Plant Community and Soil Environment Response to Summer Fire in the Northern Great Plains

Abstract

Fire is an important process in many ecosystems, especially grasslands. However, documentation of plant community and soil environment responses to fire is limited for semiarid grasslands relative to that for mesic grasslands. Replicated summer fire research is lacking but necessary because summer is the natural fire season and the period of most wildfires in the western United States. We evaluated summer fire effects on soil temperature, soil moisture, aboveground biomass , root biomass, and functional group composition for 2 yr in semiarid C 3 -dominated northern Great Plains. Following pre-treatment measures, four 0.75-ha sites were burned during August for comparison with nonburned sites, and the experiment was repeated the next year on adjacent sites to assess weather effects. Soils were about 0.5°C cooler on burned sites in the first experiment and similar in the second. Burned sites were consistently 1% drier than nonburned sites. Litter was reduced by fire but did not account for changes in soil moisture because differences occurred before the growing season. Current-year aboveground biomass and root biomass were similar between treatments, indicating productivity was resistant to summer fire. Perennial C 3 grasses increased in dominance because of positive biomass responses to fire for all but the bunchgrass, Hesperostipa comata, and a reduction of annual grasses. Perennial C 4 grasses were unaffected by summer fire. H. comata was resilient, with biomass on burned sites equaling nonburned sites the second growing season. Biomass was more responsive to precipitation than fire, and the fire-induced changes in species composition suggest exclusion of fire may be a greater disturbance than summer fire. El fuego es un proceso importante en muchos ecosistemas, especialmente en praderas. Sin embargo, la documentación de respuestas de la comunidad vegetal y del ambiente edáfico al fuego en pastizales semiáridos es limitada comparado con praderas mesofíticas. Ensayos replicados investigando los fuegos de verano son escasos pero necesarios dado que el verano es la estación natural de ocurrencia de la mayoría de los incendios en el oeste de los Estados Unidos. Evaluamos los efectos de quemas de verano sobre la temperatura del suelo, la humedad del suelo, la biomasa aérea, la biomasa radicular, y la composición de grupos funcionales durante dos años en pastizales semiáridos dominados por especies C 3 en el norte de las Grandes Planicies de América del Norte. Luego de mediciones pre-experimentales, cuatro sitios de 0,75 ha fueron quemados durante el mes de Agosto para compararlos con sitios que no fueron quemados y el experimento se repitió al año siguiente en sitios adyacentes para evaluar efectos meteorológicos. Los suelos de los sitios quemados estuvieron 0,5°C más frescos en el primer experimento y de modo similar en el segundo. Los sitios quemados estuvieron consistentemente 1% más secos que los sitios no-quemados. El fuego redujo la cantidad de broza, pero la misma no explicó las diferencias en humedad edáfica porque dichas diferencias ocurrieron antes de la estación de crecimiento. El crecimiento del año de biomasa aérea y la biomasa radicular fue similar entre tratamientos, indicando que la productividad resistió el fuego de verano. Los pastos perennes C 3 aumentaron en dominancia debido a respuestas positivas al fuego en producción de biomasa para todas las especies excepto el pasto Hesperostipa comata, y una reducción en las especies anuales. Los pastos perennes C 4 no fueron afectados por los fuegos de verano. H. comata demostró resiliencia con biomasas iguales en sitios quemados y no-quemados en la segunda estación de crecimiento. La biomasa respondió más a la precipitación que al fuego y los cambios en la composición de especies inducida por el fuego sugieren que la exclusión del fuego podría ser un disturbio mayor que los fuegos de verano.