The relative importance of immediate allelopathy and allelopathic legacy in invasive plant species

Some introduced invasive species may be competitively superior to natives because they release allelochemicals, which negatively affect native species. Allelochemicals can be immediately effective after being released but can also persist in soils, resulting in a legacy effect. However, to our knowledge there are no studies which distinguish between allelopathic legacy and immediate allelopathy of invasive species and also test for their relative importance and possible interdependence.We used eleven invasive species and tested whether they show immediate allelopathy and allelopathic legacy effects in a factorial pairwise competition experiment using field-collected soil (invaded/non-invaded) and activated carbon to neutralize allelochemicals. We grew two native and the invasive species in both monocultures and pairwise mixtures.In monocultures, the native species did not experience an allelopathic legacy effect of the invasives, suggesting that invaders generally lack persistent allelochemicals. However, the effects of invader allelochemicals were modulated by competitive interactions. In competition, immediate allelopathy decreased competitive ability of natives, while allelopathic legacy positively affected the natives. Moreover, immediate allelopathic and allelopathic legacy effects were strongly negatively correlated.Our results suggest that both immediately released allelochemicals and the allelochemical legacy of invasive species are important for plant performance under natural conditions, and that natives should be able to recover once the invaders are removed. To test whether immediate allelopathy is responsible for plant invasion success, further studies should compare allelopathic effects between invasive and closely related native species.

ZusammenfassungAllelopathische Substanzen werden als mögliche Ursache angesehen, weshalb manche invasive Pflanzenarten konkurrenzstärker als einheimische Arten sind. Diese Substanzen können einheimische Arten entweder sofort nach ihrer Ausscheidung negativ beeinflussen oder aber längerfristig im Boden wirksam bleiben, was zu einem allelopathischen Erbe-Effekt führen kann. Bisherige Studien haben allerdings weder zwischen sofort wirksamer Allelopathie und allelopathischem Erbe-Effekt invasiver Arten unterschieden, noch deren relative Bedeutung und möglichen Zusammenhang untersucht.Um diese Fragen zu untersuchen, haben wir mit elf invasiven Arten ein voll-faktorielles paarweises Konkurrenzexperiment durchgeführt. Dazu haben wir im Feld invadierte und nicht-invadierte Erde gesammelt und mit Aktivkohle vermischt, um mögliche allelopathische Substanzen zu neutralisieren. Anschliessend haben wir zwei einheimische und elf invasive Arten in Monokulturen und paarweisen Mischungen gepflanzt.Die einheimischen Arten haben in Monokulturen keinen allelopathischen Erbe-Effekt der invasiven Arten erfahren. Dies deutet darauf hin, dass invasive Arten nicht generell einen allelopathischen Erbe-Effekt aufweisen. In Mischungen mit invasiven Arten allerdings hat sofort wirksame Allelopathie die Konkurrenzfähigkeit der einheimischen Arten verringert, wohingegen der allelopathische Erbe-Effekt einen positiven Einfluss auf die Einheimischen hatte. Interessanterweise waren der sofort wirksame allelopathische Effekt und der allelopathische Erbe-Effekt stark negativ korreliert.Unsere Resultate zeigen, dass sowohl sofort wirksame Allelopathie als auch das allelopathische Erbe invasiver Arten wichtig für das Pflanzenwachstum einheimischer Arten sind und dass einheimische Arten sich wieder etablieren können sollten, wenn die Invasiven entfernt werden.