Experimental evidence for a delayed response of the above-ground vegetation and the seed bank to the invasion of an annual exotic plant in deciduous forests

Invasions by alien plants significantly affect native biodiversity and ecosystem functioning. We conducted a 5-year field experiment to investigate potential effects of the annual invasive plant Impatiens glandulifera on both the native above-ground vegetation and the soil seed bank in a deciduous forest in Switzerland. Eight years after the establishment of I. glandulifera, we set up plots in patches invaded by the alien plant, in plots from which the invasive plant had been manually removed and in plots which were not yet colonized by the invasive plant. We examined plant species richness, diversity and plant species composition in the above-ground vegetation and soil seed bank in all plots one year and five years after the initiation of the experiment. The 36 plots (3 plot types × 6 replicates × 2 sites) were equally distributed over two forest sites. Neither the native above-ground vegetation nor the soil seed bank was influenced by the presence of I. glandulifera one year after the start of the field experiment. After five years, however, plant species richness of both the above-ground vegetation and the soil seed bank was reduced by 25% and 30%, respectively, in plots invaded by the alien plant compared to plots from which I. glandulifera had been removed or uninvaded plots. Furthermore, plots invaded by the alien plant had a lower total seedling density (reduction by 60%) and an altered plant species composition in the soil seed bank compared to control plots. Our field experiment indicates that negative effects of the annual invasive plant on the native above-ground vegetation and soil seed bank of deciduous forests become visible with a delay of several years.

ZusammenfassungDie schnelle Ausbreitung invasiver Pflanzenarten kann die einheimische Biodiversität und die Ökosystemfunktionen negativ beeinflussen. Wir führten ein fünf Jahre dauerndes Feldexperiment durch, in welchem der potenzielle Einfluss der einjährigen invasiven Pflanze Impatiens glandulifera (Drüsiges Springkraut) auf die einheimische Vegetation und die vorhandene Samenbank in einem Laubmischwald in der Schweiz untersucht wurde. Acht Jahre nachdem die invasive Pflanze den Wald besiedelt hatte, installierten wir Untersuchungsflächen in Beständen von I. glandulifera, in Flächen in denen die invasive Art regelmässig von Hand entfernt wurde und in Flächen, welche noch nicht von der invasiven Art besiedelt waren. Die 36 Untersuchungsflächen (3 Typen × 6 Wiederholungen × 2 Standorte) waren gleichmässig über 2 Waldgebiete verteilt. Ein Jahr sowie 5 Jahre nach Beginn des Feldexperimentes erfassten wir die Anzahl Pflanzenarten, die Vielfalt und Zusammensetzung der Arten sowohl in der Bodenvegetation als auch in der Samenbank. Nach einem Jahr konnte kein Einfluss von I. glandulifera auf die Bodenvegetation und die Samenbank nachgewiesen werden. Nach einer Experimentdauer von 5 Jahren war hingegen die Anzahl Arten in der Bodenvegetation in den Untersuchungsflächen mit der invasiven Art um 25% und diejenige in der Samenbank um 30% reduziert im Vergleich zu den Untersuchungsflächen aus welchen die invasive Art entfernt wurde und den Untersuchungsflächen, welche noch nicht von invasiven Pflanzen besiedelt waren. Zudem wiesen Untersuchungsflächen mit I. glandulifera eine reduzierte Keimlingsdichte von einheimischen Arten (60%) und veränderte Artenzusammensetzung in der Samenbank im Vergleich zu den Kontrollflächen auf. Unser Feldexperiment zeigt, dass negative Effekte des einjährigen invasiven Springkrautes auf die Vegetation und auf die Samenbank erst mit einer Verzögerung von mehreren Jahren sichtbar wurden.