Ann. For. Sci. 66 (2009) 210
DOI: 10.1051/forest/2008092

Wildfire changes the spatial pattern of soil nutrient availability in Pinus canariensis forests

Alexandra Rodríguez¹, Jorge Durán¹, José María Fernández-Palacios² and Antonio Gallardo<sup>1

1</sup>  Department of Physics, Chemical and Natural Systems, University Pablo de Olavide, Seville 41013, Spain
²  Department of Parasitology, Ecology and Genetics, University La Laguna, La Laguna 38207, Spain

Received 2 April 2008; received version 23 September 2008; accepted 19 November 2008; published online 28 February 2009

Abstract
• Soil resources are heterogeneously distributed in terrestrial plant communities. This heterogeneity is important because it determines the availability of local soil resources. A forest fire may change the spatial distribution of soil nutrients, affecting nutrition and survival of colonizing plants. However, specific information on the effects of ecosystem disturbance on the spatial distribution of soil resources is scarce.
• We hypothesized that, on a short-term basis, wildfire would change the spatial patterns of soil N and P availability. To test this hypothesis, we selected two Pinus canariensis forests burned in 2005 and 2000, respectively, and a third forest that was unburned since at least 1990 (unburned). We incubated ionic exchange membranes (IEMs) in replicated plots to estimate soil N and P availability and characterized the spatial pattern using SADIE (Spatial Analysis by Distance Indices).
• Mineral N, NO₃-N and PO₄-P availability, and aggregation and cluster indices for all nutrients were higher in the 2005 wildfire plots than in the 2000 wildfire and unburned plots.
• Our results suggest that surviving plants or new individuals becoming established in a burned area would find higher soil resources, but also higher small-scale heterogeneity in nutrients, which may have a major impact on the performance of individual plants and on the forest structure and dynamics.

Résumé - Un incendie modifie la configuration spatiale de la disponibilité des éléments nutritifs dans les sols de forêts de Pinus canariensis.
• Les ressources du sol sont distribuées de manière hétérogène dans les communautés végétales terrestres. Cette hétérogénéité est importante car elle détermine la disponibilité locale des ressources du sol. Un feu de forêt peut changer la répartition spatiale des éléments nutritifs du sol, affectant la nutrition et la survie des plantes colonisatrices. Cependant, des informations précises sur les effets des perturbations des écosystèmes sur la répartition spatiale des ressources du sol sont rares.
• Nous avons émis l'hypothèse qu'à court terme, un feu de forêt pourrait modifier les modèles de répartition spatiale de disponibilité de N et P dans le sol. Pour tester cette hypothèse, nous avons sélectionné deux forêts de Pinus canariensis qui ont brûlé respectivement en 2005 et 2000, et une troisième forêt qui n'a brûlé depuis au moins 1990 (non brûlée). Nous avons incubé des membranes échangeuses d'ions (IEMs) dans plusieurs parcelles pour estimer la disponibilité du sol en N et P et nous avons caractérisé le modèle spatial en utilisant SADIE (Analyse spatiale en fonction d'indices de distance).
• N-minéral, N-NO₃, disponibilité en PO₄-P, agrégation et indices de cluster ont été plus élevés dans les parcelles incendiées en 2005 que dans celles incendiées en 2000 et les parcelles non brûlées.
• Nos résultats suggèrent que les plants survivants ou les plants en cours d'installation dans une zone brûlée, auront accès à des ressources plus abondantes, mais seront également confrontés à une hétérogénéité plus importante dans la disponibilité en éléments nutritifs. Cette dernière peut avoir un impact majeur sur la performance individuelle des plants et sur la structure et la dynamique forestières.

Key words: forest wildfire / ionic exchange membrane / SADIE / soil nutrient availability / spatial heterogeneity

Mots clés : feu de forêt / membrane d'échange ionique / SADIE / disponibilité des éléments nutritifs du sol / hétérogénéité spatiale

Corresponding author: xandrouva@gmail.com

© INRA, EDP Sciences 2009