Invaze nepůvodních druhů rostlin v biotopech: mezikontinentální srovnání

Mgr. Veronika Kalusová, Ph.D.

Doctoral thesis

Alien plant invasions in habitats: intercontinental comparison

Abstract:

Rostlinnými invazemi se již zabývala řada studií, stále však chybí podrobnější srovnání invadovanosti biotopů na různých kontinentech a také není zcela známo, jaké faktory ji podmiňují. Studie, které srovnávaly míru invaze v biotopech několika oblastí na různých kontinentech, se lišily jak typem vstupních dat, tak jejich zpracováním, a tudíž zobecnění výsledků pro větší, mezikontinentální měřítka může být nepřesné. Pro spolehlivé zhodnocení rozdílů v invazi mezi kontinenty je proto nutné shromáždit srovnatelné údaje. Přehledy založené na invadovanosti biotopů, kvantifikované jako počet či podíl nepůvodních druhů, ukázaly, že jsou mezi biotopy ve studovaných oblastech výrazné rozdíly v zastoupení nepůvodních druhů. Biotopy v rámci jedné oblasti se lišily svou invadovaností, ale stejné biotopy v různých oblastech vykazovaly naopak podobnou invadovanost. To může naznačovat existenci faktorů podmiňujících invadovanost, které jsou společné stejným biotopům i ve značně vzdálených oblastech. Invadovanost biotopu je obecně připisována interakci invazibility biotopu a přísunu diaspor nepůvodních druhů. Předpokládáme však, že se na invadovanosti podílí i další faktor, a to celková zásoba nepůvodních druhů, které se vyskytují v dané oblasti a mají vlastnosti umožňující invadovat daný biotop (tzv. regional alien species pool). Protože vlastnosti druhů jsou do určité míry podmíněny adaptacemi na biotop, ve kterém rostou v původním areálu, mohou v sekundárním areálu zvýhodnit druh při invazi do biotopů s podobnými podmínkami. Jestliže se biotopy v původním areálu liší tím, kolik poskytují svých druhů pro invazi, můžeme v invadované oblasti předpokládat rozdíly v zásobě nepůvodních druhů, které jsou ekologicky přizpůsobené různým biotopům, což se může projevit v rozdílné invadovanosti biotopů. Cíli dizertační práce je proto (i) ověřit mezikontinentální rozdíly v invadovanosti biotopů, zvláště v Novém a Starém světě, a srovnat míru výměny nepůvodních druhů mezi nimi, (ii) identifikovat biotopy poskytující nejvíce druhů pro invazi na jiné kontinenty a ověřit, zda druhy v sekundárním areálu upřednostňují při invazi podobné podmínky, a konečně (iii) prověřit vztah mezi tím, kolik daný biotop poskytuje druhů k invazi, a jak je invadován jako důsledek různé nabídky ekologicky kompatibilních druhů. Při námi provedeném srovnání invadovanosti obdobných biotopů ve východní část Severní Ameriky a střední Evropě bylo zjištěno, že v obou oblastech jsou nejvíce a nejméně invadované biotopy shodné. Při srovnání odpovídajících si biotopů mezi kontinenty byla větší průměrná invadovanost zaznamenána v Severní Americe, což poukazuje na obecně větší míru invaze v biotopech v Nového světa. Biotopy v Evropě poskytly více druhů k invazi do Severní Ameriky než naopak, tudíž můžeme předpokládat nevyváženou výměnu nepůvodních druhů mezi Starým a Novým světem. Evropské biotopy byly srovnány jako zdroje nepůvodních druhů invazních v Severní Americe a ve světě. Pro obě oblasti byly stejné evropské biotopy shodně velmi nebo zanedbatelně důležitými zdroji invazních nepůvodních druhů. Evropské druhy v sekundárním areálu upřednostňovaly podmínky podobné těm v primárním areálu. Mezi podílem druhů poskytovaných biotopem k invazi a invadovaností obdobných biotopů nepůvodními druhy proudícími mezi východní částí Severní Ameriky a střední Evropou byl nalezen signifikantní vztah. Čím více druhů daný biotop poskytl k invazi na druhý kontinent, tím větší invadovanost obdobného biotopu byla na druhém kontinentu zaznamenána, což lze připsat vlivu tzv. direct species-pool effect. Čím více druhů biotop na daném

Abstract:

kontinentu poskytl k invazi, tím více nepůvodních druhů z ostatních kontinentů přijal jako důslek tzv. reciprocal species-pool effect.

Abstract:

Despite ongoing research on plant invasions, there is still a lack of studies on intercontinental habitat patterns of invasion and their underlying mechanisms. Invasions in habitats have been so far described mainly at the regional or finer scales, and studies differed in input data and methods used, thus generalizations for larger scales based on previous findings are limited. To compare rigorously the invasion outcome at the intercontinental scale, analyses based on extensive comparable data sets are needed. Previous quantitative assessments at regional scales revealed that habitats differ noticeably in their levels of invasion (i.e. number or proportion of aliens). Although there was substantial variation in invasion levels among habitats within regions, analogous habitats in different regions showed similar extents of invasion indicating habitat-dependent factors that can operate even across large geographical distances. Habitat level of invasion is generally supposed to be determined by habitat invasibility and propagule pressure. However, another factor can be also involved: the regional alien species pool as a set of alien species having necessary traits to enter given habitat and survive there. Traits of alien species are influenced by adaptations to original (donor) habitats in their native range and thus can give an advantage when species invade recipient habitats with similar conditions. If habitats differ in their donor role (i.e. amount of native species donated as aliens to a region), regional species pools consisting of ecologically compatible aliens can also differ and observed levels of invasion of recipient habitats should depend on those differences. The main aims of my Ph.D. thesis thus were (i) to investigate intercontinental patterns of habitat levels of invasion, with special emphasis on the differences in the invasion outcome and alien exchange rates between habitats of the New World and the Old World, (ii) to identify main donor habitats of alien species for intercontinental invasions and compare habitat affinities of aliens in the native and invaded ranges, and finally, (iii) to test the relationship between donor role of habitats and habitat levels of invasion to assess the influence of regional alien species pools. Our analyses revealed consistent intercontinental pattern of habitat levels of invasion in analogous habitats of eastern North America and central Europe. The most and the least invaded habitats were the same between continents. On average, however, the mean level of invasion was higher across habitats in North America indicating higher invasion of the New World’s habitats compared to the Old World. European habitats donated more alien species to North America than vice versa, suggesting biased alien exchange rates between the Old and the New World. When European habitats were compared as donors of alien plant species invading North America and the whole World, the most and the least important donor habitats were the same for both invaded ranges. Distinct similarities in habitat affinities of European species were found in their native and invaded ranges. The relationship between the donor role and levels of invasion was found for donor and recipient habitats of alien species exchanging between eastern North America and central Europe. The more species a donor habitat on one continent provided to the other continent, the higher level of invasion of analogous habitat was found, indicating the direct species-pool effect. The more species a donor habitat provided to the other continent, the more alien species received the same habitat itself from other continents, implying the reciprocal species-pool effect.

Keywords

Alien species, biological invasions, Czech Republic, donor habitat, exotic species, Europe, invasibility, habitat level of invasion, habitat preferences, invaded range, native range, North America, North and South Carolina, propagule pressure, recipient habitat, species pool, vascular plants, biologické invaze, cévnaté rostliny, Česká republika, Evropa, invadovanost biotopu, invazibilita, invadovaný biotop, primární areál, přísun diaspor, sekundární areál, Severní a Jižní Karolína, Severní Amerika, vazba na biotopy, zdrojový biotop

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 3. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 16. 4. 2015
• Supervisor: prof. RNDr. Milan Chytrý, Ph.D.
• Reader: Ing. Jan Pergl, Ph.D., doz. Dr. Franz Essl

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Botany