Vegetation and soil seed bank relationships across microhabitats in an abandoned Quercus suber parkland under simulated fire

Abstract

Mediterranean agro-forestry systems are undergoing rapid change due to abandonment. This turns formerly cultivated or grazed oak-tree parklands (i.e., savanna-type formations called “dehesas”) into flammable formations of scattered trees within a matrix of shrubs with open spaces. Wildfires can now occur, threatening the persistence of these formations. Fire-prone shrublands commonly regenerate after fire from seeds stored in the soil. Understanding the relationships between standing vegetation and the soil seed bank across microhabitats can help predict the response of the system in case of fire. Here we investigated these relationships in an abandoned Quercus suber (cork oak) dehesa in central Spain. Vegetation and soil were sampled and assigned to different microhabitats: under the trees (TRC), in dense shrub cover (DSC), and in low shrub cover (LSC). A heat shock was applied to half of each sample to simulate fire; the other half served as control. Both sets of samples were then germinated in a greenhouse. Almost 90% of the species were herbs, while the rest were woody shrubs. The number of species recorded in TRC and DSC was lower than in LSC, in which species richness, particularly herbs, was maximal. Heating increased the total number of species that germinated, but mean species richness per sample was not altered. Heating markedly increased the number of germinations in all microhabitats, particularly those of woody species. Furthermore, the germination of shrubby species increased in the 3 microhabitats, notably in TRC. While the standing plant community was well differentiated among microhabitats, this was not the case for the soil seed bank, which was homogeneous across microhabitats, with or without heating. We conclude that the high density of shrubby seeds found in TRC or in the other microhabitats presents substantial threats to the persistence of Q. suber parklands in case of fire.

Résumé

Les écosystèmes agroforestiers méditerranéens subissent des changements rapides en raison de leur abandon. Cela transforme les forêts-parcs de chênes autrefois cultivées ou broutées (c'est-à-dire des formations de type savane appelées dehesas) en des formations inflammables composées d'arbres dispersés dans une matrice d'arbustes et d'espaces libres. Des feux de végétation peuvent maintenant se produire menaçant ainsi la persistance de ces formations. Les arbustaies propices au feu se régénèrent habituellement après feu par des graines entreposées dans le sol. La compréhension des relations entre la végétation et la banque de graines du sol dans différents microhabitats peut aider à prédire la réponse du système en cas de feu. Nous avons examiné ces relations dans une dehesa de Quercus suber (chêne liège) abandonnée dans le centre de l'Espagne. La végétation et le sol ont été échantillonnés et classés dans différents microhabitats: avec un couvert d'arbres (CA), une couverture dense d'arbustes (CD), et une couverture basse d'arbustes (CB). Un choc thermique a été appliqué à la moitié de chaque échantillon pour simuler un feu; l'autre moitié a servi de contrôle. Les deux groupes d'échantillons ont ensuite été mis à germer dans une serre. Presque 90 % des espèces étaient des herbes, le reste était des arbustes ligneux. Le nombre d'espèces dans CA et CD était inférieur à celui de CB où la richesse en espèces, particulièrement des herbes, était maximale. La chaleur a fait augmenter le nombre total d'espèces ayant germé, mais la richesse moyenne en espèces par échantillon n'était pas affectée. La chaleur a fait augmenter de façon marquée le nombre de germinations dans tous les microhabitats, particulièrement dans le cas des espèces ligneuses. La germination des espèces arbustives a aussi augmenté dans les trois microhabitats, en particulier dans CA. Alors que la communauté végétale était bien différenciée entre les microhabitats, ce n'était pas le cas pour la banque de graines du sol qui était homogène dans tous les microhabitats, avec ou sans chaleur. Nous concluons que la densité élevée de graines d'arbustes observée dans CA ou dans les autres microhabitats présente une menace significative pour la persistance des forêts-parcs de Q. suber en cas de feu.

Keywords:

• Cistus
• cork oak
• dehesa
• encroachment
• Erica
• Mediterranean shrublands

Mots-clés:

• arbustaies méditerranéennes
• chêne liège
• Cistus
• dehesa
• empiétement
• Erica