Seed traits in arable weed seed banks and their relationship to land-use changes

Recent studies have shown that relatively undisturbed plant communities, such as woodland and pasture, have generally low seed persistence, while seed longevity in frequently disturbed habitats, such as arable fields, is high. In addition, seed mass and shape were found to be closely linked to the living conditions of plants. The objective of the present study was to show how farming practice modifies these seed traits in the arable weed seed bank.On 67.4 ha of arable land at the Scheyern Research Station in Germany, conventional arable use was converted to organic farming, to a reduced-tillage system and to set-aside. During the six subsequent years, seed bank data were collected at 283 sampling points to analyse the effects of (1) the farming systems (long-term effects), (2) individual crops (short-term effects) and (3) vegetation cover.Set-aside arable land favoured a disk- or needle-like seed shape, greater mass and reduced seed longevity. Similarly, organic farming significantly increased seed mass and decreased longevity. Therefore, both types of land use reduced the selection for small and persistent seeds with a spherical shape. By contrast, an increasing persistence under reduced tillage suggested a higher selection pressure. The most consistent effect was that seed longevity increased with tillage frequency, independent from the farming system. Both high seed masses and a compact seed shape were frequently associated with a high crop cover.The results prove that beyond the properties of living plants the arable farming practice also significantly impacts the seed traits in the soil seed bank.

ZusammenfassungAktuelle Untersuchungen belegen, dass Samen selten gestörter Pflanzenformationen wie Wälder und Wiesen eine niedrigere Persistenz aufweisen als solche aus häufig gestörten Ökosystemen (z.B. Ackerflächen). Zudem zeigten auch Form und Masse der Samen einen engen Bezug zu den jeweiligen Lebensbedingungen. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es herauszufinden, inwieweit unterschiedliche Nutzungseinflüsse auch innerhalb ackerbaulich genutzter Ökosysteme diese Sameneigenschaften differenzieren.Auf der Versuchsstation Scheyern in Süddeutschland wurden 67,4 ha konventionell bewirtschafteter Ackerflächen auf ökologischen Landbau und reduzierte Bodenbearbeitung umgestellt, ein kleinerer Teil wurde stillgelegt. Während den folgenden sechs Jahren wurde in diesen drei Systemen an 283 Messpunkten Samenbankproben entnommen und der Einfluss (1) der Bewirtschaftungsumstellung (Langzeiteffekte), (2) einzelner Kulturen (Kurzzeiteffekte) und (3) der Bestandesdeckung auf die Eigenschaften der im Boden lagernden Samen analysiert.Die Stilllegung begünstigte Arten mit scheiben- oder nadelförmigen Samen, hoher Diasporenmasse und geringer Persistenz. Ebenso förderte auch der ökologische Anbau Sippen mit schweren und kurzlebigen Samen. Bei reduzierter Bodenbearbeitung kam es dagegen zur verstärkten Selektion von Arten mit persistenten Samen. Ein Effekt, der über alle Nutzungssysteme hinweg auftrat, war eine signifikante Zunahme langlebiger Diasporen mit Erhöhung der Bodenbearbeitungsfrequenz. Hohe Samengewichte und eine kompakte Form waren mit einer erhöhten Kulturpflanzendichte assoziiert.Die Ergebnisse belegen, dass die Form der Ackerbewirtschaftung außer den Pflanzen im Bestand auch die Eigenschaften der Samen im Boden beeinflusst.