Seed dispersal and patch dynamics in tropical rain forests: A demographic approach

Abstract:

In this paper we propose that an evaluation of the ecological and evolutionary consequences of seed dispersal requires the recognition of patches where seeds have different probabilities to reach the seedling stage as well as the spatial and temporal dynamics of such patches. To analyze the relative importance of seed sources on the regeneration of trees growing in patchy environments, we use metapopulation models that combine matrix demographic models with Markovian models that simulate patch dynamics. The models are applied to the cases of two tree species with contrasting life-histories at Los Tuxtlas tropical rain forest, Mexico. For pioneer tree species, we show that the relative contribution of propagules from the seed rain and seed bank depends on the temporal regime of natural disturbance and the mortality rates of soil seeds. For shade-tolerant trees, results suggest that dispersal may increase seedling recruitment when seed movement occurs from patches where mother plants have higher fecundity and/or seeds have higher pre-dispersal survival to patches where soil-seeds and/or seedlings have higher survival. The metapopulation models also show that inferences about critical stages in the evolution of species life-histories contrast between a static and dynamic patchy scenario.

Résumé:

Nous proposons dans cet article qu’une évaluation des conséquences écologiques et évolutives de la dissémination des graines requiert, d’une part, la reconnaissance des plaques où les graines ont différentes probabilités de se développer sous la forme de plantule et, d’autre part, la compréhension de la dynamique spatiale et temporelle de ces plaques. Pour analyser l’importance relative des sources de graines sur la régénération des arbres croissant dans des environnements morcellés, nous utilisons des modèles de métapopulation qui combinent des matrices démographiques avec des modèles markoviens simulant la dynamique des plaques. Les modèles ont été appliqués à deux espèces d’arbre aux caractéristiques contrastées que l’on trouve dans la forêt tropicale pluvieuse de Los Tuxtlas, au Mexique. Pour l’espèce pionnière, nous montrons que la contribution relative de la pluie de graines et du réservoir de graines au recrutement de nouveaux individus dépend du régime temporel des perturbations naturelles et du taux de mortalité des graines dans le sol. Pour les arbres tolérants à l’ombre, les résultats suggèrent que la dissémination des diaspores peut favoriser le recrutement. Ceci se produit lorsque les graines, en provenance de plaques caractérisées par des plantes-mères à fécondité élevée et/ou par des graines à haut taux de survie avant dissémination, se déplacent en direction de plaques où les graines contenues dans le sol et/ou les plantules survivent en plus grand nombre. Les modèles de métapopulation montrent également que les stades critiques dans l’évolution des caractéristiques reproductives des espèces diffèrent selon qu’il s’agisse d’un scénario incorporant des plaques stables ou d’un autre incorporant des plaques dynamiques.

Keywords::

• seed dispersal
• forest patch dynamics
• metapopulation models
• Astrocaryum mexicanum
• Cecropia obtusifolia
• Los Tuxtlas

Mots-clés::

• dissémination des graines
• dynamique des plaques
• modèles de métapopulation
• Astrocaryum mexicanum
• Cecropia obtusifolia
• Los Tuxtlas