Prescribed burning as an alternative management in grasslands of temperate Europe: The impact on seeds

Fire is not an integral part of terrestrial ecosystems in temperate Europe, nevertheless prescribed burning is proposed to be an alternative to traditional management applied to grasslands. Thus, anthropogenic fire represents a serious challenge to plant species, and there is no information on how the recruitment of species responds to fire. The aim of our study was to assess the effect of fire on seed germination of 16 herbaceous grassland and ruderal species belonging to four common families. We first assessed the fuel load in open habitats in early spring and measured soil temperatures during experimental fires. After that we performed a controlled pot experiment involving heat treatments and experimental fire applied to seeds and followed their germination. Our measurements showed that maximum temperatures are between 73 °C and 264 °C on the ground surface and fire passage is fast, with short residence times of high temperatures. In deeper soil layers (1 cm and 5 cm), temperature increase is negligible. Seed germination of half of the species was decreased by the passage of fire, and a heat shock of 100 °C for 5 min had an even stronger adverse effect. Seeds of three Fabaceae species were stimulated by heat or fire, while negative effects prevailed among species belonging to other families. Anthropogenic fire in grasslands of temperate Europe might reduce recruitment by seed, particularly in species of the Asteraceae and Poaceae, two very important families with a large representation in temperate grasslands. Our results indicate that prescribed burning should be carefully applied in order not to endanger the local persistence of grassland species whose seedling emergence is negatively affected by fire.

ZusammenfassungIm gemäßigten Europa ist Feuer kein integraler Faktor in terrestrischen Ökosystemen, dennoch wurde kontrolliertes Abbrennen als eine Alternative zu traditionellem Management von Grasländern vorgeschlagen. Damit bedeuten vom Menschen gelegte Feuer eine ernste Herausforderung für Pflanzenarten, und es gibt keine Kenntnisse dazu, wie die Verjüngung der Arten auf Feuer reagiert. Das Ziel unsere Untersuchung war zu bestimmen, welchen Effekt Feuer auf die Keimung von 16 krautigen Grasland- und Ruderalarten aus vier häufigen Familien hat. Wir bestimmten zunächst die Brennstoffmenge in offenen Lebensräumen im zeitigen Frühjahr und maßen die Bodentemperaturen während experimenteller Brände. Danach führten wir ein kontrolliertes Topf-Experiment mit Hitzebehandlungen und experimentellem Feuer durch und beobachteten die Samenkeimung. Unsere Messungen ergaben, dass die maximalen Temperaturen auf der Bodenoberfläche zwischen 73 °C und 264 °C lagen. Das Feuer geht schnell vorüber, und hohe Temperaturen herrschen nur für kurze Zeit. In tieferen Bodenschichten (1 cm und 5 cm) ist die Tempe-raturzunahme vernachlässigbar. Die Samenkeimung ging bei der Hälfte der Arten nach dem Brennen zurück. Eine fünfminütige Hitzebehandlung mit 100 °C hatte einen noch stärkeren ungünstigen Effekt. Die Samen von drei Leguminosenarten wurden durch Hitze und Feuer stimuliert, während negative Effekte bei den Arten anderer Familien vorherrschten. Anthropogene Feuer in Grasländern des gemäßigten Europa könnten die Verjüngung durch Samen reduzieren, insbesondere bei Arten der Asteraceae und Poaceae, zwei sehr wichtigen Familien mit hoher Repräsentanz in gemäßigten Grasländern. Unsere Ergebnisse zeigen an, dass kontrolliertes Abbrennen mit Sorgfalt angewendet werden sollte, um das lokale Fortbestehen von Graslandarten, deren Keimung negativ von Feuer beeinflusst wird, nicht zu gefährden.