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Beyond red crowns: complex changes in surface and crown fuels and their interactions 32 years following mountain pine beetle epidemics in south-central Oregon, USA

Travis Woolley,D. Shaw,L. Hollingsworth,M. Agne,S. Fitzgerald,A. Eglitis,L. Kurth

Published 2019 in Fire Ecology

ABSTRACT

BackgroundMountain pine beetle (Dendroctonus ponderosae Hopkins; MPB), a bark beetle native to western North America, has caused vast areas of tree mortality over the last several decades. The majority of this mortality has been in lodgepole pine (Pinus contorta Douglas ex Loudon) forests and has heightened concerns over the potential for extreme fire behavior across large landscapes. Although considerable research has emerged concerning influence of MPB on forest fuels, there has been little work in the climax lodgepole pine forests of south-central Oregon, USA. Specifically, we assessed changes in forest structure and crown and surface fuels across a chronosequence of time since mountain pine beetle (TSB) epidemics in south-central Oregon (1979 to 2008).ResultsWe classified four distinct periods in which significant changes occur in fuels: overstory mortality stage (2 to 4 years TSB), standing snag and snag fall stage (5 to 13 years TSB), regeneration stage (14 to 25 years TSB), and overstory recovery stage (26 to 32 years TSB). Multivariate analyses indicated changes in crown fuels and forest structure following MPB epidemics were driven primarily by basal area of live and standing dead trees, canopy bulk density, canopy base height, and canopy height. Substantial declines in canopy bulk density occurred early (2 to 5 yrs) following beetle activity and slowly recovered over time. The pattern of succession of surface fuels following a MPB epidemic was largely determined by changes over time in 10-h, 100-h, and 1000-h fuel loads, in addition to increasing fuel bed depth. The 100-h fuel load increased over the entire 30-year period, while 1000-h fuel load reached an asymptote 14 to 26 years following epidemic initiation. Live woody fuels increased through the initial overstory mortality stage and began to decrease during the overstory recovery stage.ConclusionsOur key findings concerning changing fuels and forest structure following a MPB epidemic in south-central Oregon lodgepole pine forests include: 1-h fuels and litter changed little over time, surface fuel loads changed dramatically between the standing snag and the regeneration stages, lodgepole pine remained dominant, and canopy bulk density was low throughout the chronosequence. These factors point to the perpetuation of a lodgepole pine dominated system with a mixed-severity fire regime well into the future.ResumenAntecedentesEl escarabajo del pino montaña (Dendroctonus ponderosae Hopkins; MPB), un escarabajo de la corteza nativo del oeste de Norteamérica, ha causado la mortalidad de árboles en vastas áreas durante las últimas décadas. La mayoría de esta mortalidad ha sido en bosques de pino contorta (Pinus contorta Douglas ex Loudon), lo que ha aumentado la preocupación por su potencial de generar incendios de comportamiento extremo a través de grandes paisajes. Aunque muchas investigaciones han surgido concernientes a la influencia de MPB sobre los combustibles forestales, muy pocos trabajos se han realizado en los bosques climáxicos del centro-sur de Oregón, EEUU. Específicamente, determinamos cambios en la estructura del bosque y en los combustibles de la corona y superficiales a través de una crono-secuencia desde la ocurrencia de epidemias de escarabajo del pino de montaña (TSB) en el centro-sur de Oregón (1979 a 2008).ResultadosClasificamos cuatro períodos distintos en los cuales ocurrieron cambios significativos en los combustibles: el período de mortalidad del dosel superior (2 a 4 años TSB), el período de muerto en pie y caído (5 a 13 años TSB), el período de regeneración (14 a 25 años TSB), y el período de recuperación del dosel superior (26 a 32 años TSB). Los análisis multivariados indicaron que los cambios en los combustibles de la corona y en la estructura del bosque después de una epidemia de MPB ocurrieron primeramente en el área basal de árboles vivos y muertos en pie, en la densidad de la masa del dosel, en la altura de la base del dosel, y en la altura del dosel. Una sustancial declinación en la densidad de la masa del dosel ocurrió tempranamente (2 a 5 años) después de la actividad del escarabajo y se recuperó lentamente con el tiempo. El patrón de la sucesión de combustibles superficiales después de una epidemia de MPB fue largamente determinado por los cambios en la carga de combustibles de 10, 100, y 1000 horas, en adición a un incremento en la profundidad de la cama de combustible. La carga de los combustibles de 100 h se fue incrementando durante el período de 30 años, mientras que los combustibles de 1000 h alcanzaron una asíntota entre 14 y 26 años después del inicio de la epidemia. Los combustibles vivos leñosos se incrementaron desde la mortalidad inicial del dosel y comenzaron a decrecer durante el período de recuperación del dosel.ConclusionesNuestros descubrimientos clave concernientes a los cambios en los combustibles y en la estructura del bosque luego de una epidemia de MPB en bosques de pino contorta en el centro-sur de Oregón incluyen: a) los combustibles de 1 h y la broza cambiaron muy poco a través del tiempo; b) la carga de combustibles superficiales cambió dramáticamente entre los períodos de muerto en pie y de regeneración; c) el pino contorta permanece como especie dominante; y d) la densidad de la masa del dosel fue baja durante toda la crono-secuencia. De cara al futuro y con un régimen de fuegos de severidad mixta, estos factores apuntan a la perpetuación del sistema dominado por pino contorta.

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