Top-down control of root-feeding nematodes in range-expanding and congeneric native plant species

Climate warming may result in range expansion of species towards previously colder environments, and it has been demonstrated that in the new range successfully range-expanding plant species can be less attacked by aboveground and belowground enemies than congeneric natives. Plant enemies may be controlled naturally by complex bottom-up and top-down interactions with their hosts, however, little is known about how these interactions may operate in the new range. Here, we examine how root-feeding nematodes are controlled in the root zone of successfully range-expanding plant species in comparison with congeneric plant species native to the new range. As range-expanding plant species can have less negative soil feedback than congeneric natives, we tested the hypothesis that top-down control of root-feeding nematodes may be strongest on range-expanding plant species. To test this, we grew four pairs of range-expanding plant species and their native congeners in field soil, to which we added soil microbes, nematodes, or microarthropods from the new habitat. Addition of soil microorganisms and microarthropods reduced the numbers of root-feeding nematodes, being strongest when microorganisms were added. Opposite to our expectation, nematode control was not more effective in the root zone of range-expanding than native plant species. We conclude that top-down control of root-feeding nematodes is highly plant species-specific and that top-down control of these nematodes in the root zone of range-expanding plant species can be as effective as in the root zone of congeneric natives.

ZusammenfassungDie Klimaerwärmung könnte zu einer Erweiterung des Verbreitungsgebietes von Arten hin zu früher kühleren Gebieten führen. Es konnte gezeigt werden, dass im neuen Siedlungsgebiet erfolgreich expandierende Pflanzenarten weniger stark von ober- oder unterirdischen Feinden attackiert werden können als einheimische Arten aus derselben Gattung. Feinde können natürlicherweise durch komplexe bottom-up- oder top-down-Interaktionen mit ihren Wirtspflanzen kontrolliert werden, es ist aber wenig darüber bekannt, wie diese Interaktionen im neuen Verbreitungsgebiet wirken. Wir untersuchen hier wie wurzelfressende Nematoden in der Wurzelzone von erfolgreich expandierenden Pflanzen im Vergleich zu der von kongenerischen einheimischen Arten kontrolliert werden. Da expandierende Pflanzenarten ein geringeres negatives Boden-Feedback als die einheimischen Schwesterarten aufweisen können, überprüften wir die Hypothese, dass die top-down-Kontrolle der wurzelfressenden Nematoden am stärksten bei den expandierenden Pflanzen wirken könnte. Um diese zu testen, kultivierten wir vier Paare von expandierenden und einheimischen Schwesterarten in Freilanderde, zu der wir Bodenmikroben, Nematoden oder Mikroarthropoden aus dem neuen Habitat hinzufügten. Die Hinzugabe von Mikroorganismen und Mikroarthropoden reduzierte die Anzahl wurzelfressender Nematoden, insbesondere wenn Mikroorganismen zugesetzt wurden. Entgegen unserer Erwartung war die Kontrolle der Nematoden in der Wurzelzone der expandierenden Pflanzenarten nicht stärker als bei den einheimischen Schwesterarten. Wir schließen, dass die top-down-Kontrolle der wurzelfressenden Nematoden sehr stark von der Pflanzenart abhängt und dass die top-down-Kontrolle dieser Nematoden in der Wurzelzone von expandierenden Pflanzenarten ebenso effektiv sein kann wie in der Wurzelzone ihrer einheimischen Schwesterarten.