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Vegetation’s influence on fire behavior goes beyond just being fuel

E. L. Loudermilk,Joseph John O’Brien,Scott L. Goodrick,R. Linn,N. Skowronski,J. Hiers

Published 2022 in Fire Ecology

ABSTRACT

Background The structure and function of fire-prone ecosystems are influenced by many interacting processes that develop over varying time scales. Fire creates both instantaneous and long-term changes in vegetation (defined as live, dead, and decomposing plant material) through combustion, heat transfer to living tissues, and subsequent patterns of recovery. While fuel available for combustion may be relative to the amount of vegetation, it is equally instructive to evaluate how the physical structure and other characteristics of vegetation influence fire dynamics, and how these interactions change between fire events. This paper presents a conceptual framework for how vegetation not only embodies the legacy of previous fires but creates the physical environment that drives fire behavior beyond its combustion as a fuel source. Results While many environmental factors affect both the post-fire vegetation trajectory and fire dynamics themselves, we present a conceptual framework describing how vegetation’s structural characteristics control the local microclimate and fluid dynamics of fire-induced flows, and how that is influenced by ecosystem and atmospheric processes. Shifting our focus from fuels to vegetation allows us to integrate spatial and temporal feedbacks between fire, vegetation, soil, and the atmosphere across scales. This approach synthesizes the combustion and flammability science, the physical influence on fire behavior, and the ecosystem dynamics and processes that occur between fires and within a fire regime. Conclusions We conclude that fire behavior, including its prediction and ecological effects, should be broadened to include the dynamic processes that interact with vegetation, beyond its role as fuel. Our conceptual framework illustrates the crucial feedbacks across scales that link the finer details of vegetation and fire behavior processes that occur within a fire and have additive effects that feedback into the coarser scale processes and functions within an ecosystem. Shifting the fuels paradigm to integrate the combustion, physical, and ecological roles of vegetation as complex drivers of fire behavior and outcomes will broaden discovery within wildland fire science and ecology. Antecedentes La estructura y función de ecosistemas propensos al fuego están influenciados por muchos procesos interactivos que se desarrollan sobre escalas espaciales variables. El fuego crea cambios instantáneos y de largo plazo en la vegetación (definida como viva, muerta y material vegetal en descomposición) a través de la combustión, la transferencia de calor a tejidos vivos y los subsecuentes patrones de recuperación. Aunque el combustible disponible para quemarse puede relacionarse con el total de la vegetación, es igualmente instructivo evaluar cómo la estructura física y otras características de la vegetación influencian la dinámica del fuego, y cómo esas interacciones cambian entre eventos de fuego. Este trabajo presenta un marco conceptual de cómo la vegetación no sólo incorpora el legado de previos fuegos, sino que también crea el ambiente físico que tracciona el comportamiento del fuego más allá de su combustión como fuente de combustible. Resultados Aunque muchos factores ambientales afectan tanto la trayectoria de la vegetación post fuego como también la dinámica del fuego, presentamos un marco conceptual que describe cómo las características estructurales de la vegetación controlan el microclima y la dinámica de fluidos de los flujos inducidos por el fuego, y cómo éste es influenciado por procesos atmosféricos y del ecosistema. Desviando nuestro foco desde los combustibles a la vegetación nos permite integrar la retroalimentación espacial y temporal entre fuegos, vegetación, suelos y atmósfera a través de diferentes escalas. Este enfoque sintetiza la ciencia de la combustión y la inflamabilidad, la influencia de factores físicos en el comportamiento del fuego y la dinámica y procesos de los ecosistemas que ocurren entre fuegos dentro de un régimen de fuego. Conclusiones Concluimos que el comportamiento del fuego, incluido su predicción y efectos ecológicos deben ser ampliados para incluir los procesos dinámicos que interactúan con la vegetación, más allá de su rol como combustible. Nuestro marco conceptual ilustra las retroalimentaciones cruciales a través de escalas que ligan los detalles finos de la vegetación y los procesos de comportamiento del fuego que ocurren dentro de un fuego y que tienen efectos aditivos que retroalimentan a una escala más grande de procesos y funciones dentro de un ecosistema. Modificando el paradigma de los combustibles para integrar la combustión, y los roles físicos y ecológicos de la vegetación como conductores complejos del comportamiento y sus resultados, podría ampliar los descubrimientos dentro de la ciencia del fuego y su ecología.

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