Do seed and germination traits determine plant distribution patterns in riparian landscapes?

Abstract

This study tested several seed, germination and seedling traits in 20 floodplain pioneer species for their ability to discriminate two groups of species differentiated by their distribution patterns in floodplain landscapes. The ten species of the first group are restricted to semi-terrestrial habitats with high river–floodplain connectivity, such as river margins and permanently connected side arms. The second group is characterised by having no connectivity preferences or by occurring mainly in isolated habitats in front of and behind the dykes. The traits under consideration were seed properties such as size, weight and seed buoyancy and germination properties including germination ability under water in light and darkness, in and on sediments with respect to different moisture conditions as well as under different pH conditions. Furthermore, the ability of seedlings germinated under water to take root on the soil surface was tested for all species. The results of generalised linear modelling (GLM) identified several traits as significantly different among the groups. The pattern of a principal components analysis (PCA) of all species traits revealed that both groups are distinctively separated from each other, implying that the considered traits can explain the distribution pattern of the groups. Responsible for group differentiation are the seed traits as well as the germination ability under water and on soil surface. The study revealed that species restricted to highly connected habitats have distinctive seed and germination properties, which enable them to cope with severe disturbances and unpredictable conditions. Es wurden verschiedene Samen-, Keimungs- und Keimlingseigenschaften von 20 Pionierarten untersucht, die sich im Hinblick auf ihr Verbreitungsmuster in Auenlandschaften in zwei Gruppen einteilen lassen. Die Arten der ersten Gruppe sind auf Standorte beschränkt, die permanent mit dem Fluss verbunden sind, d.h. eine hohe Konnektivität aufweisen, wie Flussufer und permanent angebundene Altarme. Die zweite Gruppe zeichnet sich durch Arten aus, die entweder Standorte mit geringer Konnektivität wie isolierte Altwässer vor und hinter Deichen besiedeln oder aber entlang des gesamten Konnektivitätsgradienten vorkommen. Die Frage ist, ob sich die Arten der beiden Gruppen bezüglich ihrer Arteigenschaften unterscheiden und ob die Eigenschaften das Vorkommensmuster erklären können. Untersucht wurden Samengröße und -gewicht, Schwimmfähigkeit, Keimungsfähigkeit unter Wasser in Licht und Dunkelheit sowie die Keimungsfähigkeit in und auf der Erde unter verschiedenen Feuchtebedingungen sowie in Bezug zu verschiedenen pH-Milieus. Ferner wurde die Fähigkeit von im Wasser entwickelten Keimlingen untersucht, sich auf der Bodenoberfläche zu etablieren. GLM-Analysen entdeckten signifikante Unterschiede in verschiedenen Arteigenschaften zwischen den Gruppen. Das Muster einer PCA mit allen Arteigenschaften zeigte eine gute Trennung der beiden Artengruppen. Im Wesentlichen sind die Sameneigenschaften sowie die Keimungsfähigkeit im Wasser und auf der Erdoberfläche verantwortlich für die Gruppenunterscheidung. Die Untersuchung zeigt, dass Arten von Standorten hoher Konnektivität charakteristische Samen- und Keimungseigenschaften besitzen, die ihnen ermöglichen, mit intensiven und stochastischen Störungsereignissen zurecht zu kommen.