Disturbance intensity, timing and history interact to affect pasture weed invasion

• Published in: Basic and applied ecology Vol. 14; no. 1; pp. 44 - 53
• Main Authors: Renne, Ian J., Tracy, Benjamin F.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Munich Elsevier GmbH 01-02-2013; Elsevier
• Subjects: Animal, plant and microbial ecology; Applied ecology; Biological and medical sciences; Conservation, protection and management of environment and wildlife; Disturbance interactions; Disturbance persistence; Ecological legacy; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; General aspects; Grassland management; Invasion dynamics; Land use history; Parks, reserves, wildlife conservation. Endangered species: population survey and restocking; Reproduction; Richness; Soil seedbank; Weed recruitment; Invasion dynamics; Disturbance persistence; Reproduction; Ecological legacy; Soil seedbank; Grassland management; Disturbance interactions; Richness; Weed recruitment; Land use history; Biological invasion; Weed; Perturbation; Land use; Persistence; Invasive species; Pasture; Population recruitment; Seed bank; Environmental monitoring; Species richness; Environmental protection
• ISSN: 1439-1791
• DOI: 10.1016/j.baae.2012.10.006

Past disturbance events shape future community trajectories if their ecological legacies interact with contemporary disturbance regimes to affect recruitment and reproduction. In pastures, large-scale disturbance events can become undetectable in aboveground community components but persist as augmented weed seedbanks, suggesting disturbance history may be a predictor of weed invasion magnitude following subsequent disturbance. Using a randomized block factorial design, we investigated how soil disturbance intensity, timing and history interact to affect weed recruitment, diversity and reproduction by implementing a range of disturbance intensities in April and June 2004 in pastures of differing disturbance history. Response variables were followed for two years. Disturbance timing interacted with disturbance intensity and history to affect recruitment, with some June treatment combinations having ≥48% higher weed abundance than those in April. Relative to undisturbed controls, low to intermediate disturbance intensity facilitated recruitment by ≥117% but high intensity disturbance had highest recruitment, particularly in previously disturbed pastures (≥543% increase). In both years, weed species richness was highest in intense disturbances in previously disturbed pastures. Importantly, weed reproduction was nearly one order of magnitude higher in intense disturbance patches, especially in previously disturbed pastures, and increased through time by ≥243%. These findings indicate weed recruitment, diversity and reproductive output are seed- and microsite-limited, and that intense soil disturbance may result in high long-term weed abundance. Although moderate disturbance facilitated recruitment, reproduction here was low, suggesting modest disturbance will not appreciably increase weed abundance. The most common species were Taraxacum officinale and Poa pratensis, both of which can benefit forage-livestock production, but most establishing species were of low palatability. We recommend grassland managers explicitly integrate disturbance history into dynamic management planning, consider augmenting seedbanks with ‘desirable’ weed species to help communities recover following inevitable disturbance events and do not rely exclusively on aboveground characters to evaluate their system's vulnerability to undesirable plant establishment and persistence.
Störungen in der Vergangenheit formen die zukünftige Entwicklung von Gemeinschaften, wenn ihr ökologisches Erbe mit gegenwärtigen Störungen interagiert, so dass Rekrutierung und Reproduktion beeinflusst werden. Auf Weiden können großflächige Störungsereignisse an der oberirdischen Gemeinschaft nicht erkennbar sein, aber als vergrößerte Unkrautsamenbanken persistieren, was nahelegt, dass die Störungshistorie ein Prädiktor für den Umfang der Unkrautinvasion sein könnte, die einer späteren Störung folgt. Wir benutzten ein Randomized-Block-Factorial-Design und untersuchten, wie Intensität, Zeitpunkt und Historie der Bodenstörungen interagieren, um die Rekrutierung, Diversität und Reproduktion von Unkräutern zu beeinflussen, indem wir eine Reihe von Störungsintensitäten in April und Juni 2004 auf Weiden mit unterschiedlicher Störungshistorie einrichteten. Die Reaktionen wurden über zwei Jahre verfolgt. Der Zeitpunkt der Störung interagierte mit der Störungsintensität und historie und beeinflusste die Rekrutierung, wobei einige Behandlungen im Juni ≥48% höhere Unkrautabundanzen aufwiesen als die im April. Verglichen mit ungestörten Kontrollen förderten geringe und mittlere Störungsintensitäten die Rekrutierung um ≥117%, aber die höchste Störungsintensität bewirkte die Rekrutierung, insbesondere auf Weiden, die in der Vergangenheit gestört worden waren (Zunahme: ≥543%). In beiden Jahren war der Artenreichtum auf stark gestörten Flächen mit Störung in der Vergangenheit am höchsten. Die Unkrautreproduktion war auf stark gestörten Flächen am höchsten, besonders auf jenen mit Störung in der Vergangenheit, und sie nahm im Laufe der Zeit um ≥243% zu. Die Befunde zeigen, dass Rekrutierung, Diversität und Reproduktion der Unkräuter durch die Verfügbarkeit von Samen und Kleinsthabitaten limitiert sind und dass starke Bodenstörungen langfristig hohe Unkrautabundanzen bewirken können. Auch wenn mittlere Störung die Rekrutierung begünstigte, war die Reproduktion hier gering, so dass mittlere Störungen die Unkrautabundanz wohl nicht nennenswert erhöhen. Die häufigsten Arten waren Taraxacum officinale and Poa pratensis, die beide das Weideviehfutter bereichern können, aber die meisten auftretenden Arten waren von geringer Qualität. Wir empfehlen, dass die Störungshistorie in die dynamische Bewirtschaftungsplanung einbezogen wird, in Betracht zu ziehen, Samenbanken mit “erwünschten” Unkrautarten zu ergänzen, um die Erholung von Gemeinschaften nach unausweichlichen Störungsereignissen zu unterstützen, und sich nicht ausschließlich auf die oberirdischen Merkmale zu verlassen, wenn die Anfälligkeit von Gemeinschaften für die unerwünschte Ansiedlung und Persistenz von Pflanzen bewertet werden soll.