Seed banks of an Arizona Pinus ponderosa landscape: responses to environmental gradients and fire cues

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Abstract:

We measured soil seed banks in 102 plots within a 110000 ha Arizona Pinus ponderosa landscape, determined seed-bank responses to fire cues and tree canopy types (open or densely treed patches), compared seed-bank composition among ecosystem types, and assessed the utility of seed banks for ecological restoration. Liquid smoke was associated with increased community-level emergence from seed banks in greenhouse experiments, whereas heating to 100°C had minimal effect and charred P. ponderosa wood decreased emergence. We detected 103 species in seed-bank samples and 280 species in aboveground vegetation. Erigeron divergens was the commonest seed-bank species; with the exception of Gnaphalium exilifolium, species detected in seed banks also occurred above ground. Although a dry, sandy-textured black-cinder ecosystem exhibited the greatest seed density, seed-bank composition was more ecosystem-specific than was seed density. Native graminoids (e.g., Carex geophila and Muhlenbergia montana) were common in seed banks, whereas perennial forbs were sparse, particularly under dense tree canopies. Our results suggest that (i) smoke may increase emergence from seed banks in these forests, (ii) seed banks can assist establishment of major graminoids but not forbs during ecological restoration, and (iii) seed-bank composition is partly ecosystem-specific across the landscape.

Nous avons mesuré les banques de graines dans le sol de 102 parcelles établies dans un paysage de 110000 ha dominé par le Pinus ponderosa en Arizona, déterminé la réponse des banques de graines aux incendies et aux types de canopées (îlots avec couvert dense ou ouvert), comparé la composition des banques de graines entre les types d’écosystèmes et estimé l’utilité des banques de graines pour la restauration écologique. Dans les expériences en serre, la fumée liquide favorisait l’émergence des graines à l’échelle de la communauté, alors qu’une température de 100 °C avait un effet minimal et que le bois carbonisé de P. ponderosa réduisait l’émergence des graines. Nous avons détecté 103 espèces dans les banques de graines et 280 espèces parmi la végétation. Erigeron divergens était l’espèce la plus fréquente dans les banques de graines et, à l’exception de Gnaphalium exilifolium, les espèces détectées dans les banques de graines étaient aussi présentes parmi la végétation. Bien que la plus forte densité de graines ait été associée à un écosystème dont le sol était sec, sablonneux et avait la texture des cendres noires, la composition des banques de graines était plus spécifique à l’écosystème que ne l’était la densité de graines. Les plantes herbacées graminoïdes indigènes (p. ex., Carex geophila et Muhlenbergia montana) étaient communes dans les banques de graines alors que les plantes herbacées non graminoïdes vivaces étaient rares, particulièrement sous des canopées arborées denses. Nous résultats indiquent que (i) la fumée peut augmenter l’émergence à partir des banques de graines dans ces forêts, (ii) les banques de graines peuvent contribuer à l’établissement des principales plantes herbacées graminoïdes mais pas des plantes herbacées non graminoïdes vivaces durant la restauration écologique et (iii) la composition des banques de graines est partiellement spécifique à l’écosystème à l’échelle du paysage.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2007

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