Nonconstituent species in soil seed banks as indicators of anthropogenic disturbance in forest fragments


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Abstract

Forest fragmentation is prevalent in regions with high human population density, but also with high biological diversity, such as southwestern China. Predicting potential changes in species composition in native forest ecosystems resulting from forest fragmentation is an important approach in assessing forest ecosystems and sustainable management of forests. The term nonconstituent species is proposed for plant species that occur in a natural landscape but are not native to it. We hypothesized that fragmentation of continuous forests significantly increases both the richness and the size of soil seed banks of nonconstituent species. To test our hypothesis we compared soil seed banks in three small fragments and one large tract of subtropical evergreen broad-leaved forest in Yunnan Province, southwestern China. In total, 249 species were identified in all soil samples from the four sites. Nonconstituent species represented 36.4%–61.5% of the total taxa and 33.8%–59.6% of total germinants from soil samples in the three forest fragments, but only 3.7%–7.9% of total taxa and 7.5%–9.4% of total germinants from soil samples in the continuous forest tract. Both richness and size of soil seed banks of nonconstituent species were greater under forest fragments than under continuous forest. A majority of nonconstituent species were native weeds and annual herbs with wind-dispersed seeds; most were present in soil seed banks but not in aboveground vegetation. We suggest that nonconstituent species in soil seed banks could be used as an indicator species group for assessing human disturbance. If so, the richness and size of soil seed banks of nonconstituent species could play an important role in quantifying disturbance in forests.RésuméLa fragmentation de la forêt est courante dans les régions à forte densité de population humaine, telles que le sud-ouest de la Chine où il y a une grande diversité biologique. Dans l'évaluation des écosystèmes forestiers et dans le contexte de l'aménagement durable des forêts, il est important d'anticiper les changements que la fragmentation de la forêt pourrait entraîner dans la composition en espèces des écosystèmes forestiers indigènes. L'expression “ espèce non constituante ” est proposée pour désigner les espèces de plantes qui se retrouvent dans un paysage naturel mais qui ne sont pas originaires de cet endroit. Nous avons fait l'hypothèse que la fragmentation des forêts continues devrait significativement augmenter tant la richesse que la taille des banques de graines des espèces non constituantes présentes dans le sol. Pour tester notre hypothèse, nous avons comparé les banques de graines de trois petits fragments et d'une grande étendue de forêt subtropicale de feuillus à feuillage persistant dans la Province de Yunnan, dans le sud-ouest de la Chine. Au total, 249 espèces ont été identifiées dans les échantillons de sol provenant de quatre stations. Les espèces non constituantes représentaient 36,4% à 61,5% de tous les taxons et 33,8% à 59,6% de toutes les graines qui germaient dans les échantillons de sol provenant des trois fragments de forêt, mais seulement 3,7% à 7,9% de tous les taxons et 7,5% à 9,4% des graines qui germaient dans la zone de la forêt continue. Tant la richesse que la taille des banques de graines des espèces non constituantes étaient plus grandes dans les fragments de forêt que dans la forêt continue. La majorité des espèces non constituantes étaient des mauvaises herbes et des herbacées annuelles indigènes dont les graines sont dispersées par le vent; la plupart étaient présentes dans les banques de graines hypogées mais non dans la végétation épigée. Nous croyons que les espèces non constituantes présentes dans les banques de graines dans le sol pourraient servir de groupes d'espèces indicatrices pour évaluer la perturbation d'origine humaine. Dans ce cas, la richesse et la taille des banques de graines présentes dans le sol pourraient jouer un rôle important pour quantifier la perturbation dans les forêts.[Traduit par la Rédaction]

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