Estratégias competitivas entre uma gramínea nativa do cerrado e uma gramínea invasora do cerrado

Várias espécies de gramíneas africanas introduzidas no Brasil se tornaram\ud importantes invasoras dos cerrados e constituem uma das principais ameaças para a\ud sua conservação. Comparações envolvendo características entre espécies exóticas e\ud nativas podem levar a uma melhor compreensão sobre o processo da invasão. Neste\ud estudo, semeamos Echinolaena inflexa, uma gramínea nativa do cerrado, e Urochloa\ud decumbens, uma gramínea africana invasora do cerrado, em diferentes proporções\ud relativas uma à outra (100%-0%, 70%-30%, 50%-50%, 30%-70%, 0%-100%).\ud Avaliamos a sobrevivência, crescimento, fecundidade e capacidade fotossintética\ud das espécies nos diferentes tratamentos (puros e mistos). Para avaliar sobrevivência,\ud crescimento e fecundidade foram realizados três censos durante o período de um\ud ano. A medição da capacidade fotossintética foi efetuada por meio de um\ud fluorômetro portátil, onde se considerou os parâmetros de eficiência do fotossistema\ud II, da taxa de transporte de elétrons e do potencial máximo aparente de uso da luz. \ud Sempre que sementes de ambas as espécies foram colocadas juntas, a espécie nativa\ud teve seu crescimento suprimido pela invasora. Nos tratamentos puros, os indivíduos\ud da espécie nativa cresceram em tamanho, mas somente três indivíduos se tornaram\ud reprodutivos. No entanto, muitos indivíduos da espécie invasora cresceram em\ud tamanho e se reproduziram em todos os tratamentos, mostrando sempre uma\ud alocação de recursos tanto para crescimento quanto para reprodução. Ambas as\ud espécies tiveram sua capacidade fotossintética reduzida nos tratamentos mistos,\ud porém, os valores da espécie invasora se mantiveram mais constantes. Portanto,\ud concluímos que a espécie invasora é possivelmente mais tolerante a situações de\ud estresse e utiliza os recursos de maneira mais eficiente, o que poderia explicar o seu\ud sucesso na invasão.1 – Financiamento FAPESP 2 - Departamento de Ecologia, Instituto de Biociências-USP, São Paulo, Brasil

Padrões fenológicos de uma gramínea nativa do cerrado, Echinolaena inflexa (Poiret) chase, e de uma gramínea invasora do cerrado, Urochloa decumbens stapf

Nas fisionomias abertas do cerrado brasileiro, como os campos cerrados e campos\ud sujos, as gramíneas perenes constituem o grupo de espécies mais freqüente e as principais\ud contribuintes para a biomassa total. Várias espécies de gramíneas africanas foram\ud introduzidas no Brasil e se tornaram importantes invasoras dos cerrados. Essas invasoras\ud podem alterar os processos do ecossistema, além de afetar diretamente as populações\ud nativas por competição, podendo causar extinções locais. A separação temporal da época\ud reprodutiva é um dos fatores que permitem a coexistência de espécies em uma\ud comunidade e, por outro lado, a sobreposição nos ciclos aumenta a competição pelos\ud recursos limitantes, especialmente em climas sazonais. Assim, o conhecimento de\ud aspectos reprodutivos das plantas nativas e exóticas se torna necessário na recuperação e\ud conservação destes ecossistemas. Este trabalho se propõe a detectar os padrões\ud fenológicos de uma gramínea nativa do cerrado, Echinolaena inflexa, e de uma gramínea\ud invasora, Urochloa decumbens. Cinqüenta indivíduos de ambas as espécies foram\ud marcados e acompanhados durante um ano, no Parque Estadual do Juquery (Franco da\ud Rocha, SP). As fenofases detectadas foram: florescimento, frutificação, dispersão das\ud cariopses e ramos vegetativos. Os indivíduos de U. decumbens iniciaram a floração em\ud janeiro, frutificando e dispersando sementes até o final da seca. Entre outubro e dezembro,\ud os indivíduos desta espécie apresentavam somente ramos vegetativos. Os indivíduos de E.\ud inflexa iniciaram a floração em novembro, com pico em fevereiro, e também frutificou e\ud dispersou sementes até o final da época seca; apresentando somente ramos vegetativos\ud apenas em setembro e outubro. Ambas as espécies podem ser consideradas gramíneas\ud precoces de ciclo longo, onde o ciclo reprodutivo pode durar de cinco a dez meses,\ud iniciando a floração no início do período de chuvas e dispersando propágulos até agosto.\ud A sobreposição de seus nichos reprodutivos pode ser uma pressão competitiva sobre a\ud espécie nativa.1 – Financiamento FAPESP 2 - Departamento de Ecologia, Instituto de Biociências-USP, São Paulo, Brasil

Invasion, competition and resource use by a native and invasive grass in the Brazilian savanas

No Brasil, varias espécies de gramíneas africanas introduzidas se tornaram importantes invasoras dos cerrados e constituem uma das principais ameaças para a sua biodiversidade. Atributos envolvendo trade-offs evolutivos que influenciam na adaptabilidade das espécies - aquisição, alocação e perda de recursos pelas plantas por meio de competição, facilitação, estresse e distúrbio - irão influenciar o desempenho dos indivíduos e a manutenção das populações nas comunidades vegetais. Deste modo, e de extrema importância entender quais os mecanismos que levam uma espécie invasora a ter um desempenho melhor sobre as espécies nativas. Comparações envolvendo características entre espécies exóticas e nativas podem levar a uma melhor compreensão sobre o processo da invasão. Diante disso, este trabalho procurou identificar algumas das estratégias competitivas adotadas por uma gramínea invasora, Urochloa decmbens, e por uma gramínea nativa, Echinolaena inflexa, em ecossistema de cerrado. Para verificar aspectos relativos às estratégias de colonização das espécies foram analisadas suas fenologias reprodutivas, as taxas de viabilidade e de germinação das sementes. Em um experimento com plantas envasadas, sementes de ambas as espécies foram semeadas em diferentes proporções relativas uma a outra. Três censos foram realizados durante o período de um ano para avaliar a sobrevivência, crescimento e fecundidade das espécies. Medidas da capacidade fotossintética e das taxas de assimilação foram tomadas para ambas as espécies tanto em parcelas puras quanto em parcelas mistas; também foi quantificada a área foliar especifica e total das espécies. No experimento com as plantas envasadas, quando sementes de ambas as espécies foram colocadas juntas, a nativa teve seu crescimento suprimido pela invasora. Nos tratamentos puros, os indivíduos da espécie nativa cresceram em tamanho, mas somente três se tornaram reprodutivos. No entanto, muitos indivíduos da espécie invasora cresceram em tamanho e se reproduziram em todos os tratamentos, mostrando uma alocação de recursos tanto para crescimento quanto para reprodução. A espécie invasora apresentou uma taxa fotossintética maior, porem ambas as espécies tiveram sua capacidade fotossintética e sua taxa fotossintética reduzida nos parcelas mistas, sugerindo que a competição afeta tanto a espécie nativa como a espécie invasora. Uma vez que a espécie nativa possui área foliar especifica menor em relação à espécie invasora, espera-se que ela apresente uma perda menor de nutrientes e, conseqüentemente, uma maior conservação/retenção dos nutrientes, o que favoreceria sua persistência em ambientes como o cerrado. No entanto, com a ocorrência de distúrbios e possíveis alterações na disponibilidade de nutrientes, a gramínea nativa pode ser deslocada pela invasora, que apresenta maior capacidade de colonizar novas áreas por meio de maiores taxas de germinação e estabelecimento; e maior produtividade, apresentando maiores taxas fotossintéticas, sendo mais eficiente no uso do nitrogênio.Many African grasses have been introduced in Brazil and have invaded areas of Brazilian savannas, thus becoming a major threat to the biological diversity of this biome. Traits involving evolutionary trade-offs that influence the species adaptive strategies, such as differences in nutrient uptake, nutrient loss and biomass allocation in response to plant competition and facilitation, and environmental stress and disturbance, will influence individual performance and population maintenance in plant communities. Therefore, it is extremely important to identify the mechanisms associated with invasiveness that lead to a better performance of exotic species over co-occuring natives. Comparisons involving traits of both native and exotic species may lead to a better understanding concerning the success of invasions. This study sought to recognize possible competitive strategies adopted by an invasive grass, Urochloa decmbens, and a native grass, Echinolaena inflexa, in a Brazilian savanna. In order to identify aspects relative to their colonization strategies, the reproductive fenologies and seed viability and germination rates of both species were analyzed. An experiment with potted plants was performed where seeds of both species were sown in different relative proportions to each other. Three census were carried out during a period of 12 months to evaluate survival, growth and fecundity of both species. Gas exchange and chlorophyll fluorescence were quantified for each species in pure and mixed stands in the field; total and specific leaf area for both species were also measured. In the potted experiment, when seeds of both species were sown together, the growth of the native species was suppressed by the exotic species. In pure treatments, however, individuals of the native species grew in size, but only 2% reproduced. On the other hand, individuals of the exotic species grew in size and reproduced in all treatments, demonstrating that this species allocated enough resources for both growth and reproduction. The photosynthetic rates were greater for the invasive species, however, in mixed stands, both species had their photosynthetic rates and capacities decreased. The smaller specific leaf area of the native species suggests lower rates of nutrient loss than the invasive species, which would favor its persistence in nutrient poor environments, as the Brazilian savannas. Yet, with the occurrence of disturbances and variable nutrient availabilities, the native species might be displaced by the invasive species, since the later possesses traits leading to a higher competitive ability in such conditions

The effect of simulated heat-shock and daily temperature fluctuations on seed germination of four species from fire-prone ecosystems

ABSTRACT Seed germination in many species from fire-prone ecosystems may be triggered by heat shock and/or temperature fluctuation, and how species respond to such fire-related cues is important to understand post-fire regeneration strategies. Thus, we tested how heat shock and daily temperature fluctuations affect the germination of four species from fire-prone ecosystems; two from the Cerrado and two from the Mediterranean Basin. Seeds of all four species were subjected to four treatments: Fire (F), temperature fluctuations (TF), fire+temperature fluctuations (F+TF) and control (C). After treatments, seeds were put to germinate for 60 days at 25ºC (dark). Responses differed according to species and native ecosystem. Germination percentage for the Cerrado species did not increase with any of the treatments, while germination of one Mediterranean species increased with all treatments and the other only with treatments that included fire. Although the Cerrado species did not respond to the treatments used in this study, their seeds survived the exposure to heat shock, which suggests they possess tolerance to fire. Fire frequency in the Cerrado is higher than that in Mediterranean ecosystems, thus traits related to fire-resistance would be more advantageous than traits related to post-fire recruitment, which are widespread among Mediterranean species

Post-fire regeneration strategies in a frequently burned Cerrado community

[Aim]: Fire is a natural disturbance in many ecosystems throughout the world where plant populations can persist by the resprouting of individuals and/or by recruiting from seeds. We evaluated the post-fire regeneration response for 41 coexisting species, including grasses, forbs, and shrubs, from an open Cerrado community (campo sujo) in Central Brazil.[Location]: The study was conducted at the Reserva Natural Serra do Tombador (RNST) in Central Brazil. The vegetation of the study area is characterized by a continuous herbaceous layer dominated by grasses and scattered shrubs, which produces fine fuel loads that can burn frequently.[Methods]: We examined both resprouting ability after experimental fires, accounting for bud location, and seed response to heat shocks caused by fire, where seeds were subjected to heat shocks of 100°C for one and three minutes, 200°C for one minute, and a control (untreated seeds).[Results]: All species were able to resprout (R+) after fire, mainly from buds located in underground structures, but also from aerial and basal buds. Seeds of most species tolerated heat shocks of 100°C for one and three minutes, but heat treatments of 200°C decreased seed viability of nearly 50% of species. Seven species, all of which had dormant seeds, showed heat-stimulated germination. In sum, 81% of the community was classified as R+PT (resprouters with heat-tolerant propagules) and 17% was R+PS (resprouters with heat-stimulated propagules). The remaining 2% (one species) was classified as R+P−, showing heat-sensitive seeds.[Conclusions]: Resprouting is the main post-fire regeneration strategy in Cerrado open savannas, while fire-stimulated germination, although possible, is less common in comparison to the frequency in other fire-prone ecosystems. However, in Cerrado open savannas, heat tolerance is an important trait that enables germination when favorable conditions arise.This study was funded by FAPESP, the São Paulo Research Foundation (2015/06743-0), the National Council for Scientific and Technological Development - CNPq (455183/2014-7) and Fundação Grupo Boticário (0153_2011_PR). A. Fidelis receives a productivity grant from CNPq (303988/2018-5)

Does season affect fire behaviour in the Cerrado?

Fire has played an important role in the plant dynamics and diversity of the Cerrado for millions of years. We evaluated fire behaviour in different fire seasons in areas of an open savanna, providing information for fire management plans. It has been hypothesised that early fires (May – end of the rainy season) will be less intense than those conducted in the middle and end of the dry season (July and October) owing to the amount of dead biomass accumulated. Therefore, we compared fire behaviour in early, mid- and late dry season, evaluating the main fire and environmental variables. Fire intensity was mainly influenced by the combination of dead fuel percentage and fuel load. Even though this combination was the best model to explain fire intensity variability, fire parameters (including fire intensity) did not differ between fire seasons. Flame height was best explained by dead fuel percentage + fuel moisture content, dead fuel percentage + fuel load and also by dead fuel percentage. Our study showed that, in areas with fire exclusion for 2 years, fire season did not influence fire parameters and fire behaviour and the main factors influencing fire intensity were the proportion of dead biomass and total fuel load.This study was supported by Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, project (476334/2011–0) and scholarship (141854/2012-0), Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, project 2015/06743–0), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES/DGU (grant 10805/13–3, project 227/2010), Neotropical Grassland Conservancy and Fundação Grupo o Boticário de Proteção à Natureza (0153_2011_PR). MJB acknowledges the support from the Foresterra ERA-Net (Medwildfirelab project PCIN-2013–140-C04–03) European Commission. AF receives a grant from CNPq (306170/2015–9)

A importância da consideração de espécies invasoras no manejo integrado do fogo

As invasões biológicas estão entre as principais ameaças à biodiversidade e conservação de ecossistemas no mundo. As invasões por plantas podem alterar as propriedades do material combustível, afetando o comportamento do fogo e, consequentemente, o regime de queima por meio de mudanças na sua frequência, época, intensidade, severidade, tipo e extensão. No Brasil, várias espécies de gramíneas africanas tornaram-se invasoras dos Cerrados, onde o fogo é um fator ecológico importante e está presente há pelo menos 10 milhões de anos. Pretendemos aqui discutir as implicações da presença de gramíneas invasoras no comportamento do fogo e regime de queima, reunindo as informações existentes até o momento e incluindo alguns resultados de nossos experimentos com queimadas controladas em área invadida por gramíneas africanas na Reserva Natural Serra do Tombador (Goiás). Com isso, buscamos levantar informações para discutir e subsidiar um manejo integrado do fogo em ambientes de Cerrado

How can an invasive grass affect fire behavior in a tropical savanna? A community and individual plant level approach

Some invasive grasses have been reported to change fire behavior in invaded plant communities. Urochloa brizantha is an aggressive invasive grass in the Brazilian Cerrado, an ecosystem where fire is a common disturbance. We investigated the effects of U. brizantha on fire behavior in an open Cerrado physiognomy in Central Brazil. Using experimental burnings we compared fire behavior at both the community and the individual plant level in invaded (UJ) and non-invaded (NJ) areas burned in July. We also assessed the effect of fire season in invaded areas by comparing July (UJ) and October (UO) burnings. We evaluated the following variables: fuel load, fuel moisture, combustion efficiency, maximum fire temperature, flame height, and fire intensity. Additionally, we evaluated the temperatures reached under invasive and native grass tussocks in both seasons. Fuel load, combustion efficiency, and fire intensity were higher in NJ than in UJ, whilst flame height showed the opposite trend. Fuel amount and fire intensity were higher in October than in July. At the individual plant level, U. brizantha moisture was higher than that of native species, however, temperatures reaching ≥600 °C at ground level were more frequent under U. brizantha tussocks than under native grasses. At the community level, the invasive grass modified fire behavior towards lower intensity, lower burning efficiency, and higher flame height. These results provide essential information for the planning of prescribed burnings in invaded Cerrado areas.We thank the Fundação Grupo Boticário de Proteção à Natureza (Termo de Parceria No 0106_2011_PR), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES/DGU 227/2010), and the Ministry of Education (PHB2009-0073-PC) and of Science and Innovation (FEEDBACK Project; CGL2011-30515-C02-01) of the Spanish Goverment for financial support