Melisa A. Giorgis, Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal, discusses her article: Post-fire trajectories reveal a legacy effect and decoupled structural and floristic responses in a seasonally dry subtropical mountain region, in both English and Spanish.

A complex debate

Many areas of the world with open vegetation are at the center of extensive debates in scientific, social, and political spheres, between those who promote conservation of open vegetation and those who advocate for forest restoration or expansion. At the heart of these debates are two related but distinct perspectives. One concerns the vegetation that climatic conditions could potentially support in these landscapes and how this relates to what society values and chooses to preserve and restore. The other concerns the ecological mechanisms that shape vegetation trajectories in heterogeneous landscapes, with the aim of improving management and conservation decisions.

One key aspect of understanding vegetation dynamics is whether open vegetation (e.g., grassland and shrubland) and forest communities can coexist within landscapes, and which factors maintain a mosaic of different vegetation patches. Especially in tropical and subtropical regions, the debate centers on the importance of fire in promoting the long-term persistence of open plant communities, relative to other factors, such as adverse climatic conditions, competition between herbaceous and woody plants, and soil nutrient limitations. This debate is of particular importance in the seasonally dry subtropical ecosystems of South America, where field studies on fire are scarce and either cover short time periods or, when extended over longer periods, rely on satellite imagery or palynological evidence rather than in-situ measurements of vegetation parameters.

A long-term natural experiment

For several years, we had been studying the dynamics of vegetation in the central mountains of Argentina, collecting data on floristic composition (as species occurrence) and vegetation structure (as biomass distribution in vertical and horizontal space). Walking these mountains allowed us to be in the right place at the right time when a wildfire occurred in 2011. This wildfire burned 18 of 33 previously surveyed sites, spanning a gradient from open to forest communities. We took advantage of this natural experiment to directly compare burned and unburned sites before and after the fire and track their subsequent vegetation trajectories, also assessing whether the pre-fire vegetation influenced post-fire trajectories. By “vegetation trajectories,” we mean the temporal patterns of vegetation change through time, including their direction and rate of change. We use “trajectory” rather than simply “change” because we are interested in how vegetation develops over multiple time points, rather than only in differences between two time points.

What happens when fire is absent?

Extended fire-free periods drive gradual transitions towards forests. But, how long does it take for a forest to develop? Our twelve years of data captured part of this transition from open communities to forest, and our models suggest that a full grassland to forest transition may require fire-free intervals extending over a century.

What happens when vegetation burns?

Fire disrupts trajectories towards woody-dominated vegetation, promoting the persistence of open communities. Also, pre-fire vegetation has an influence on the short- and midterm post-fire responses because many plants survive fire and resprout from belowground organs or other protected tissues, while other plants may establish from seeds that survive the fire. Across all burned sites, the floristic composition observed six months after the fire resembled that of shrublands, because some herbaceous plants common to shrublands and grasslands rapidly became abundant. In turn, the tussock grasses more characteristic of grasslands resprouted rapidly but had not yet regained enough biomass to become dominant. While floristic composition tended to resemble that of shrublands, vegetation structure tended to become more similar to that of grasslands, although the magnitude of this change depended on pre-fire vegetation: woodier sites showed greater structural changes, whereas grassland-like sites changed little. Over the first eight years after fire, shrublands recovered their pre-fire structure, while grasslands maintained their structure and recovered their initial composition, differentiating from woody communities. In contrast, burned forests showed little recovery of their original structure or composition. With continued fire exclusion, however, observations of our unburned sites suggest that grasslands may gradually shift again towards a woodier community.

From fire ecology to fire management

This study helped us to understand how fire mediates the balance between the expansion of woody vegetation and the persistence of open communities in our subtropical mountains. The fact that post-fire responses depend on pre-fire vegetation conditions indicates that fire management should be context-dependent. Where forest recovery is prioritized, selective fire exclusion near existing forest remnants may facilitate forest expansion. For grassland and shrubland conservation, if undesired recurrent wildfires are controlled, prescribed fire could be investigated as a viable strategy to maintain their biodiversity and ecosystem services. Fire intervals should be carefully calibrated to sustain open communities while minimizing soil degradation.

In the mountains of central Argentina, these dynamics occur within a rapidly transforming landscape characterized by degradation of native ecosystems, expansion of highly disturbed areas, and invasion of non-native woody species. Fire management is further complicated by conflicting stakeholder perspectives, often shaped more by societal values than ecological criteria, a challenge common to many fire-prone regions worldwide. Fire is a key ecological process, and understanding when, where, and how to manage it should be an essential part of restoring degraded forests and conserving declining grassland communities.

El fuego mantiene el balance entre la persistencia de vegetación abierta y la expansión del bosque

Un debate complejo

Muchas áreas del mundo con vegetación abierta son el centro de amplios debates dentro de las esferas científicas, sociales y políticas entre quienes promueven su conservación y quienes abogan por la restauración o expansión del bosque. En el centro de estos debates se encuentran dos perspectivas relacionadas pero distintas. Una de ellas se refiere a la vegetación que las condiciones climáticas podrían sustentar potencialmente en estos paisajes y a cómo esto se vincula con lo que la sociedad valora y decide preservar y restaurar. La otra aborda los mecanismos ecológicos que determinan las trayectorias de la vegetación en paisajes heterogéneos, con el objetivo de mejorar las decisiones de gestión y conservación.

Un aspecto clave para entender la dinámica de la vegetación es determinar si las comunidades abiertas (pastizales y matorrales) y boscosas pueden coexistir en el paisaje, así como identificar los factores que mantienen un mosaico de diferentes parches de vegetación. Especialmente en las regiones tropicales y subtropicales, el debate se centra en la importancia del fuego para favorecer la persistencia a largo plazo de las comunidades vegetales abiertas, en comparación con otros factores, como las condiciones climáticas adversas, la competencia entre plantas herbáceas y leñosas y las limitaciones de nutrientes en el suelo. Este debate es particularmente importante en ecosistemas estacionales subtropicales secos de América del sur, donde los estudios de campo sobre el fuego son escasos y cubren periodos cortos de tiempo o cuando cubre períodos largos se basan en imágenes satelitales o evidencias palinológicas en lugar de mediciones in situ de los parámetros de la vegetación.

Un experimento natural a largo plazo

Durante varios años, habíamos estado estudiando la dinámica de la vegetación en las montañas del centro de Argentina, recolectando datos de la composición florística (la presencia de especies) y estructura de la vegetación (la distribución de la biomasa en el espacio horizontal y vertical). Recorrer estas montañas nos permitió estar en el lugar y momento adecuados, cuando se produjo un incendio en 2011. Este incendio quemó 18 de 33 sitios previamente estudiados, los cuales abarcaban un gradiente que iba desde comunidades abiertas hasta comunidades boscosas. Aprovechamos este experimento natural para comparar directamente sitios quemados y no quemados después del fuego y seguimos las trayectorias de la vegetación, utilizando al mismo tiempo los datos previos al fuego para evaluar la influencia de la vegetación antes del fuego en las trayectorias posteriores. Por “trayectorias de la vegetación” entendemos los patrones temporales de cambio de la vegetación a lo largo del tiempo, incluida su dirección y tasa de cambio. Utilizamos el término “trayectoria” en lugar de simplemente “cambio” porque nos interesa cómo evoluciona la vegetación a lo largo de múltiples momentos, y no solo las diferencias entre dos puntos temporales.

¿Qué sucede en ausencia de fuego?

Largos períodos sin fuego promueven una transición gradual hacia bosques. Pero, ¿Cuánto tiempo lleva a un bosque desarrollarse? Nuestros datos, recopilados a lo largo de doce años, capturan una parte de esta transición de comunidades abiertas a bosques; asimismo, nuestros modelos sugieren que una transición completa de pastizal a bosque podría requerir intervalos sin incendios que se prolonguen durante un siglo.

¿Qué sucede cuando la vegetación se quema?

El fuego disrumpe las trayectorias a comunidades dominadas por leñosas, promoviendo la persistencia de comunidades abiertas. Además, la vegetación previa al fuego influye en la respuesta en el corto y mediano plazo después del fuego, porque muchas plantas sobreviven al fuego y rebrotan a partir de órganos subterráneos u otros tejidos protegidos, mientras que otras plantas se establecen por semillas que sobreviven al fuego. A lo largo de todos los sitios quemados, la composición florística que se observa en el corto plazo después del fuego se asemeja a la de los arbustales, debido a que algunas plantas herbáceas compartidas entre los arbustales y pastizales se volvieron rápidamente abundantes. Mientras que, las gramíneas en mata características de los pastizales rebrotan rápidamente pero todavía no alcanzan una biomasa suficiente para ser dominante. Mientras que la composición florística se asemeja a la de los arbustales, la estructura de la vegetación tiende a ser más similar a la de los pastizales, sin embargo, la magnitud de este cambio depende de la vegetación previa al fuego: sitios leñosos muestran mayores cambios estructurales, mientras que los pastizales muestran pequeños cambios. Durante los ocho años posteriores al incendio, los matorrales recuperaron su estructura previa al fuego, mientras que los pastizales mantuvieron su estructura y recuperaron su composición inicial, diferenciándose así de las comunidades leñosas. En cambio, los bosques quemados mostraron escasa recuperación de su estructura o composición original. Sin embargo, ante la continua exclusión del fuego, las observaciones realizadas en nuestros sitios no quemados sugieren que los pastizales podrían volver a transformarse gradualmente en una comunidad con mayor presencia de leñosas.

Desde la ecología del fuego al manejo del fuego

Este estudio nos ayudó a comprender cómo el fuego determina el balance entre la expansión de la vegetación leñosa y la persistencia de comunidades abiertas en nuestras montañas subtropicales. El hecho de que las respuestas post-fuego dependan de la vegetación antes del fuego indica que el manejo del fuego tiene que ser contexto-dependiente. Cuando la recuperación del bosque es una prioridad, la exclusión selectiva del fuego cerca de remanentes actuales de bosque puede facilitar la expansión del bosque. Para la conservación de pastizales y arbustales, si se logran controlar los fuegos no deseados, cabría investigar el uso de quemas prescriptas como una estrategia viable para mantener su biodiversidad y servicios ecosistémicos. Los intervalos entre las quemas necesitan ser cuidadosamente calibrados para sostener comunidades abiertas y, al mismo tiempo, minimizar la degradación del suelo.

En las montañas del centro de Argentina, estas dinámicas se desarrollan en un paisaje que experimenta una rápida transformación, caracterizada por la degradación de bosques y pastizales nativos, la expansión de áreas altamente disturbadas y la invasión de especies leñosas exóticas. La gestión de incendios se complica aún más debido a las perspectivas a menudo contrapuestas de las partes interesadas, frecuentemente basadas más en valores sociales que en criterios ecológicos, un desafío común a muchas regiones del mundo propensas a los incendios. El fuego es un proceso ecológico clave, y comprender cuándo, dónde y cómo gestionarlo debería ser una parte esencial de la restauración de bosques degradados y de la conservación de comunidades de pastizales en declive.