Germinação e estabelecimento de gramíneas do Cerrado e sua resiliência ao fogo

Abstract

Introdução: O fogo é um fator ecológico fundamental no Cerrado, onde as gramíneas dominam a camada herbácea. Os eventos de fogo influenciam a regeneração das plantas por meio de múltiplos mecanismos, por exemplo, alterando as propriedades do solo, estimulando a germinação de sementes por meio de compostos derivados da fumaça e exercendo pressão seletiva sobre características relacionadas à resiliência pós-fogo. Apesar dos avanços na compreensão das respostas de plantas adultas, o conhecimento sobre os estágios iniciais de vida, incluindo a germinação e a resiliência das plântulas ao fogo, permanece limitado. Objetivos: (i) Avaliar como a fumaça em conjunto com a temperatura e armazenamento, influenciam a germinação de sementes de gramíneas; (ii) Investigar como o solo pós fogo e 6 meses após o fogo afetam a emergência e o crescimento das plântulas; e (iii) Determinar a idade em que os indivíduos jovens de gramíneas adquirem resiliência ao fogo em termos de sobrevivência e capacidade de rebrota. Metodologia: Utilizando gramíneas nativas do Cerrado, conduzimos: (1) ensaios de germinação. com 14 espécies (com sementes frescas e armazenadas por 6 meses), utilizando diferentes concentrações de água de fumaça (2,5 e 5%) e regimes de temperatura (27°C constante e 30/20°C alternados); (2) avaliação da emergência e do crescimento em três espécies cultivadas em solos coletados de áreas de Cerrado recentemente queimadas, 6 meses após o fogo e áreas não queimadas, em duas profundidades (0-2 cm e 0-10 cm); e (3) avaliação da resposta pós-fogo de três espécies a partir da queima controlada dos indivíduos aos 3, 6, 12 e 18 meses de idade. As respostas pós-fogo, incluindo sobrevivência, rebrotamento, número de perfilhos e folhas, comprimento e biomassa das folhas, foram monitoradas ao longo de 4 meses após a queima. Resultados: As respostas de germinação à fumaça foram fortemente influenciadas pela dormência das sementes, pela temperatura e pelo armazenamento das sementes. Espécies dormentes apresentaram germinação maior e mais rápida quando expostas à fumaça, enquanto espécies não dormentes apresentaram respostas variáveis, mas geralmente foram não responsivas. As interações entre a concentração de fumaça, temperatura e sementes frescas ou armazenadas determinaram as respostas germinativas específicas de cada espécie. Solos de áreas recentemente queimadas promoveram emergência mais rápida de plântulas (redução de 42% no tempo médio de emergência) e maior crescimento, com aumento da biomassa da parte aérea e das raízes, e da produção de perfilhos. No entanto, os efeitos foram transitórios, diminuindo 6 meses após a passagem do fogo para a maioria das espécies. A resiliência ao fogo aumentou com a idade da planta, já que as taxas de sobrevivência e rebrotamento foram maiores em plantas com 18 meses. Trachypogon spicatus e Aristida riparia demonstraram resiliência ao fogo já com 3 meses de idade, enquanto Loudetiopsis chrysothrix foi mais sensível, mas ainda assim houve rebrota em 50% das plantas. Conclusões: O fogo influencia a regeneração das gramíneas do Cerrado em todas as fases de vida. A fumaça atua como um sinal eficaz para a germinação, particularmente para sementes dormentes. Solos recentemente queimados favorecem temporariamente o crescimento das mudas, enquanto a resiliência ao fogo é adquirida gradualmente e varia de acordo com a espécie. Esses resultados ressaltam a importância de integrar características específicas da espécie e o histórico do fogo às estratégias de restauração ecológica e manejo do fogo no Cerrado.

Introduction: Fire is a key ecological factor in the Cerrado, where grasses dominate the herbaceous layer. Fire events influence plant regeneration through multiple mechanisms, including altering soil properties, stimulating seed germination via smoke-derived compounds, and exerting selective pressure on traits related to post-fire resilience. Despite advances in understanding adult plant responses, knowledge about early life stages, including germination and seedling resilience to fire, remains limited. Objectives: (i) To evaluate how smoke, together with temperature and storage, influences grass seed germination; (ii) To investigate how post-fire and 6-month post-fire soil conditions affect seedling emergence and growth; and (iii) to determine the age at which young grass individuals acquire resilience to fire in terms of survival and resprouting capacity. Methodology: Using native Cerrado grasses, we conducted: (1) germination tests with 14 species (with fresh seeds and seeds stored for 6 months), using different concentrations of smoke water (2.5 and 5%) and temperature regimes (constant 27°C and alternating 30/20°C); (2) evaluation of emergence and growth in three species grown in soils collected from recently burned Cerrado areas, 6 months after the fire, and unburned areas, at two depths (0-2 cm and 0-10 cm); and (3) evaluation of the post-fire response of three species after controlled burning of individuals at 3, 6, 12, and 18 months of age. Post-fire responses, including survival, resprouting, number of tillers and leaves, leaf length, and biomass, were monitored for 4 months after the fire. Results: Germination responses to smoke were strongly influenced by seed dormancy, temperature, and seed storage. Dormant species showed higher and faster germination when exposed to smoke, while non-dormant species had variable responses, being generally non-responsive. Interactions between smoke concentration, temperature, and fresh or stored seeds determined species-specific germination responses. Soils from recently burned areas promoted faster seedling emergence (42% reduction in mean emergence time) and greater growth, with increased shoot and root biomass and tiller production. However, the effects were transient, diminishing 6 months after fire for most species. Resilience to fire increased with plant age, as survival and resprouting rates were higher in 18-month-old plants. Trachypogon spicatus and Aristida riparia demonstrated resilience to fire at 3 months of age, while Loudetiopsis chrysothrix was more sensitive, but there was still resprout in 50% of the plants. Conclusions: Fire influences the regeneration of Cerrado grasses at all life stages. Smoke acts as an effective signal for germination, particularly for dormant seeds. Recently burned soils temporarily favor seedling growth, while resilience to fire is acquired gradually and varies by species. These findings highlight the importance of integrating species-specific traits and fire history into ecological restoration and fire management strategies in the Cerrado.