Grazing and an invasive grass confound spatial pattern of exotic and native grassland plant species richness

Previous work has shown exotic and native plant species richness are negatively correlated at fine spatial scales and positively correlated at broad spatial scales. Grazing and invasive plant species can influence plant species richness, but the effects of these disturbances across spatial scales remain untested. We collected species richness data for both native and exotic plants from five spatial scales (0.5–3000 m2) in a nested, modified Whittaker plot design from severely grazed and ungrazed North American tallgrass prairie. We also recorded the abundance of an abundant invasive grass, tall fescue (Schedonorus phoenix (Scop.) Holub), at the 0.5-m2 scale. We used linear mixed-effect regression to test relationships between plant species richness, tall fescue abundance, and grazing history at five spatial scales. At no scale was exotic and native species richness linearly related, but exotic species richness at all scales was greater in grazed tracts than ungrazed tracts. Native species richness declined with increasing tall fescue abundance at all five spatial scales, but exotic species richness increased with tall fescue abundance at all but the broadest spatial scales. Severe grazing did not reduce native species richness at any spatial scale. We posit that invasion of tall fescue in this working landscape of originally native grassland plants modifies species richness-spatial scale relationships observed in less disturbed systems. Tall fescue invasion constitutes a unique biotic effect on plant species richness at broad spatial scales.

ZusammenfassungBisherige Arbeiten haben gezeigt, dass die Pflanzenartenvielfalt von exotischen und einheimischen Arten auf kleinen räumlichen Skalen negativ und auf großen räumlichen Skalen positiv miteinander korreliert sind. Die Beweidung und invasive Pflanzen können den Pflanzenartenreichtum beeinflussen, aber die Auswirkungen dieser Störungen wurden bisher nicht über räumliche Skalen getestet. Wir sammelten Daten zum Artenreichtum der einheimischen und exotischen Pflanzen auf fünf räumlichen Skalen (0,5m2 -3.000m2) in einem geschachtelten, modifizierten Whittaker Flächendesign in einigen beweideten und nicht beweideten nordamerikanischen Langgrassteppen. Wir registrierten außerdem die Abundanz eines invasiven Grases, des Rohrschwingels (Schedonorus phoenix (Scop.) Holub), auf der 0,5m2-Skala. Wir benutzten Regressionen mit gemischten Effekten um auf fünf räumlichen Skalen die Beziehung zwischen dem Pflanzenartenreichtum, der Rohrschwingelabundanz und der Beweidungsgeschichte zu testen. Der Artenreichtum der exotischen und einheimischen Arten stand auf keiner Skala in einer linearen Beziehung zueinander, aber der Artenreichtum der exotischen Arten war in beweideten Bereichen größer als in nicht beweideten Bereichen. Der Artenreichtum der einheimischen Arten nahm mit einer Zunahme der Rohrschwingelabundanz auf allen fünf Skalen ab, aber der Artenreichtum der exotischen Arten nahm mit der Rohrschwingelabundanz auf allen Skalen zu, außer auf der größten Skala. Starke Beweidung reduzierte den Artenreichtum der einheimischen Arten auf keiner räumlichen Skala. Wir postulieren daher, dass die Invasion des Rohrschwingels in dieser funktionierenden Landschaft aus ursprünglich einheimischen Steppenpflanzen die Artenreichtums-Raumskala-Beziehungen modifiziert, die in weniger gestörten Systemen beobachtet werden. Die Invasion des Rohrschwingels hat einen einzigartigen biotischen Effekt auf den Pflanzenartenreichtum auf großen räumlichen Skalen.