The role of fire in the germination of invasive plants in Mediterranean environments: a meta-analysis

Abstract

Fire is a key trigger for the germination of serotinous plants in Mediterranean environments. Despite the availability of ample investigations into how fire contributes to plant fitness and germination patterns in pyriscent plants, there is no published content on how fire and associated heat and smoke factors influence germination of the group of plants successfully invading a particular biome. In this meta-analytic study, 29 studies were collated regarding the effects on germination of the temperature range corresponding to Mediterranean subsoil fire temperatures (50–99 °C), and a further 29 experiments were used to reveal the effects on germination of soil surface temperatures (100–120 °C) during Mediterranean fires. 24 studies were selected to investigate the effects of smoke during a shorter and longer exposure duration to reveal the boundaries of imbibition and toxicity associated with fire smoke. The chosen experiments performed heat shocks or smoke treatments on the invasive species found in the Mediterranean biome- a part of the globe that experiences periodic, extensive fire regimes. These experiments were then subsequently categorized into herbaceous or ligneous plants to study whether type of serotiny is associated with morphology life history. The results showed that generally, soil fire temperatures have a positive effect on the germination rate of invasive plants but only significantly in the case of invasive ligneous plants. Additionally, subsoil fire temperatures trigger invasive plant germination significantly, whereas soil surface fire temperatures do not. Only short exposure periods (c.a. 5 min) to smoke produced a positive effect in the germination of invasive plants. Longer exposures can be toxic and prevent germination. Herbaceous invasive plants responded positively to smoke treatments and ligneous invasive plants responded positively to heat shock. Our results highlight the importance of fire components (high temperature and smoke) in the success of many invasive plant species in Mediterranean environments.El fuego es un desencadenante clave para la germinación de plantas serótinas en ambientes mediterráneos. A pesar de la disponibilidad de amplias investigaciones sobre cómo el fuego contribuye a la aptitud de las plantas y a los patrones de germinación en plantas piriscícolas, no existe ningún contenido publicado sobre cómo el fuego y los factores asociados de calor y humo influyen en la germinación del grupo de plantas que invaden con éxito un bioma concreto. En este estudio meta-analítico, se cotejaron 29 estudios sobre los efectos en la germinación del rango de temperaturas correspondiente a las temperaturas de los incendios del subsuelo mediterráneo (50-99 °C), y se utilizaron otros 29 experimentos para revelar los efectos en la germinación de las temperaturas de la superficie del suelo (100-120 °C) durante los incendios mediterráneos. Se seleccionaron 24 estudios para investigar los efectos del humo durante una duración de exposición más corta y más larga para revelar los límites de imbibición y toxicidad asociados al humo de incendios. Los experimentos elegidos realizaron choques térmicos o tratamientos con humo en las especies invasoras del bioma mediterráneo, una parte del planeta que experimenta regímenes de incendios periódicos y extensos. Estos experimentos se clasificaron posteriormente en plantas herbáceas o leñosas para estudiar si el tipo de serotinia está asociado a la morfología de la historia vital. Los resultados mostraron que, en general, las temperaturas del fuego en el suelo tienen un efecto positivo en la tasa de germinación de las plantas invasoras, pero sólo de forma significativa en el caso de las plantas leñosas invasoras. Además, las temperaturas del fuego en el subsuelo disparan significativamente la germinación de las plantas invasoras, mientras que las temperaturas del fuego en la superficie del suelo no lo hacen. Sólo periodos cortos de exposición (c.a. 5 min) al humo produjeron un efecto positivo en la germinación de plantas invasoras. Exposiciones más prolongadas pueden ser tóxicas e impedir la germinación. Las plantas invasoras herbáceas respondieron positivamente a los tratamientos con humo y las plantas invasoras leñosas respondieron positivamente al choque térmico. Nuestros resultados destacan la importancia de los componentes del fuego (alta temperatura y humo) en el éxito de muchas especies de plantas invasoras en ambientes mediterráneos.