Annual plant–shrub interactions along an aridity gradient

SummaryAnnual plants in semi-arid and arid areas are often closely associated with shrubs. The degree of association largely depends on the balance of negative and positive effects between these contrasting plant life-forms, ranging from interference to facilitation. Since positive interactions are predicted to become less important with increasing rainfall, the interaction balance is expected to shift along aridity gradients. However, this prediction has not been tested on a community level and for different life-history stages across large geographical gradients. Here, we show such changes for annual plant populations and communities in four contrasting sites along a steep climatic gradient, ranging from the arid desert to mesic Mediterranean regions in Israel. Above-ground productivity, richness, seedling density, and seed bank density of the annual plant community, as well as fecundity of annual plant populations, were generally higher under shrubs than in areas between shrubs at the arid end of the gradient, but significantly lower at the humid end. Net effects of shrubs on annuals expressed as relative interaction intensity indicated a steady and consistent shift from net positive or neutral effects in the desert to net negative effects in the mesic part of the gradient. These findings emphasize the usefulness of studies along large-scale gradients encompassing a wide range of environmental conditions for understanding community level interactions among coexisting species.

ZusammenfassungAnnuelle Pflanzen in semiariden und ariden Gebieten sind häufig eng mit Sträuchern assoziiert. Das Ausmaß dieser Assoziation hängt in hohem Maße von der Balance zwischen negativen und positiven Interaktionen ab. Da die Bedeutung von positiven Interaktionen im allgemeinen mit steigendem Niederschlag abnimmt, sollte sich die Balance zwischen den beiden Interaktionstypen entlang von Ariditätsgradienten verschieben. Diese Vorhersage ist jedoch nicht auf einer Gemeinschaftsebene, für verschiedene Lebensstadien und für ausgedehnte geographische Gradienten getestet worden. Hier zeigen wir solche Veränderungen für Pflanzenpopulationen und -gemeinschaften in vier sehr stark unterschiedlichen Untersuchungsgebieten entlang eines steilen Klimagradienten in Israel. Oberirdische Produktivität, Artenreichtum, Keimlingsdichte, Dichte in der Samenbank, sowie Fekundität von annuellen Populationen waren generell höher unter Sträuchern als zwischen Sträuchern am ariden Ende des Gradienten, jedoch signifikant niedriger unter feucht-mediterranen Bedingungen. Nettoeffekte der Sträucher auf Annuelle, basierend auf allen gemessenen Parametern, deuteten auf eine stetige und konsistente Verschiebung von insgesamt positiven oder neutralen Effekten in der Wüste zu insgesamt negativen Effekten in den humiden Bereichen des Gradienten hin. Diese Ergebnisse zeigen deutlich die Nützlichkeit von Untersuchungen entlang von großskaligen Gradienten mit sehr verschiedenen Umweltbedingungen für ein Verständnis der Interaktionen zwischen koexistierenden Arten.