Demography and role of the seed bank in Mediterranean and desert populations of wild barley

Abstract We compared the demography of two populations of wild barley, Hordeum spontaneum , that occupy environments of different aridity (desert and Mediterranean) and represent distinct parts of the species' distribution (periphery and core) in Israel. Our demographic study included a survey of survival and fecundity of adults in quadrate plots marked at two sites in natural vegetation (one site per population), and the creation of experimental seed banks examined over three years. We measured variability in population growth rate and investigated the role of the seed bank in the demography of two populations. The latter employed construction of two-stage, three age-class transition matrices and usage of elasticity analysis. At both sites, population dynamics appear to be transient with high fluctuations of population growth rate due to variability in annual rainfall and, most likely, intra- and inter-specific density dependence. The importance of the seed bank differed among two populations. Seed dormancy had almost no demographic effect on the Mediterranean population, while it was of paramount importance in the desert population. The two populations also differed in seed and seedling survival and per adult fecundity, presumably due to the difference between two sites in (i) relative impact of seed predation, (ii) effects of density dependence on population demography, and (iii) lower vigor of seeds of desert vs. Mediterranean origin. Our study highlights the importance of life history adaptations that may evolve under specific selective forces in different parts of a species' range, which, in certain circumstances, may be critical for the persistence of a species. Wir verglichen die Demographie von zwei Populationen Wilder Gerste, Hordeum spontaneum , die Habitate unterschiedlicher Trockenheit (Wuste und mediterran) besetzen und die unterschiedliche Bereiche der Artenverbreitung (Peripherie und Kern) in Israel reprasentieren. Unsere demographischen Untersuchungen bestanden in einer Erfassung der Uberlebensrate und der Fruchtbarkeit ausgewachsener Pflanzen in quadratischen Versuchsfeldern, die in zwei Untersuchungsflachen in der naturlichen Vegetation (eine Untersuchungsflache pro Population) markiert wurden und in der Herstellung einer experimentellen Samenbank, die uber drei Jahre beobachtet wurde. Wir erfassten die Variabilitat der Populationswachstumsrate und untersuchten die Rolle der Samenbank in der Demographie der beiden Populationen. Letzteres erforderte die Konstruktion von Zwei-Stadien, Drei-Altersklassen-Transitions-Matrizen und die Verwendung einer Elastizitats-Analyse. Die Populationsdynamiken scheinen in beiden Untersuchungsflachen kurzlebig zu sein, mit einer hohen Fluktuationsrate des Populationswachstums aufgrund der Variabilitat des jahrlichen Niederschlags und am wahrscheinlichsten aufgrund der intra- und interspezifischen Dichteabhangigkeit. Die Bedeutung der Samenbank unterschied sich zwischen den beiden Populationen. Die Samendormanz hatte bei der mediterranen Populationen nahezu keinen demographischen Effekt, wahrend sie bei der Wustenpopulation von herausragender Bedeutung war. Die beiden Populationen unterschieden sich auch in der Uberlebensrate der Samen und Keimlinge und der Pro-Pflanzen-Fruchtbarkeit, vermutlich aufgrund der Unterschiede der beiden Untersuchungsflachen in (i) der relativen Wichtigkeit der Samenpradation, (ii) den Effekten der Dichteabhangigkeit der Populationsdemographie und (iii) der geringen Vitalitat der Samen der Wusten-Herkunft im Gegensatz zur mediterranen Herkunft. Unsere Studie hebt die Bedeutung einer Anpassung im Lebenszyklus hervor, die bei spezifischen selektiven Faktoren in den unterschiedlichen Teilen eines Verbreitungsgebietes einer Art evolvieren konnen und die unter bestimmten Umstanden wichtig fur den Bestand einer Art sein konnen.