Response of Grass Seedlings to Smoke-Water and Smoke-Derived Butenolide in the Absence of Macronutrients (Nitrogen, Phosphorus, and Potassium)

Abstract

Compositional transformation of South African semiarid grasslands and savannas owing to changes in soil nutrient status and fire-linked attributes is often reported. However, mechanisms of change are not fully understood. Currently, plant-derived smoke has attracted much attention as a fire-related cue responsible for stimulating germination and seedling growth. However, there is very little documentation on how these fire-linked factors, such as smoke, and soil macronutrients, such as nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K), interact to effect seedling growth of grasses. In this study, smoke-responsive (Themedatriandra) and less smoke-responsive species (Eragrostis curvula and Panicum maximum) were tested with different concentrations and combinations of smoke-water and smoke-isolated butenolide with or without added N, P, or K under greenhouse conditions. In the absence of N, P, or K, smoke-water and butenolide treatments enhanced a number of seedling growth parameters of T. triandra. In contrast, exclusion of N from the nutrient solution significantly reduced shoot length, seedling weight, root volume, and vigor index of E. curvula at all tested concentrations of smoke-water and butenolide solutions compared to the control. In the presence of N, P, and K, smoke-water and butenolide suppressed seedling growth of P. maximum, whereas the absence of one of these macronutrients had a small promotory effect on some parameters. This study may assist in understanding the postfire seedling dynamics of grasses./La transformación de la composición de los pastizales y sabanas de la zona semiárida de Sud-África debido a cambios en el estado de nutrientes del suelo y atributos vinculados con el fuego, son reportados frecuentemente. Sin embargo, no se comprende plenamente los mecanismos de este cambio. Actualmente, el humo derivado de plantas ha atraído mucho la atención como un factor relacionado con el fuego siendo este responsable de estimular el crecimiento y germinación de las plántulas. Sin embargo, hay poca documentación en cómo estos factores relacionados con el fuego, tales como humo, y los macro-nutrientes del suelo, como el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K) interactúan afectando el crecimiento de las plántulas de las gramíneas. En este estudio, especies como (Themeda triandra) que responde al humo y especies con una respuesta menor al humo como (Eragrostis curvula y Panicum maximum) se probaron con diferentes concentraciones y combinaciones de agua-humo y humo con butenolide con o sin N, P, o K bajo condiciones de invernadero. En la ausencia de N, P, o K los tratamiento sde agua-humo y butenolide mejoran un gran número de parámetros del crecimiento de las plántulas de T. triandra. En cambio, la exclusión del N de la solución de nutrientes redujo significativamente la longitud del tallo, peso de la plántula, volumen de la raíz y el índice de vigor de E. curvula en todas las concentraciones probadas de las soluciones de agua-humo y butenolide comparadas con el control. En presencia de N, P y K, el humo-agua y el butenolide suprimieron el crecimiento de las plántulas de P. maximum, mientras que la ausencia de uno de estos macro-nutrientes tiene un pequeño efecto promotor en algunos parámetros. Este estudio puede ayudar al entendimiento de la dinámica de las plántulas después del fuego en las gramíneas.