Linking stochasticity to determinism of woody plant recruitment in a mosaic landscape: A spatially explicit approach

Here, we investigate small-scale spatial variation of environmental factors potentially influencing woody-plant establishment for 3 years (2004, 2005 and 2006) along a heterogeneous landscape. Environmental variables of over 2883 potential microsites were sampled in different landscape units with a spatially explicit design, and seeds of four tree species were sown at the different microsites. We used spatial-analysis techniques to quantify spatial heterogeneity of the environment surrounding the seeds, and to relate seedling and sapling survival to the spatial structure of environmental factors studied. Most environmental variables showed aggregated spatial patterns among landscape units. However, survival showed random spatial patterns in most of the cases, although it may depend on year-to-year variation of precipitation. Thus, spatial patterns of survival were random under both wet and dry conditions, while aggregated patterns emerged under intermediate conditions. Aggregated survival, if detected, was better explained by the environmental variables studied as plant age increased. In addition, the spatial consistency found across demographic stages, represents hotspots of recruitment, for which direct identification would be critical for restoration activities. Our results showed a balance between stochasticity at early stages and environmental determinism at later stages, showing, behind the idiosyncratic character of plant recruitment, stronger general rules at sapling stages.

ZusammenfassungÜber drei Jahre hinweg (2004, 2005 und 2006) untersuchten wir die räumliche Variation der Umweltfaktoren auf kleinen Skalen, die möglicherweise die Etablierung von holzigen Pflanzen in einer heterogenen Landschaft beeinflusst. Die Umweltvariablen von über 2833 potenziellen Mikrostandorten wurden mit einem explizit räumlichen Design in unterschiedlichen Landschaftseinheiten erfasst und die Samen von vier Baumarten an den verschiedenen Mikrostandorten ausgesät. Wir nutzten räumliche Analysetechniken um die räumliche Heterogenität der Umwelt in der direkten Umgebung der Samen zu erfassen und um die Keimling- und Schössling-Überlebensraten in Beziehung zu der räumlichen Struktur der untersuchten Umweltfaktoren zu setzen. Die meisten der Umweltvariablen zeigten ein gehäuftes räumliches Muster in den Landschaftseinheiten. Die Überlebensraten zeigten jedoch in den meisten dieser Fälle zufällige räumliche Muster, obwohl dies von dem von Jahr zu Jahr variierenden Niederschlag abhängen könnte. Daher waren die räumlichen Muster der Überlebensrate sowohl unter trockenen wie auch feuchten Bedingungen zufällig, während die gehäuften Muster bei mittelmäßigen Bedingungen auftauchten. Wenn aggregiertes Überleben festgestellt wurde, konnte dieses besser durch die erfassten Umweltvariablen erklärt werden, wenn das Pflanzenalter zunahm. Darüber hinaus repräsentierte die räumliche Durchgängigkeit, die über die demographischen Stadien hinweg gefunden wurde, Hotspots der Rekrutierung. Deren direkte Identifizierung könnte für Naturschutzaktivitäten wichtig sein. Unsere Ergebnisse zeigen eine Balance zwischen der Zufälligkeit in frühen Stadien und der Bestimmung durch die Umwelt in den späteren Stadien, und sie zeigen, neben dem spezifischen Charakter der Pflanzenrekrutierung, strengere allgemeine Regeln im Schösslingsstadium.