A review of fire effects across South American ecosystems: the role of climate and time since fire

GIORGIS, MELISA A.; ZEBALLOS, SEBASTIAN R.; CARBONE, LUCAS; ZIMMERMANN, HEIKE; VON WEHRDEN, HENRIK; AGUILAR, RAMIRO; FERRERAS, ANA E.; TECCO, PAULA A.; KOWALJOW, ESTEBAN; BARRI, FERNANDO; GURVICH, DIEGO E.; VILLAGRA, PABLO; JAUREGUIBERRY, PEDRO

Fire Ecology

Association for Fire Ecology

Año: 2021 vol. 17

Background: Fire is an important driver of ecosystem dynamics worldwide. However, knowledge on broad-scale patterns of ecosystem and organism responses to fires is still scarce. Through a systematic quantitative review ofavailable studies across South America, we assessed fire effects on biodiversity and abundance of different organisms (i.e., plants, fungi, invertebrates, and vertebrates), plant fitness, and soil properties under four climate types, and time since the last fire (i.e., early and late post fire). We addressed: (1) What fire effects have been studied across South America? (2) What are the overall responses of biodiversity, abundance, fitness, and soil properties to fires? (3) How do climate and time since fire modulate those responses?Results: We analyzed 160 articles reporting 1465 fire responses on paired burned and unburned conditions. We found no effect of fire on biodiversity or on invertebrate abundance, a negative effect on woody plant species and vertebrate abundance, and an increase in shrub fitness. Soil in burned areas had higher bulk density and pH, and lower organic matter and nitrogen. Fire effect was significantly more positive at early than at late post fire for plant fitness and for soil phosphorus and available nitrogen. Stronger negative effects in semiarid climate compared to humid warm climate suggest that higher temperatures and water availability allow a faster ecosystem recovery after fire.Conclusions: Our review highlights the complexity of the climate?fire?vegetation feedback when assessing the response of soil properties and different organisms at various levels. The resilience observed in biodiversity may be expected considering the large number of fire-prone ecosystems in South America. The recovery of invertebrate abundance, the reduction of the vertebrate abundance, and the loss of nitrogen and organic matter coincide with the responses found in global reviews at early post-fire times. The strength of these responses was further influenced by climate type and post-fire time. Our synthesis provides the first broad-scale diagnosis of fire effects in South America, helping to visualize strengths, weaknesses, and gaps in fire research. It also brings much needed information for developing adequate land management in a continent where fire plays a prominent socio-ecological role.Antecedentes: El fuego es un importante modulador de la dinámica de los ecosistemas en el mundo. Sin embargo, el conocimiento a gran escala de los patrones de respuesta de ecosistemas y organismos es aún escaso. A través de una revisión sistemática cuantitativa de los estudios disponibles a lo largo de Sudamérica, abordamoslos efectos del fuego sobre la biodiversidad, abundancia de diferentes organismos (i.e., plantas, hongos, invertebrados y vertebrados), aptitud de las plantas y propiedades del suelo bajo diferentes condiciones climáticas (i.e., cuatro tipos climáticos), y tiempo transcurrido desde el último incendio (i.e., tiempo post-fuego temprano y tardío). Respondimos: (1) ¿Qué efectos del fuego se han estudiado en Sudamérica? (2) ¿Cuáles son las respuestasgenerales de la biodiversidad, abundancia, aptitud y propiedades del suelo al fuego? (3) ¿Cómo el clima y el tiempo post-fuego modulan esas respuestas?Resultados: Analizamos 160 artículos que reportaron 1465 respuestas al fuego de sitios apareados quemados y no quemados. No encontramos efectos del fuego sobre la biodiversidad y abundancia de invertebrados, encontramos efectos negativos sobre la abundancia de especies de plantas leñosas y de vertebrados, y un incremento en laaptitud de los arbustos. El suelo en sitios quemados tuvo mayor densidad aparente y pH, y menor materia orgánicay Nitrógeno. El efecto del fuego fue significativamente más positivo en tiempos post-fuego tempranos que en tardíos para aptitud de las plantas, y para el Fósforo y Nitrógeno disponible del suelo. Además, encontramos efectos negativos más fuertes en climas semiáridos que en climas húmedos cálidos, sugiriendo que altas temperaturas y disponibilidad de agua permiten una mayor recuperación de los ecosistemas después del fuego.Conclusiones: Nuestro estudio destaca la complejidad de las relaciones clima?fuego?vegetación para abordar las respuestas de las propiedades del suelo y de diferentes organismos a varios niveles. La resiliencia observada en la biodiversidad puede ser esperada dado el alto número de ecosistemas propensos al fuego en Sudamérica. Larecuperación de la abundancia de invertebrados, la reducción de la abundancia de vertebrados, y las pérdidas de Nitrógeno y Materia Orgánica coincide con las respuestas encontradas en revisiones globales en tiempos cortos después del fuego. La tendencia de estas respuestas estuvo además influenciada por el tipo de clima y tiempo post fuego. Nuestra síntesis provee el primer diagnóstico a gran escala de los efectos del fuego en Sudamérica, ayudando a visualizar las fortalezas, debilidades y vacíos en los estudios del fuego. También brinda información muy necesaria para el desarrollo de estrategias adecuadas de manejo en un continente en el cual el fuego juega un papel socio-ecológico preponderante.