Fire life histories and the seeds of chaos

Abstract:

Changes in plant population size are usually attributed to exogenous factors such as drought or herbivore outbreaks. However, in theory, populations may oscillate from endogenous density-dependent causes alone. Under some conditions these oscillations are very irregular and are called chaos. There are very few examples of endogenous oscillations in plants and these are controversial. Large fluctuations in population size occur after fires in many species of Proteaceae in South African and Australian shrublands. These non-sprouting species form single-aged cohorts with recruitment dating from the last fire. Variation in cohort size has usually been attributed to exogenous factors, especially the length of the fire interval, fire season, and post-burn weather conditions. We studied the importance of endogenous density-dependence in generating population oscillations in these proteoid shrubs. Using a variety of approaches, we show that density-dependent reduction in fecundity may lead to endogenous oscillations in some species. We explore the “seeds of chaos” by defining attributes of species and populations most likely to generate endogenous oscillations. Finally, we note the implications of the phenomenon for research in, and management of, these systems.

Résumé:

Les changements dans la taille des populations végétales sont habituellement attribués à des facteurs exogènes comme la sécheresse ou les épidémies d’espèces herbivores. En théorie, toutefois, les populations pourraient fluctuer uniquement en fonction de facteurs endogènes, dépendants de la densité. Dans certaines circonstances, ces oscillations sont très irrégulières et réfèrent à un «chaos». Il y a peu d’exemples d’oscillations véritablement endogènes chez les plantes et elles font l’objet de controverse. Des fluctuations importantes dans la taille des populations surviennent après un feu chez plusieurs espèces de Proteaceae, dans les formations arbustives de l’Afrique du Sud et de l’Australie. Ne produisant pas de rejets, ces espèces forment des cohortes équiennes dont l’installation remonte au dernier feu. Les variations dans la taille des cohortes sont en règle générale attribuées à des facteurs exogènes, particulièrement la durée de l’intervalle entre les feux, la saison au cours de laquelle est survenu le feu et les conditions météorologiques prévalant après un feu. Notre étude a porté sur l’importance des facteurs endogènes dépendants de la densité comme une cause possible des fluctuations de populations chez ces arbustes protéoïdes. Par le biais de toute une gamme de méthodes, nous démontrons qu’une réduction de la fécondité résultant de la densité peut engendrer des fluctuations endogènes chez certaines espèces. Nous explorons le concept de «graines du chaos» en définissant les attributs des espèces et des populations les plus susceptibles d’engendrer des oscillations endogènes. Enfin, nous soulignons la portée de ce phénomène pour la recherche sur ces systèmes, ainsi que pour leur gestion.

Keywords::

• seed biology
• plant demography
• chaos
• fynbos
• Proteaceae
• fire ecology

Mots-clés::

• biologie des graines
• démographie végétale
• chaos
• fynbos
• Proteacea
• écologie des feux