Dormancy characteristics and germination timing in two alpine Carex species

Summary The timing of seed germination is thought to play an important role for species abundance and community composition in alpine habitats. Seed dormancy and germination responses to temperature and light of two widespread alpine sedges were investigated in order to gain insight into mechanisms regulating germination in the field. Seeds of Carex ferruginea germinated at high temperatures when freshly matured and were thus conditionally dormant. Germination percentages increased markedly due to dry storage and cold stratification, accompanied by a decrease of the minimum temperature for germination. Freshly-matured seeds of C. frigida required cold stratification to release strict dormancy, but germination was restricted to high temperatures (> 15 °C). The existence of a carry-over mechanism, preventing the major fraction of current-year seeds to germinate even under optimum conditions in the next growing season was shown for this species. Seeds of both species showed very little germination in darkness and attained a germination peak in light after three month of stratification. The period of cold-stratification required to break dormancy was not related to winter duration as has been found in several species from high altitudes in America. Seeds buried outdoors underwent seasonal changes in dormancy, a trait which was hitherto not known in alpine plant species. Primary seed dormancy, a requirement for relatively high germination temperatures in stratified seeds and the induction of secondary dormancy in early summer by increasing temperatures restrict the ‘germination window’ to a short period after snowmelt in both species. Such a cautious type of seed regeneration may increase the chance of a seedling becoming established at the expense of the number of germinating seeds. This strategy is based on a light requirement for germination, enabling both species to built-up a large seed reservoir in the soil. Die Haufigkeit von Arten und die Zusammensetzung der Vegetation in alpinen Lebensraumen wird wahrscheinlich durch den richtigen Zeitpunkt fur die Keimung entscheidend mitbestimmt. Samendormanz und Keimungverhalten unter verschiedenen Licht- und Temperaturbedingungen wurden fur zwei weit verbreitete alpine Seggen untersucht, um Mechanismen zu identifizieren, die unter naturlichen Bedingungen die Keimung regulieren. Frisch gereifte Samen von Carex ferruginea keimten bei hohen Temperaturen und sind daher konditional dormant. Der Anteil gekeimter Samen wurde durch trockene Lagerung und kalte Stratifikation deutlich erhoht, bei gleichzeitiger Erniedrigung der Minimaltemperatur fur die Keimung. Frische gereifte Samen von C. frigida benotigten fur die teilweise Aufhebung einer absoluten Dormanz eine kalte Stratifikation, aber auch dann erfolgte eine Keimung nur bei recht hohen Temperaturen (> 15 °C). Fur diese Art wurde ein “carry-over”-Mechanismus nachgewiesen, der auch unter optimalen Bedingungen eine Keimung des groseren Teils der diesjahrigen Samen im folgenden Fruhjahr verhinderte. Samen beider Arten keimten kaum in Dunkelheit und erreichten die hochsten Werte nach einer dreimonatigen Stratifikationsperiode. Im Gegensatz zu einigen Arten hoherer Lagen in Amerika war die Dauer dieser Periode nicht mit der Dauer des Winters korreliert. Im Freiland vergrabene Samen zeigten saisonale nderungen des Dormanz-Niveaus, was bisher von alpinen Arten nicht bekannt war. Primare Samendormanz, relativ hohe Keimungstemperaturen auch nach Stratifikation und die Induktion einer sekundaren Dormanz im Fruhsommer durch steigende Temperaturen schranken das “Keimungsfenster” fur beide Arten auf eine kurze Periode nach der Schneeschmelze ein. Dieser durch zahlreiche Einschrankungen potentieller Keimungsmoglichkeiten gekennzeichnete Typ der “vorsichtigen” generativen Regeneration erhoht die Chance eines Keimlings sich zu etablieren, allerdings auf Kosten der Zahl auflaufender Samen. Ein wichtiger Bestandteil dieser Strategie ist die Notwendigkeit von Licht fur die Keimung, da sie die Voraussetzung fur den Aufbau eines umfangreichen Samenreservoirs im Boden bildet.