Grass-to-tree facilitation in an arid grazed environment (Aïr Mountains, Sahara)

The scarcity of tree regeneration is a major concern for the long-term conservation of tree cover in the Aïr-Ténéré Nature Reserve (Sahara, Niger), and the causes of this shortage are poorly understood. We raised the hypothesis that livestock pressure is a key-factor in the mortality of tree seedlings and that facilitation processes among plants may enhance tree regeneration. We tested whether the tussock grass Panicum turgidum could facilitate the regeneration of a keystone tree species, Acacia tortilis var. raddiana, under a grazing regime. We transplanted 3-month-old seedlings of Acacia to plots representing different neighbourhood conditions (in areas without vegetation, amongst intact tussocks, among cropped tussocks, and under branches), which were either fenced or exposed to grazing by large herbivores. Survival and height of 160 transplants were recorded during one year. Acacia performance was much lower in the grazed plots, indicating that large herbivores had a strong negative impact on tree regeneration. Presence of Panicum tussocks had a positive effect on the height of seedlings, likely because they improved soil properties and water availability. No aboveground positive effect on Acacia was detected though the grass did reduce atmospheric aridity. We detected an indirect positive effect of Panicum on Acacia survival in the presence of herbivores when aridity and grazing pressure reached their maximum levels. We obtained evidence that indirect facilitation may occur in arid grazed areas, although it has been predicted to mainly exist in mesic competitive environments. Additionally, our results support the stress-gradient hypothesis against assumptions that competitive effects may dominate in extremely arid environments. Since most of the positive effect on Acacia survival is indirect (biotic grazing refuge) due to the presence of herbivores, transplantation of tree seedlings amongst Panicum may be a simple and low-cost technique for the restoration of Saharan ecosystems degraded by herbivore grazing.

ZusammenfassungDie mangelnde Regeneration von Bäumen stellt eine große Herausforderung für den langfristigen Erhalt der Baumdeckung im Aïr-Ténéré Schutzgebiet (Sahara, Niger) dar und die Gründe für diesen Mangel sind kaum verstanden. Wir stellten die Hypothese auf, dass der Beweidungsdruck ein Schlüsselfaktor für die Mortalität der Baumkeimlinge ist und Förderungsprozesse zwischen Pflanzen die Baumregeneration fördern könnten. Wir testeten, ob das Büschelgras Panicum turgidum die Regeneration einer Schlüsselbaumart, Acacia tortilis var. raddiana, unter einem Beweidungsregime fördern könnte. Wir verpflanzten Setzlinge von Acacia im Alter von 3 Monaten auf Flächen, die unterschiedliche Umgebungsbedingungen repräsentierten (in Flächen ohne Vegetation, zwischen intakte Büschel, zwischen geschnittene Büschel und unter Äste) und die eingezäunt oder einer Beweidung durch große Herbivoren ausgesetzt waren. Das Überleben und die Höhe der 160 verpflanzten Bäume wurden über ein Jahr hinweg beobachtet. Die Performanz von Acacia war in den beweideten Flächen wesentlich geringer, was darauf hinweist, dass große Herbivore einen starken, negativen Einfluss auf die Regeneration der Bäume haben. Die Anwesenheit von Panicum-Büscheln hatte einen positiven Effekt auf die Höhe der Setzlinge, vermutlich weil sie die Bodeneigenschaften und Wasserverfügbarkeit verbesserten. Es konnte kein positiver oberirdischer Effekt auf Acacia festgestellt werden, obwohl das Gras die Trockenheit der Atmosphäre verringerte. Wir stellten einen indirekten positiven Effekt von Panicum auf das Überleben von Acacia bei Anwesenheit von Herbivoren fest, wenn die Trockenheit und der Beweidungsdruck ihre maximalen Ausmaße erreichten. Wir fanden Beweise dafür, dass eine indirekte Förderung in trockenen, beweideten Gebieten stattfinden kann, obwohl vorhergesagt wurde, dass sie hauptsächlich in mesischen, kompetitiven Umwelten existiert. Darüber hinaus stützen unsere Ergebnisse die Stressgradienten-Hypothese entgegen der Annahme, dass kompetitive Effekte in extrem ariden Umwelten dominieren könnten. Weil der größte Anteil des positiven Effekts auf das Acacia-Überleben ein indirekter aufgrund der Präsenz von großen Herbivoren ist (biotischer Schutz vor Beweidung), kann das Verpflanzen von Baumsetzlingen zwischen Panicum eine einfache und kostengünstige Technik für die Wiederherstellung von Ökosystemen der Sahara darstellen, die durch Beweidung zerstört wurden.