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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-149952
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 19 January 2011 |
| Referee: | Dr. Jon Marshall and Prof. Dr. Karl-Georg Bernhardt and Prof. Dr. Peter Poschlod |
| Date of exam: | 14 September 2009 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | soil seed bank, segetal, dispersal in time, agriculture, cereal weeds, germination, gap detection, diurnally fluctuating temperatures, diversity, Mediterranean |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 580 Botanical sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 14995 |
Abstract (English)
The continuing industrialisation of agriculture leads to important changes in composition and decrease of plant diversity in European agro-ecosystems. Remnants of traditional agriculture conserved many but declining rare cereal weeds in South Eastern France. Conservation efforts for them are hampered by the little evidence on which differences in their biology are related to population ...
Abstract (English)
The continuing industrialisation of agriculture leads to important changes in composition and decrease of plant diversity in European agro-ecosystems. Remnants of traditional agriculture conserved many but declining rare cereal weeds in South Eastern France. Conservation efforts for them are hampered by the little evidence on which differences in their biology are related to population persistence, abundance and rarity among species. Data on longevity of seeds in the soil, an important factor for annual plant population dynamics, can help to prioritise conservation efforts. The main aim of the present thesis was therefore to study the relations between long-term population persistence, abundance and rarity together with life history, physiologic and seed traits in order to identify species most at risk. We studied annual plants -simple and rapidly reacting- in arable fields -an environment with rapid and drastic changes.
First, we analysed plant α- and β-diversity in vineyards at different spatial scales, using additive diversity partitioning. We identified habitat types, intensity of agriculture, landscape type and land use history as main determinants for plant diversity and maintenance of species of conservation interest. Nearly all target species are known to be cereal weeds; we therefore restricted the study on rare and common relatives of annual cereal weeds for the remainder of the study.
Soil seed banks are known to be an important life stage in annual plants for population dynamics. Therefore, we did a comparative seed burial experiment with 38 species to study soil seed survival and levels of dormancy. The striking differences with previous data motivated us to re-evaluated current methods. This showed that the soil seed bank persistence estimates from seedling emergence method and derived seed longevity index (L.I.) are correlated to seed production but not to soil seed mortality.
Third, we re-analysed soil seed survival with data from germination experiments. Light requirement, degree of dormancy, reaction to diurnally fluctuating temperatures and seed size were related to survival of seeds in the soil giving insights into how long-lived species can stay ungerminated while buried.
Fourth, we compared data on soil seed survival, degree of dormancy, seed size and number, specific leaf area, leaf dry matter content and pollen:ovule ratio (P/O) to data on local population extinction and turnover from 1983 to 2005 and 2006, in an approach using phylogenetically independent contrasts (PICs). This revealed that soil seed survival was a major correlate of extinction on the long time step and that this could not be explained by directional changes in edaphic factors.
Finally, we studied two axes of rarity, local population size and regional frequency of populations and their relation to biological and life history traits. This yielded few results consistent among different dates. An exception was soil seed survival; probably in relation with increased effective population size. Both analyses -on rarity and on regression- emphasised also the role of P/O –a monitor for gene exchange via pollen- for rarity and regression of annual cereal weeds.
In conclusion, species with high soil seed mortality and low P/O are most at risk of local extinction and should be considered in conservation efforts. The germination ecology together with the soil seed survival indicated that temporal variability and unfavourable years can trigger annual cereal weed diversity through storage effect. However, there are striking differences between species. For the most regressing species seed dispersal via uncleaned seed material is necessary to conserve them at the long run in rapidly changing agro-ecosystems.
Translation of the abstract (German)
Die Industrialisierung der Landwirtschaft führt zu kontinuierlichen Veränderungen in der floristischen Diversität und Zusammensetzung Europäischer Agroökosysteme. Im Südosten Frankreichs erhalten die Reste traditioneller Landwirtschaft viele der sehr selten gewordenen Segetalarten, obwohl auch hier ein starker Rückgang zu beobachten ist. Für den Schutz dieser Arten mangelt es an detailliertem ...
Translation of the abstract (German)
Die Industrialisierung der Landwirtschaft führt zu kontinuierlichen Veränderungen in der floristischen Diversität und Zusammensetzung Europäischer Agroökosysteme. Im Südosten Frankreichs erhalten die Reste traditioneller Landwirtschaft viele der sehr selten gewordenen Segetalarten, obwohl auch hier ein starker Rückgang zu beobachten ist. Für den Schutz dieser Arten mangelt es an detailliertem Wissen über die biologischen Gründe für die großen Unterschiede in Populationspersistenz, Abundanz und Seltenheit dieser Arten. Daten zur Langlebigkeit der Diasporen im Boden –ein wichtiger Faktor für die Populationsdynamik einjähriger Pflanzen- kann helfen, Schutzbemühungen sinnvoll zu orientieren. Gegenstand dieser Dissertation ist es daher, die Bezüge von langzeitlicher Populationsdynamik, Abundanz und Seltenheit zu Lebenszyklus-, Samen- und physiologischen Charakterzügen dieser Arten zu untersuchen, auch um Unterschiede in der Gefährdung der Arten herauszustellen. Wir untersuchten explizit einjährige Pflanzen wegen ihres Einfachheit und schnellen Reaktion auf Veränderungen und Agroökosysteme wegen deren starken und schnellen Veränderungen.
Zuerst untersuchten wir α- und β-Diversität auf verschiedenen räumlichen Skalen in einer Weinbaulandschaft und konnten Habitattypen, Landbauintensität, Landschaftstyp und frühere Bewirtschaftung als wichtige Einflussfaktoren für pflanzliche Diversität und das Vorkommen von Zielarten herausstellen. Da nahezu alle für den Naturschutz bedeutsamen Pflanzen der Segetalflora angehören, beschlossen wir im Weiteren, nur seltene und nah verwandte häufige Segetalarten zu betrachten.
Die Bodensamenbank ist eine wichtige Phase im Lebenszyklus einjähriger Pflanzen. Daher untersuchten wir gezielt die Samenmortalität und Dormanz an 38 Arten in einem vergleichenden Vergrabungsexperiment. Die auffälligen Unterschiede zu anderen Studien ermutigte uns, bisherige Methoden neu zu evaluieren. Dies zeigte, dass Schätzwerte der Langlebigkeit in der Bodensamenbank, die auf der Sämlingsauflaufmethode und dem davon abgeleiteten Langlebigkeitsindex beruhen, mit der Samenproduktion, aber nicht mit der Samenmortalität im Boden zu korrelieren sind.
Die Samenmortalität im Boden wurde danach zusammen mit Daten zur Keimungsökologie untersucht. Lichtkeimung, Dormanz, Reaktion auf täglich fluktuierende Temperaturen und Samengröße hatten alle einen Einfluss auf die Samensterblichleit im Boden. Diese Faktoren erklären, wie langlebige Samen Keimung im Boden steuern können.
In einem weiteren Ansatz verglichen wir Daten zu Samenmortalität, Dormanz, Samengröße, und -produktion, spezifischer Blattfläche, Blatttrockenmassengehalt und dem Pollen/Ovulen-Verhältnis mit lokalem Populationserlöschen und Populationsturnover zwischen 1983 und 2005/2006. Dazu nutzten wir auch phylogenetisch unabhängige Kontraste. Samenmortalität im Boden stellte sich als einer der wichtigen Faktoren für lokales Aussterben auf lange Sicht heraus, dies konnte nicht mit gerichteten Veränderungen in edaphischen Faktoren erklärt werden.
Zuletzt untersuchten wir zwei Aspekte der Seltenheit, lokale Abundanz und regionale Frequenz von Populationen und deren Bezüge zu funktionellen und Lebenszyklusmerkmalen. Nur wenige Bezüge waren unabhängig vom Beobachtungszeitpunkt, darunter Samenmortalität im Boden, ein Faktor, der möglicherweise durch effektive Populationsgröße wirkt. Beides, der Rückgang sowie die Seltenheit von Populationen zeigten enge Korrelation zum P/O-Verhältnis, das als ein Indikator des Genaustausches über Pollen gelten kann.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Arten mit hoher Bodensamenmortalität und niedrigem P/O-Verhältnis besonders gefährdet sind und bei Naturschutzmaßnahmen besonders berücksichtigt werden sollten. Keimungsökologie und Bodensamenbankexperiment zeigten zudem, dass zeitliche Variabilität und „schlechte“ Jahre zur Diversität von Segetalpflanzen durch die Wirkung des „storage effects“ beitragen können. Es gab allerdings große zwischenartliche Unterschiede. Um viele der stark zurückgehenden Arten dauerhaft im Freiland erhalten zu können, ist die Nutzung von ungesäubertem Saatgut unumgänglich.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:15
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