Overstory tree mortality resulting from reintroducing fire to long-unburned longleaf pine forests: the importance of duff moisture


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Abstract

In forests historically maintained by frequent fire, reintroducing fire after decades of exclusion often causes widespread overstory mortality. To better understand this phenomenon, we subjected 16 fire-excluded (ca. 40 years since fire) 10 ha longleaf pine (Pinus palustris Mill.) stands to one of four replicated burning treatments based on volumetric duff moisture content (VDMC): wet (115% VDMC); moist (85% VDMC); dry (55% VDMC); and a no-burn control. During the first 2 years postfire, overstory pines in the dry burns suffered the greatest mortality (mean 20.5%); pine mortality in the wet and moist treatments did not differ from the control treatment. Duff reduction was greatest in the dry burns (mean 46.5%), with minimal reduction in the moist and wet burns (14.5% and 5%, respectively). Nested logistic regression using trees from all treatments revealed that the best predictors of individual pine mortality were duff consumption and crown scorch (P < 0.001; R2 = 0.34). Crown scorch was significant only in dry burns, whereas duff consumption was significant across all treatments. Duff consumption was related to moisture content in lower duff (Oa; R2 = 0.78, P < 0.001). Restoring fire to long-unburned forests will require development of burn prescriptions that include the effects of duff consumption, an often overlooked fire effect.RésuméDans les forêts qui avaient l'habitude de se maintenir grâce à de fréquents incendies, la réintroduction du feu après plusieurs décennies d'exclusion cause souvent beaucoup de mortalité dans l'étage dominant. Afin de mieux comprendre ce phénomène, nous avons soumis 16 peuplements de pin à longues aiguilles de 10 ha protégés contre les incendies (env. 40 ans sans feu) à un des quatre traitements répétés de brûlage sur la base du contenu volumétrique en humidité de la litière:brûlis mouillé, 115%; brûlis humide; 85%, brûlis sec, 55% et un témoin non brûlé. Durant les deux premières années après le passage du feu, les pins de l'étage dominant dans les brûlis secs ont subi la plus forte mortalité (moyenne = 20,5%); la mortalité du pin dans les brûlis mouillés et humides n'était pas différente de celle du traitement témoin. La réduction de la litière était la plus importante dans les brûlis secs (moyenne = 46,5%) avec une réduction minimale dans les brûlis humides (14,5%) et mouillés (5%). La régression logistique à plusieurs critères de classification appliquée aux arbres de tous les traitements a révélé que les meilleures prédicteurs de mortalité d'une tige de pin étaient la consommation de litière et le roussissement de la cime (P < 0,001; R2 = 0,34). Le roussissement de la cime était significatif seulement dans les brûlis secs tandis que la consommation de litière était significative dans tous les traitements. La consommation de litière était reliée au contenu en humidité dans la partie inférieure de la litière (Oa; R2 = 0,78; P < 0,001). Réintroduire le feu dans des forêts qui n'ont pas brûlé depuis longtemps va exiger le développement de prescriptions de brûlage qui incluent les effets de consommation de la litière, un effet du feu souvent oublié.

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