Post-fire regeneration in subtropical dry forest of Puerto Rico

Abstract

Dry forests were widespread in the tropics before being cleared for agricultural and urban use, but they are now considered to be one of the most endangered ecosystem types. Cleared and degraded tropical dry forests commonly form exotic-grassland communities that are maintained by periodic fires and are difficult to reforest. In the dry zone of southwest Puerto Rico, exotic grasses invade disturbed areas and expand into intact forest through successive burning. When fire is prevented in such areas they are colonized by the exotic legume tree Leucaena leucocephala, which dominates the canopy for >80 yr. A better understanding of the factors that drive these vegetative patterns is needed to improve management aimed at forest restoration and protection. This project assessed the fire resistance of common tree species, the seed rain in degraded forest areas, and the performance of saplings in repeatedly burned areas of Guánica Forest. Bark thickness was measured on 474 trees of 26 species and related to stem size. Most species obtained putative fire-resistant bark thickness only in the largest trees or not at all, while two species, Bursera simaruba and Bucida buceras obtained it in relatively small stems. Seed rain was collected with 100 traps of 0.25-m² for one year (beginning July 2007) at four sites that had five focal vegetation types along a gradient of degradation. The seed count totaled 35,610 non-graminoid seeds. Seed rain of native trees and L. leucocephala were similarly low in open grass areas. Exotic-forest areas, dominated by L. leucocephala, had an increased density of animal-dispersed tree seeds compared to open grass areas. Planted saplings were used to compare growth and survival in the forest understory to grass-dominated areas with and without protection from fires. In November 2007, 455 saplings of 13 native tree species and L. leucocephala were planted in three areas dominated exotic grasses and in nearby forest. Survival of the burned saplings was initially high (36.4%), but eight months later few survived. The majority died during a seasonal drought in June - July 2008. In the same period sapling survival in the unburned grasslands was reduced compared to forests. Growth during the first year was minimal and dieback was common on shoots of surviving saplings. An exception was L. leucocephala in the unburned grasslands, which on average grew 11.7 mm in diameter and 30.0 cm height. These results suggest that native trees are not resistant to fire at sapling or adult sizes, and they are ineffective for reforestation of burned sites in Guánica Forest. The use of L. leucocephala as an intermediary between exotic grassland and native forest is suggested.

Los bosques secos eran abundantes en los trópicos antes de la intervención del ser humano; no obstante actualmente son uno de los ecosistemas en mayor peligro. Cuando los bosques secos son cortados o degradados entonces forman pastizales exóticos, mantenidos por fuegos periódicos y difíciles de reforestar. En la zona seca del suroeste de Puerto Rico, las gramas exóticas invaden áreas perturbadas y se extienden adentro de bosques intactos mediante fuegos sucesivos. En las áreas de pastizal donde se previenen los fuegos, el árbol leguminoso exótico Leucaena leucocephala, coloniza y domina la copa durante >80 años. Es necesario un mejor conocimiento de los factores que determinan estos patrones vegetativos para mejorar el manejo dirigido a la protección y restauración del bosque. Este proyecto evaluó la resistencia al fuego de especies de árboles comunes, la lluvia de semillas en las áreas degradadas del bosque, y el rendimiento de las plántulas en áreas donde hubo fuegos repetidos en el bosque seco de Guánica. El grosor de la corteza se midió en 474 árboles de 26 especies y se relacionó con el tamaño del tallo. La mayoría de las especies solo obtuvieron la corteza con el grosor resistente a fuego cuando los tallos eran grandes mientras otros nunca la presentaron. Dos especies, Bursera simaruba y Bucida buceras, la obtuvieron en tallos relativamente pequeños. La lluvia de semillas se colectó con 100 trampas de 0.25 m² durante un año (julio 2007 – junio 2008) en cuatro sitios que tenían cinco tipos de vegetación a lo largo un gradiente de degradación. Se contaron 35,610 semillas no-graminoides. La lluvia de semillas de árboles nativos y L. leucocephala fueron similares y bajas en las pastizales. En boques dominados por L. leucocephala la lluvia de semillas dispersadas por animales aumentó comparado con pastizales. En noviembre 2007, 455 plántulas de 13 especies de árboles nativos y L. leucocephala se sembraron para comparar su rendimiento en el sotobosque y pastizales sin y con protección contra fuegos. La sobrevivencia de las plántulas quemadas fue inicialmente alta (36.4%), pero ocho meses más tarde pocas quedaron vivas. La mayoría murieron durante una sequía temporal en junio – julio 2008 que también bajó la sobrevivencia en las pastizales no quemados comparado con bosques. El crecimiento durante el primer año fue mínimo o negativo, excepto L. leucocephala en pastizales no quemados, que creció en promedio 11.7 mm en diámetro y 30.0 cm en altura. Estos resultados sugieren que los árboles nativos no son resistentes a fuegos como plántulas o adultos y que no son efectivas para reforestaciones en Guánica. Se recomienda el uso de L. leucocephala como un intermediario entre pastizales exóticos y bosques nativos.