresentam novos desafios para a regeneração da vegetação pós-fogo. Assim a dispersão de sementes é uma função ecológica e um serviço dos ecossistemas valioso que facilita a recolonização de áreas ardidas. Apesar da sua importância, este tema não tem sido adequadamente abordado nos estudos de ecologia do fogo. Uma vez que este estudo é um dos primeiros a fornecer uma visão geral da importância da dispersão de sementes para a recuperação florestal pós-incêndio, os nossos objetivos foram avaliar: (1) se a dispersão de sementes contribui para a recolonização de áreas queimadas por espécies de plantas que não regeneraram após o fogo; (2) os papéis da anemocoria (dispersão pelo vento) e da endozoocoria (dispersão através da ingestão por animais) na dispersão de sementes para a área ardida; e (3) as contribuições das diferentes espécies animais para o processo de dispersão das sementes. Para cumprir os nossos objetivos, implementámos seis métodos complementares numa floresta mista em recuperação de um incêndio no centro de Portugal durante o primeiro ano após a sua ocorrência. No geral, os resultados revelaram que a dispersão de sementes envolve tanto espécies de plantas que persistiram na área queimada através da regeneração como espécies recolonizadoras. Estas últimas incluem espécies que provavelmente se estabeleceram anteriormente na área, mas não sobreviveram ao incêndio, bem como as originárias de áreas adjacentes que podem tirar partido das condições perturbadas para o seu estabelecimento. A dispersão das sementes começa imediatamente após o incêndio, mas aumenta significativamente a partir do verão do ano seguinte. O vento desempenha um papel crucial na dispersão de sementes durante o primeiro ano após o incêndio, dispersando o maior número de sementes e espécies para a área ardida. Vários grupos de animais são capazes de dispersar sementes a longa distância, cada um fazendo contribuições distintas para diferentes espécies de plantas. Os coelhos são dispersores importantes de espécies herbáceas, enquanto os carnívoros e as aves contribuem para a dispersão das espécies de frutos carnudos. Os carnívoros preferem normalmente as espécies cultivadas, enquanto as aves dispersam as espécies cultivadas e selvagens. As espécies de plantas invasoras não só persistem nas áreas ardidas, como também são dispersas em grandes quantidades, representando um desafio para a recuperação das florestas nativas. A compreensão destas dinâmicas é crucial para o desenvolvimento de estratégias de conservação e gestão eficazes para apoiar a recuperação dos ecossistemas e manter a biodiversidade em ecossistemas propensos a fogos.