Characterisation of post-fire vegetation regeneration, successional patterns and underlying plant regeneration mechanisms in south-eastern Spain - [kumulative Dissertation]

Abstract

Im Allgemeinen geht man davon aus, dass die Regeneration von Brandflächen im Mittelmeergebiet durch die direkte Wiederbesiedlung oder Überdauerung der Arten bestimmt ist, die hier auch vor der Störung zu finden waren. Diese hohe Feuertoleranz wurde wiederholt mit der Anpassung der Arten an wiederkehrende Feuer in der Vergangenheit erklärt. In den letzten Jahren wurde jedoch über Fälle berichtet, wonach eine Rückkehr der Vegetation zum ursprünglichen Zustand nach dem Feuer nicht beobachtet wurde. Dies führt möglicherweise zu einer Degradation der Landschaft. Das Wissen über den Erfolg der verschiedenen Reaktionsmechanismen in Kombination zu verschiedenen ökologischen Faktoren, ist die Grundlage, um die hohe Variabilität der Vegetationsregeneration in einer sich durch Landnutzungs- und Klimaveränderung wandelnden Umgebung nachvollziehen zu können. Entsprechend liegt der Fokus dieser Arbeit auf der Beschreibung der natürlichen Regenerationsprozesse nach Feuer in SO Spanien und auf der Untersuchung der zugrundeliegenden Regenerationsmechanismen unter Einbeziehung der Steuerungsfaktoren wie Störungsregime, Boden und Mikroklima. Die Untersuchungen fanden auf verschiedenen Brandflächen in thermo- und mesomediterran geprägtem Gebiet in Murcia (SO-Spanien) statt. Die Sukzession erfolgte größtenteils direkt (hin zur Artenzusammensetzung vor dem Feuerereignis). Die einzelnen Regenerationsmechanismen waren auf den verschiedenen Flächen unterschiedlich erfolgreich. Wiederaustreibende Arten waren in den Bergen sehr häufig, während Arten, die sowohl sexuelle wie vegetative Regeneration betrieben, fast nur an der Küste anzutreffen waren. Die Keimversuche an allen häufigen Arten, die sich ausschließlich sexuell regenerieren zeigte hitzestimulierte Keimung der Samen einiger Cistaceae und Fabaceae, während keine der zahlreichen Behandlungen mit Rauch eine Stimulation hervorrief. Die feuergeförderten Arten waren in der Samenbank selten vertreten und experimentelle Langlebigkeitsversuche zeigten bereits nach kurzen Lagerfristen im Boden ein hohes Maß an Vitalitätsverlust. Der Einfluss des Feuers auf diese feuergeförderten Arten ist für eine erfolgreiche Ausbreitung nicht notwendig, da die Arten ebenso häufig nach anderen Störungsereignissen angetroffen werden konnten. Diese Arbeit trägt Fakten zu vielfältigen Aspekten der Sukzession nach Feuer in SO-Spanien bei und beinhaltet auch viel Detailwissen bezüglich der Regeneration einzelner Arten. Obwohl keine gravierende Regenerationsprobleme beobachtet wurden, konnte die sensible Reaktion der Vegetationsregeneration auf geringe klimatisch Unterschiede zwischen küstennahen und -fernen Flächen sowie zwischen Hängen unterschiedlicher Orientierung gezeigt werden. Ferner lassen diese Ergebnisse einen sehr starken Einfluss der zu erwartender Klimaänderungen, möglicherweise mit Flächenstillegung in der Landwirtschaft gekoppelt auf die Regenerationsstrategien und damit auf die Vegetationszusammensetzung erwarten.

Until recently, it was generally held that in the Mediterranean Basin post-fire vegetation composition returned directly to the pre-fire state even after recurrent disturbances by fire. This high degree of vegetation resilience was explained by the adaptation of species to frequent historical fire occurrence. In the last few years, however, the idea of strong vegetation resilience was criticised as local observations provided evidence for changes in vegetation composition after fire events which possibly result in a rise of enhanced degradation. Knowledge on the specific success of different regeneration mechanisms and their interrelation with ecological factors is essential for the understanding of the high variability of vegetation in response to ongoing changes in land-use and climate. Thus, the focus of the present thesis was on the description of the natural process of secondary vegetation succession on post-fire sites in south-eastern Spain and on the study of underlying plant regeneration mechanisms including the impact of driving factors such as disturbance regime, soil and microclimate. The study was carried out in Murcia (south-eastern Spain) at different fire sites in thermo-Mediterranean and meso-Mediterranean climate zones. The regeneration processes usually followed direct succession. Regeneration mechanisms changed clearly between the different climatic areas and direction aspects showing higher success of sprouting species in the mountainous area and very successful regeneration of facultative sprouters close to the coast. Germination experiments were carried out for all abundant seeder species. Heat stimulated germination was found for several species of Cistaceae and Fabaceae, while no species showed enhanced germination after diverse treatments with smoke. The species with heat stimulated germination were hardly found in the soil seedbanks, and seed longevity studies showed low survival rates of the seeds in the soil. The impact of the fire for the germination success of such "fire seeders" is not necessary, as the species were equally distributed at sites which had suffered other types of disturbance. This work contributes to the knowledge of various important aspects of post-fire succession in south-eastern Spain including details on all abundant species. Although strong limitations for vegetation recovery could not be found, this study shows that climatic differences between the coast and the mountains and, at a microclimatic level, between contrasting aspects have a great influence on successional processes and on the specific success of species with different regeneration mechanisms. Moreover, such climatic changes, possibly paralleled by land abandonment, may alter the frequency of fire events which, in turn, influences the specific success of plant strategies.