Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Sweden has almost 600 000 hectares planted with lodgepole pine, and large areas are soon ready to be clear-felled. The provenances that have been planted are producing high level of permanently closed, so called serotinous, cones. In their natural setting, the Canadian boreal forest, these cones are opened mainly after crown fires when the heat make the resin between the cone scales melt, which releases the seeds. This is viewed as an adaption to the fire regimes that prevail over the natural distribution area of lodgepole pine. Because of the short flame-exposure that occurs in a crown fire, the seeds can survive.

Seeds in serotinous cones keep their viability for several years and that results in the build-up of a large seed bank in the tree crowns. After clear felling, the slash and cones will be deposited on the forest floor. Experiences from Canada show that the heat from the sun on a clear-felled area is enough for the serotinous cones to be gradually opened over time. Therefore, we expect a large amount of lodgepole pine regeneration in the Swedish forest after clear-felling. There are situations when this is unwanted; when the provenance is inappropriate; when a change of tree species is wanted, when the stand is in or close to a natural reserve. Here I investigate whether prescribe fire after clear-felling can eliminate the risk of unwanted spontaneous regeneration of lodgepole pine. My hypothesis is that a fire on a clear-felled area gives long enough flame exposure to kill all seeds in the serotinous cones of lodgepole pine, in contrary to situations during crown fire.

A clear-felled area with slash from Pinus sylvestris was used as a substitute for clear-felled lodgepole pine. Branches from lodgepole pine with cones were placed on and between slash heaps of different sizes, and the area was burned. Further, in a controlled experiment, cones were exposed to fire under different time periods. In some cases the temperature was measured inside the cones during flame exposure.

The bigger heaps of slash burned longer (12 minutes) than the smaller ones (9 minutes) and the mosslayer without slash burned for only 50 seconds. Burning the clear-felled area resulted in almost total seed mortality for the serotinous cones (3 of 3154 seeds germinated; all from one cone). For the non-burned cones 44 % of the filled seeds germinated. There was almost no difference in seed viability between the age classes (up to 7 years) for the serotinous cones.

The seeds inside cones in the controlled experiment died when cones were exposed to flames for 60 seconds or longer. With 60 seconds of flame exposure to the cones, seeds inside the cones were exposure to temperatures over 50C for 6 minutes and peak temperature around 100C. That is likely to be the threshold for survival of seeds in serotinous cones.

There results show that if a clear-felled area is burned, virtually all seeds in the serotinous cones will be killed, and prescribed burning is therefore a safe method to eliminate the risk of spontaneous regeneration after cutting a stand of lodgepole pine.

Sammanfattning (swe)

Sverige har nästan 600 000 hektar med contortatall och dessa börjar snart bli avverkningsmogna. De contortaprovenienser som har planterats producerar i hög grad permanent slutna, så kallade serotina, kottar. Dessa öppnas främst efter en kronbrand när värmen gör att kådan mellan kottefjällen smälter och fröna frigörs. Det ses som en anpassning till den brandregim som råder i contortatallens naturliga utbredningsområde. Vid en kronbrand exponeras kottarna i eldflammorna så kort tid att fröna inte tar skada.

De serotina kottarnas frön behåller sin vitalitet i flera år och det byggs därför upp stora lager av frön i contortatallens kronor. Vid avverkning hamnar kottarna på marken och erfarenheter från Canada visar att solvärmningen nära marken på hyggen räcker för att öppna kottarna. Därför kommer troligtvis mängder av frön att spridas efter kalavverkning av contortabestånd även i Sverige. Det kan finnas flera situationer när man vill undvika självföryngring av contorta: proveniensen är olämplig; man vill byta trädslag; beståndet ligger i eller nära ett reservat. I denna studie undersöktes om hyggesbränning kan eliminera risken för oönskad spontan föryngring av contortatall. Min hypotes är att hyggesbränning ger tillräckligt lång flamexponering för att kunna döda fröna i de serotina kottarna, i motsats till situationen vid en kronbrand.

En avverkningsyta med hyggesrester av tall fick utgöra substitut för ett avverkat contortabestånd. Grenar av contortatall med kottar på placerades ut på olika stora hyggeshögar, varefter hygget brändes. Vidare gjordes ett experiment där kottar exponerades för eld under olika lång tid. I några fall mättes även temperaturen inne i kottar under flamexponering, med hjälp av termoelement.

De olika stora högarna med hyggesrester skildes åt i bränningstid med att de större brann längre (9-12 minuter) och mosskiktet utan hyggesrester brann kortast tid (50 sekunder). Hyggesbränningen resulterade i närapå fullständig mortalitet för contortatallens frön (3 av 3154 grodde; alla från en kotte). För obehandlade kottar grodde 44 procent av de fyllda fröna. Det var ingen markant skillnad på groningsprocenten mellan olika åldrar på kottarna (upp till sju år). Det fanns dock en svag tendens till lägre vitalitet hos de äldre kottarna.

I det kontrollerade försöket dog fröna efter att kottarna exponerats över 60 sekunder i eldflammor. Vid så lång exponerig utsattes fröna i kottarnas centrum för temperaturer över 50C under omkring sex minuter och den högsta uppnådda temperaturen strax under 100C, vilket kan antas vara tröskelvärdet för när frön i contortakottar dör.

Resultaten av studien visade att en hyggesbränning ger tillräckligt lång exponeringstid för att fröna i kottarna ska dödas och hyggesbränning kan därför vara en säker metod om man vill eliminera risken för spontan självföryngring av contortatall, efter att bestånden avverkats.

Sverige har nästan 600 000 hektar med contortatall och dessa börjar snart bli avverkningsmogna. De contortaprovenienser som har planterats producerar i hög grad permanent slutna, så kallade serotina, kottar. Dessa öppnas främst efter en kronbrand när värmen gör att kådan mellan kottefjällen smälter och fröna frigörs. Det ses som en anpassning till den brandregim som råder i contortatallens naturliga utbredningsområde. Vid en kronbrand exponeras kottarna i eldflammorna så kort tid att fröna inte tar skada.
De serotina kottarnas frön behåller sin vitalitet i flera år och det byggs därför upp stora lager av frön i contortatallens kronor. Vid avverkning hamnar kottarna på marken och erfarenheter från Canada visar att solvärmningen nära marken på hyggen räcker för att öppna kottarna. Därför kommer troligtvis mängder av frön att spridas efter kalavverkning av contortabestånd även i Sverige. Det kan finnas flera situationer när man vill undvika självföryngring av contorta: proveniensen är olämplig; man vill byta trädslag; beståndet ligger i eller nära ett reservat. I denna studie undersöktes om hyggesbränning kan eliminera risken för oönskad spontan föryngring av contortatall. Min hypotes är att hyggesbränning ger tillräckligt lång flamexponering för att kunna döda fröna i de serotina kottarna, i motsats till situationen vid en kronbrand.
En avverkningsyta med hyggesrester av tall fick utgöra substitut för ett avverkat contortabestånd. Grenar av contortatall med kottar på placerades ut på olika stora högar, varefter hygget brändes. Vidare gjordes ett experiment där kottar exponerades för eld under olika lång tid. I några fall mättes även temperaturen inne i kottar under flamexponering, med hjälp av termoelement.
De olika stora högarna med hyggesrester skildes åt i bränningstid med att de större brann längre (9-12 minuter) och mosskiktet utan hyggesrester brann kortast tid (50 sekunder). Hyggesbränningen resulterade i närapå fullständig mortalitet för contortatallens frön (3 av 3154 grodde; alla från en kotte). För obehandlade kottar grodde 44 procent av de fyllda fröna. Det var ingen markant skillnad på groningsprocenten mellan olika åldrar på kottarna (upp till sju år). Det fanns dock en svag tendens till lägre vitalitet hos de äldre kottarna.
I det kontrollerade försöket dog fröna efter att kottarna exponerats över 60 sekunder i eldflammor. Vid så lång exponerig utsattes fröna i kottarnas centrum för temperaturer över 50C under omkring sex minuter och den högsta uppnådda temperaturen var strax under 100C, vilket kan antas vara tröskelvärdet för när frön i contortakottar dör.
Resultaten av studien visade att en hyggesbränning ger tillräckligt lång exponeringstid för att fröna i kottarna ska dödas och hyggesbränning kan därför vara en säker metod om man vill eliminera risken för spontan självföryngring av contortatall, efter att bestånden avverkats.