title: Ecological effects of willow and poplar invasions at the Río Negro in northern Patagonia, Argentina
title: Ökologische Auswirkungen von invasiven Weiden und Pappeln am Río Negro in Nordpatagonien, Argentinien
Creators: name: Thomas, Lisa
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Biologie
riparian vegetation, succession
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Salix humboldtiana
Invasion
Humboldt-Weide
floodplain forest, riparian landscapes

description: Salicaceen, insbesondere
      verschiedene Salix-Arten und ihre Hybride, sind weltweit
      typische Invasoren von Flusssystemen und können
      schwerwiegende Folgen für heimische Ökosysteme hervorrufen.
      An den Flüssen Patagoniens nehmen Weichholzauwälder, die von
      invasiven Salicaceen dominiert werden, an Häufigkeit, Fläche
      und Artenvielfalt deutlich zu. So beobachtet man entlang des
      Río Negro in Nordpatagonien eine Invasion verschiedener
      holziger Pflanzenarten, die in den letzten Jahrzehnten
      dramatisch angestiegen ist. Dominant hierbei sind die Weiden
      des Salix alba L. - Salix fragilis L. Komplex, ein Hybrid
      dieses Komplexes und Salix babylonica L. und Populus spp.
      Zusätzlich breiten sich in letzten den Jahren Elaeagnus
      angustifolia Willd. und Tamarix spp. aggressiv aus. Die
      vorliegende Doktorarbeit liefert Daten zu möglichen
      Auswirkungen dieser Invasion auf Salix humboldtiana Willd.,
      die einzige heimische Baumart am Río Negro. Vegetative
      Reproduktion spielt besonders für Salix fragilis und ihre
      Hybride eine wichtige Rolle bei der Besiedelung neuer
      Habitate und ist wohl der wichtigste Grund für ihre
      erfolgreiche Invasion. Diese Hypothese wurde in der ersten
      Untersuchungsreihe in einem Gewächshausversuch zur
      vegetativen Reproduktionsfähigkeit der heimischen Weidenart
      (S. humboldtiana) und der invasiven Salicaceen (S. × rubens,
      ein S. babylonica Hybrid und Populus spec.) unter
      verschiedenen Gradienten der Bodenbeschaffenheit und Feuchte
      getestet (Chapter 2). Beide invasive Weidenhybride zeigten
      eine bessere Wiederaustriebsfähigkeit und wuchsen signifikant
      besser als S. humboldtiana und Populus spec. Sie hatten mehr
      lebende Stecklinge sowie mehr und längere Triebe unter allen
      getesteten Bedingungen und bildeten mehr Biomasse (über- und
      unterirdisch) aus. Nach Entfernung der gebildeten Biomasse
      von den Stecklinge wurde in einem nachfolgenden Experiment
      die Wiederaustriebsfähigkeit dieser Stecklinge gemessen.
      Erneut hatten die Stecklinge der invasiven Weiden eine
      bessere Austriebsfähigkeit und Wachstumsperformance. Diese
      Ergebnisse zeigen, dass invasive Weiden eine erfolgreichere
      vegetative Reproduktion als die heimische Weidenart haben und
      ein höheres Potenzial für ein Wiederaustreiben nach Störungen
      besitzen. Diese Eigenschaften scheinen ein zentraler Faktor
      für ihre erfolgreiche Invasion zu sein stellen gleichzeitig
      eine mögliche Bedrohung für S. humboldtiana durch Verdrängung
      dar. In einer weiteren Untersuchung wurden Analysen der
      Altersstruktur und Wachstumsperformance in gemischten adulten
      Waldbeständen auf Flussinseln durchgeführt (Chapter 3). Die
      ausgewerteten 20 Bestände hatten ein relativ geringes, aber
      einheitliches Alter (im Mittel &lt; 15 Jahre), was auf
      gemeinsame Etablierungsereignisse aller erfassten Arten
      weist. Die Analyse der Wachstumsperformance (Grundfläche,
      Baumhöhe, Kronendurchmesser, Kronenansatzhöhe) in adulten
      Beständen zeigte, dass invasive Weiden und Pappeln durch ihre
      Konkurrenzstärke in der Lage sind, die heimische S.
      humboldtiana aktiv zu verdrängen: Im adulten Stadium besaßen
      die invasiven Weiden beispielsweise deutlich größere
      Grundflächen und Kronendurchmesser. Adulte S. humboldtiana
      konnte häufiger am mittleren Flusslauf nachgewiesen werden,
      während die invasiven Weidenhybride am Flussoberlauf häufiger
      waren. Dies deutet auf einen flussabwärts gerichteten
      Invasionsprozess hin. Um das Kokurrenzpotenzial von invasiven
      holzigen Arten (Salicaceen, Elaeagnus, Tamarix) gegenüber S.
      humboldtiana zu ermitteln, wurden Habitatmodelle für
      unterschiedliche Altersklassen (Keimlinge, junge und alte
      Vegetation) entwickelt (Chapter 4). Dabei sollten die
      ökologischen Nischen und Zusammenhänge zwischen Artvorkommen
      und abiotischen Bedingungen (z.B. Überflutungsdauer,
      durchschnittlicher Wasserstand, Strömungsstärke)
      identifiziert werden. Daten zu den Arten (Vorkommen/
      Nichtvorkommen) und erklärenden Umweltvariablen wurden mit
      einem stratifiziert-randomisierten Stichprobendesign auf 167
      Plots gesammelt. Die Umweltvariablen Überflutungsdauer,
      Kiesanteil und Ort (Ober- bzw. Mittellauf) konnten am besten
      das Vorkommen der Arten beschreiben. Für alle Altersklassen
      ergab sich eine starke Nischenüberlappung der invasiven
      Arten, insbesondere der nicht-heimischen Salicaceen, mit S.
      humboldtiana. Auf keinen Standorten konnte ausschließlich S.
      humboldtiana nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden
      multispektrale Satellitenbilder des Flussoberlaufes aus den
      Jahren 1986 und 2003 ausgewertet (Chapter 5). Daraus geht
      hervor, dass in dieser Zeitspanne Weichholzauwälder ihre
      Verbreitung um fast 150% ausdehnten, was höchstwahrscheinlich
      an einer explosionsartigen Verbreitung der nicht-heimischen
      Arten lag. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit können wie
      folgt zusammengefasst werden: Invasive Weiden haben eine
      signifikant bessere vegetative Reproduktion und
      Wiederaustriebsfähigkeit und eine bessere Performance im
      adulten Stadium als die heimische Weidenart sowie eine starke
      Nischenüberlappung mit dieser. Diese Ergebnisse verdeutlichen
      das hohe Konkurrenzpotenzial von invasiven Salicaceen und
      eine daraus resultierende mögliche Unterdrückung und
      Verdrängung von S. humboldtiana.
description: Species of the Salicaceae family,
      particularly Salix species and their hybrids, are typical
      invaders of river systems throughout the world with severe
      consequences for native ecosystems. Along Patagonian streams,
      riparian softwood forests structured by dominant invasive
      Salicaceae are increasing significantly in abundance, area
      and species diversity. The region of the Río Negro in
      northern Patagonia has been invaded by several woody plant
      species with a dramatical increase in the recent decades. The
      most dominant taxa are willows of the Salix alba L. - Salix
      fragilis L. complex, a hybrid of this complex and Salix
      babylonica L. and Populus spp. Additionally, Elaeagnus
      angustifolia Willd. and Tamarix spp. have been spreading
      aggressively in recent years. This thesis provides
      information on the possible consequences of these invasions
      for Salix humboldtiana Willd., the only native woody species
      along the Río Negro, due to interspecific competition and
      invasion development. Vegetative reproduction is especially
      for S. fragilis and its hybrids of great importance for the
      colonisation of new habitats and probably is the most
      important reason for their invasion success. In the first
      study (Chapter 2), a greenhouse experiment was conducted in
      order to assess the vegetative reproduction capacities of
      native and invasive Salicaceae (S. humboldtiana, S. × rubens
      Schrank, a S. babylonica hybrid and Populus spec.) under
      various soil composition and moisture gradients. The invasive
      willow hybrids showed better vegetative re-sprouting
      capacities and performed sinificantly better than S.
      humboldtiana and Populus spec. They developed more living
      cuttings as well as more and longer sprouts under all
      treatment combinations and they generated significantly
      higher above- and belowground biomass. After completely
      removing the shoot and root biomass of the cuttings
      re-sprouting capacities were evaluated in a second
      experiment. Again, the invasive willows had a superior
      re-sprouting ability and growth performance. These results
      demonstrate that invasive willows are able to establish more
      successfully by vegetative reproduction than the native
      willow and that they have a higher re-sprouting potential
      after disturbances. This ability in combination with the
      advantages of vegetative reproduction compared to generative
      reproduction seems to be the key factor for invasive success
      and, simultaneously, a potential threat for S. humboldtiana
      through out-competition. In a further approach (Chapter 3),
      age structure analyses were carried out which revealed that
      mixed adult forest stands are the results of joint
      establishment events with all Salicaceae taxa involved. The
      analysed 20 stands on islands had low mean ages &lt;15 years.
      Investigation on growth performance (basal area, crown
      diameter, tree hight and crown base hight) of adult stands
      revealed that non-native willows and poplars are able to
      actively displace the native S. humboldtiana by competitive
      strength: A significant better growth performance with e.g.
      higher basal area and crown diameter was found for the
      non-native willows in adult life stage. Furthermore, adult S.
      humboldtiana was more frequent at the middle river stretch,
      while invasive willow hybrids showed an opposing pattern
      suggesting a downstream directed invasion process. In order
      to evaluate the competition potential of invasive alien woody
      plants (Salicaceae, Elaeagnus and Tamarix) for S.
      humboldtiana, habitat distribution models for different life
      stages (seedling, juvenile, adult) were developed (Chapter
      4). The objective was to identify ecological niches and
      relationships between species occurrence and different
      abiotic factors. Data on species (presence/ absence) and
      explanatory environmental variables were gathered in the
      field on 167 plots using a grid-based, stratified-randomized
      sampling design. The environmental variables flood duration,
      the amount of gravel and the location (upper or middle river
      valley) proved to be the best explanatory variables to
      describe the occurrence of the species. For all life stages,
      a strong niche overlap could be observed for S. humboldtiana
      and invasive taxa, particularly Salicaceae, with no remaining
      exclusive habitat for the native willow. Additionally,
      investigations on vegetation change offer insights into
      invasion development (Chapter 5). Multispectral satellite
      images from the years 1986 and 2003 of the upper Río Negro
      were used to detect land cover changes. This study
      demonstrated that during this time period floodplain forests
      expanded considerably their distribution area by almost 150%,
      probably due to the explosive spread of non-native species.
      The results of this thesis can be summarized as follows:
      Invasive willows have significant better vegetative
      reproduction and re-sprouting capacities, better growth
      performances in the adult life stage and exhibit a strong
      niche overlap with the native willow species. These findings
      indicate a high competition potential of invasive Salicaceae
      with, consequently, a possible out-competition and
      suppression of S. humboldtiana.