Soil seed bank in a subtropical grassland under different grazing intensities

Grazing is an important determinant for the composition and structure of grasslands; however, soil seed bank (SSB) response to grazing intensity is poorly investigated. We analyzed SSB richness and density in a subtropical grassland in southern Brazil with different forage offers (low, intermediate, high and very high), that is, contrasting grazing intensities. The SSB was evaluated by the seedling emergence method. We collected ten SSB samples at two layers (0–5 and 5–10 cm) in spring and autumn in each of grazing intensity treatments. We surveyed the established vegetation to assess its similarity with the SSB. Treatment effects were analyzed by Poisson regression while compositional differences were visualized by ordination. We found 103 species in the SSB, of which 71 were also found in established vegetation. We found a positive correlation between SSB density and grazing intensity. High grazing intensity influences patterns of composition and dominance in the SSB, while no strong differences were found among the other treatments. The SSB was characterized by low participation of dominant grasses in the vegetation and the dominance of ruderal species, indicating that recovery from the SSB after total removal of vegetation (severe disturbance) may be limited in grasslands in the region

Efeito de diferentes intensidades de pastejo ao banco de sementes do solo em campos no sul do Brasil

Os ecossistemas campestres co-evoluíram com distúrbios como a herbivoria e o fogo. Assim, estes fatores são importantes no surgimento e manutenção de características da comunidade, podendo modificar os processos de sucessão. Em áreas perturbadas, as sementes que persistem no solo participam da regeneração natural. Diante da alta taxa de conversão dos campos nativos no sul do Brasil em áreas de uso intensivo (lavoura ou plantios de espécies arbóreas), bem como do manejo pastoril com alta pressão animal, aumenta o interesse em estudos relacionados ao banco de sementes do solo (BSS), buscando compreender a sua função nas comunidades vegetais e na regeneração de áreas degradadas. O conhecimento já existente sobre BSS em biomas campestres do hemisfério sul ainda é incipiente. Grande parte dos trabalhos feitos em campos sul-americanos compararam o BSS entre áreas de vegetação pastejadas e áreas abandonadas, sendo poucos os que utilizaram diferentes intensidades de pastejo, apesar de efeitos claros de diferentes intensidades de pastejo sobre a composição e estrutura da vegetação. Em vista disto, foi avaliado, neste trabalho, o BSS em um experimento em campo submetido a diferentes intensidades de pastejo, em duas estações (primavera e outono), utilizando o método de emergência de plântulas. Também foi feito o levantamento da vegetação estabelecida para avaliar a similaridade com o BSS. Em total, foram encontradas 103 espécies no BSS e 162 na vegetação estabelecida. No BSS, a porcentagem de espécies de caráter ruderal foi alta. Diferenças significativas em termos de densidade e riqueza do BSS foram encontradas somente entre o tratamento com maior intensidade de pastejo e os demais. De forma geral, a semelhança entre o BSS e a vegetação estabelecida foi baixa. Assim, estes resultados indicam que o BSS tem um papel limitado na recuperação da vegetação campestre típica após distúrbios mais severos e que, aparentemente, a intensidade do manejo não tem um impacto muito grande para o BSS. Apesar disso, o BSS é importante pelo armazenamento das características naturais dos ambientes, agregando funções à regeneração da comunidade vegetal.Grassland ecosystems co-evolved with disturbances such as fire and herbivory, and these factors are important for emergence and maintenance of community features areas. After disturbances, the seeds that persist in the soil contribute to regeneration processes. However, increasing conversion of natural grasslands into areas of intensive use (agriculture and exotic tree plantations), as well as overgrazing make the study of the regeneration of grassland vegetation after these severe disturbances an important research topic. Our knowledge on the role of the soil seed bank (SSB) in grassland biomes in the southern hemisphere still is incipient. The majority of studies realized in South American grassland compared the SSB between grazed and abandoned areas, and few consider different intensities of grazing, despite clear effects of different grazing intensities on vegetation composition and structure. In view of this, in this study, the SSB was evaluated in a grassland experiment under different intensities of grazing in two seasons (spring and autumn), using the seedling emergence method. In spring, a survey of the established vegetation was conducted to evaluate the similarity with the SSB. In total, we found 103 species in the SSB and 162 in established vegetation. The SSB was mostly composed of ruderal species. Grass species dominant in aboveground vegetation were largely absent in the SSB. Significant differences regarding SSB richness and density were only found between the treatment with higher intensity of grazing and the others, and overall composition did not differ among treatments. In general, the similarity between the SSB and established vegetation was low. Our results indicate that the SSB has a limited role in the recovery of natural grassland vegetation after more severe disturbances. Apparently, the intensity of management does not have a very large impact on the SSB or on the similarity between SSB and established vegetation. Nevertheless, the SSB is important for storage the natural characteristics of environments, adding functions to the regeneration of the plant community

Strategies and mechanisms involved in the maintenance and regeneration dynamics of grassland vegetation

Diversos modelos teorizam a importância de considerar as variações espaciais e temporais para a análise da coexistência de espécies. Entretanto, quais são os fatores, mecanismos e processos responsáveis pela manutenção dessa riqueza? Em busca destas respostas, buscamos aprimorar a compreensão das estratégias e mecanismos relacionados à manutenção e regeneração da vegetação campestre, como: a dispersão ou chuva de sementes (provenientes da comunidade local e de áreas adjacentes), o banco de sementes do solo e transferência de sementes por ação antropogênica. A disponibilidade de propágulos é um dos principais fatores determinantes na montagem da comunidade vegetal. Muitas espécies com um banco de sementes do solo transitório dependem do suprimento constante de sementes dispersas para a regeneração de suas populações quando desaparecem da vegetação estabelecida. A endozoocoria pelo gado pode ser uma importante fonte de sementes nativas campestres, principalmente gramíneas, além de auxiliar na dispersão a longas distâncias e favorecer a germinação das sementes através da passagem pelo sistema digestório do animal e fornecimento de matéria orgânica. Quando os processos naturais não fornecem sementes suficientes para a recuperação das pastagens após a degradação, transporte de feno contendo sementes pode ser uma opção para superar a limitação de sementes na restauração ecológica. No entanto, sua aplicação requer o conhecimento acerca da floração e frutificação das espécies campestres para a coleta do feno com sementes maduras para transferência. Por fim, um melhor entendimento de parte das sementes que realmente entra no solo, para recrutamento direto ou para o banco de sementes do solo, também é um fator importante. Nesta tese, investigamos detalhadamente estes processos, tendo como base experimentos e levantamentos da vegetação, em campos subtropicais sob diferentes regimes de pastejo, incluindo exclusão de pastagem. Nos três estudos apresentados nos capítulos a seguir, nós observamos que a floração, a frutificação e a dispersão de sementes ocorrem, em nosso sistema de estudo, ao longo do ano inteiro, embora com uma clara variação na composição de espécies (em termos taxonômicos e funcionais), em resposta à sazonalidade do clima e ao manejo da vegetação. Os resultados deste estudo contribuem para o entendimento da dinâmica da vegetação, podendo ser aplicados no manejo e restauração de pastagens.Several models contribute to our understanding of the importance of spatial and temporal variations in the analysis of species coexistence. However, what are the factors, mechanisms and processes responsible for maintaining the species richness of plant communities? In search of these answers, we aim to improve the understanding of the strategies and mechanisms related to the maintenance and regeneration of grassland vegetation, such as dispersal or seed rain (from the local community and adjacent areas) and by human-induced seed transfer. The availability of propagules is one of the driving factors for the establishment of the plant community. Many species with transient seed bank depend on the constant supply of dispersed seeds for the regeneration of their populations when they disappear from established vegetation. Endozoochory by cattle can be an important source of native grasslands seeds, mainly of grasses, in addition to assist in the dispersion over long distances and favor the germination of the seeds through the passage through the digestive system of the animal and through the supply of organic matter. Where natural processes do not bring sufficient seed for recovery of grasslands after degradation, the input of hay containing seeds may be an option for overcoming seed limitation in ecological restoration. However, its application requiring knowledge about flowering and fruiting of grassland species so that mature seed material will be transferred. Finally, a better understanding of that part of seeds that actually enters the soil, for direct recruitment or for the soil seed bank is also an important factor. In this thesis we investigate these processes in detail, based on experiments and observational surveys, in subtropical grasslands under different grazing regimes, including grazing exclusion. In three studies presented in the following chapters, we observed that flowering, fruiting and seed dispersal occur, in our study system, throughout the entire year, although with a clear variation in species composition (in taxonomic and functional terms) in response to seasonality of climate and vegetation management. The results of the study contribute to the understanding of vegetation dynamics, and can be applied in grassland management and restoration

Efeito de diferentes intensidades de pastejo ao banco de sementes do solo em campos no sul do Brasil

Os ecossistemas campestres co-evoluíram com distúrbios como a herbivoria e o fogo. Assim, estes fatores são importantes no surgimento e manutenção de características da comunidade, podendo modificar os processos de sucessão. Em áreas perturbadas, as sementes que persistem no solo participam da regeneração natural. Diante da alta taxa de conversão dos campos nativos no sul do Brasil em áreas de uso intensivo (lavoura ou plantios de espécies arbóreas), bem como do manejo pastoril com alta pressão animal, aumenta o interesse em estudos relacionados ao banco de sementes do solo (BSS), buscando compreender a sua função nas comunidades vegetais e na regeneração de áreas degradadas. O conhecimento já existente sobre BSS em biomas campestres do hemisfério sul ainda é incipiente. Grande parte dos trabalhos feitos em campos sul-americanos compararam o BSS entre áreas de vegetação pastejadas e áreas abandonadas, sendo poucos os que utilizaram diferentes intensidades de pastejo, apesar de efeitos claros de diferentes intensidades de pastejo sobre a composição e estrutura da vegetação. Em vista disto, foi avaliado, neste trabalho, o BSS em um experimento em campo submetido a diferentes intensidades de pastejo, em duas estações (primavera e outono), utilizando o método de emergência de plântulas. Também foi feito o levantamento da vegetação estabelecida para avaliar a similaridade com o BSS. Em total, foram encontradas 103 espécies no BSS e 162 na vegetação estabelecida. No BSS, a porcentagem de espécies de caráter ruderal foi alta. Diferenças significativas em termos de densidade e riqueza do BSS foram encontradas somente entre o tratamento com maior intensidade de pastejo e os demais. De forma geral, a semelhança entre o BSS e a vegetação estabelecida foi baixa. Assim, estes resultados indicam que o BSS tem um papel limitado na recuperação da vegetação campestre típica após distúrbios mais severos e que, aparentemente, a intensidade do manejo não tem um impacto muito grande para o BSS. Apesar disso, o BSS é importante pelo armazenamento das características naturais dos ambientes, agregando funções à regeneração da comunidade vegetal.Grassland ecosystems co-evolved with disturbances such as fire and herbivory, and these factors are important for emergence and maintenance of community features areas. After disturbances, the seeds that persist in the soil contribute to regeneration processes. However, increasing conversion of natural grasslands into areas of intensive use (agriculture and exotic tree plantations), as well as overgrazing make the study of the regeneration of grassland vegetation after these severe disturbances an important research topic. Our knowledge on the role of the soil seed bank (SSB) in grassland biomes in the southern hemisphere still is incipient. The majority of studies realized in South American grassland compared the SSB between grazed and abandoned areas, and few consider different intensities of grazing, despite clear effects of different grazing intensities on vegetation composition and structure. In view of this, in this study, the SSB was evaluated in a grassland experiment under different intensities of grazing in two seasons (spring and autumn), using the seedling emergence method. In spring, a survey of the established vegetation was conducted to evaluate the similarity with the SSB. In total, we found 103 species in the SSB and 162 in established vegetation. The SSB was mostly composed of ruderal species. Grass species dominant in aboveground vegetation were largely absent in the SSB. Significant differences regarding SSB richness and density were only found between the treatment with higher intensity of grazing and the others, and overall composition did not differ among treatments. In general, the similarity between the SSB and established vegetation was low. Our results indicate that the SSB has a limited role in the recovery of natural grassland vegetation after more severe disturbances. Apparently, the intensity of management does not have a very large impact on the SSB or on the similarity between SSB and established vegetation. Nevertheless, the SSB is important for storage the natural characteristics of environments, adding functions to the regeneration of the plant community

Reference values and drivers of diversity for South Brazilian grassland plant communities

The South Brazilian grasslands (Campos Sulinos) form the dominant vegetation in southern Brazil. They are species-rich ecosystems that occur under distinct geomorphological and climatic conditions but spatial variation of plant species diversity remains understudied. Here, we present a detailed description of plant communities across the region. Our data were obtained in 1080 plots, representing well-preserved grasslands in different ecological systems. Apart from describing alpha and beta diversity, we investigated the relations of plant communities with environmental features. We identified 759 plant species and found clear differences in community composition across the region. Northern and Southern highland grasslands, humid and dry coastal grasslands and the mesic Pampa grassland were clearly distinct, related to climatic and edaphic features. While species abundance distribution was markedly uneven, local species richness was high, above 20 species/m2, especially in the highlands and in mesic Pampa sites, on shallow soils. The predominant component of beta diversity was species turnover, which suggests that a network of well-conserved grasslands distributed across the region would be the best strategy to protect plant diversity. Our results establish regionalized reference values for richness and diversity that can be useful for initiatives of restoration and conservation of these grasslands