Impact of invasive N-fixing tree species on soil dynamics

Abstract

Invasive species cause impacts around the world affecting native communities through competition, hosting diseases and altering soil dynamics. Loss of native species and altered ecosystem services often result from invasion. Invasive species are often linked to their close association with humans, high dispersal rate, high reproductive capacity and wide range of adaptations. In Puerto Rico, historical deforestation for agricultural use and subsequent field abandonment left space for invasive species to establish and in most cases changed the forest species composition. Many of these invasive tree species (ITS) are N-fixing. This research looked at the ecosystem changes that occur when ITS are removed by bulldozing compared to areas with established ITS and planted native tree species. Bulldozing altered nutrient dynamics. Reference native (RN) plots had little variability and lower values (101.16 μN/10cm2/4weeks) of total N flux compared to the N-fixing tree plots (339.93 μN/10cm2/4weeks), which seemed to reflect the impact of invasive N-fixing trees in soil N flux. Total N flux, which was driven by nitrate, was higher in bulldozed plots compared to the reference native site and it increased during the dry season for all treatments. As herbaceous vegetation become established in bulldozed plots, available N decreased possibly due to plant uptake (or denitrification). High N:P flux ratios (60.0) suggested that additional nitrogen input from invasive trees could lead to phosphorus limitation, altering the soil nutrient cycle. Thus, the N-fixing tree species altered soil dynamics, and management by bulldozing can lead to ecosystem consequences. Management plans should consider these effects in restoration efforts so that N is not lost. Thus bulldozing should not be used as the only management practice when restoring an area. The restoration or management plan should include many factors like planting native species, watering new species and how to control grass.

Las especies invasoras causan impactos alrededor del mundo, afectando negativamente las comunidades por competencia, como albergue de enfermedades y alterando la dinámica de suelo, entre otras. La pérdida de especies nativas y las alteraciones en los servicios de ecosistemas comúnmente es el resultado de invasiones y están muchas veces relacionadas a su asociación con los humanos, por su alta capacidad de dispersión, alta capacidad reproductiva y su amplia adaptación y establecimiento. En Puerto Rico, la deforestación para el uso agrícola de las tierras y luego el abandono de estas ha dejado un amplio espacio donde las especies invasivas han logrado establecerse y en muchos casos han cambiado la composición de las especies en los bosques. Muchas de estas especies invasoras son fijadoras de nitrógeno y el “bulldozing” es la práctica de manejo más común, pero también impacta el suelo. Esta investigación pretendió ver los cambios que ocurrían en el ecosistema al eliminar estas especies, comparándolo con áreas con arboles fijadores de nitrógeno establecidos y áreas con arboles nativos. Se encontró que la alta precipitación afecto directamente la biomasa y cobertura de especies herbáceas al igual que el flujo de N y P y su relación (N:P). La eliminación de las especies altero la dinámica de nutrientes en el suelo. Las parcelas de referencia nativas (RN) presentaron poca variabilidad y valores más bajos (101,16 μN/10cm2/4semanas) del flujo total de N en comparación con las parcelas de árboles fijadores de N (339,93 μN/10cm2/4semanas), que parecían reflejar el impacto de las especies invasoras fijadoras de N en el flujo total de N. El nitrógeno total disponible, que está liderado por nitrato, fue más alto en las parcelas donde estaban establecidas las fijadoras y aumentaba en la época seca. A medida que la vegetación herbácea volvía a establecerse, el N disminuyo probablemente utilizado por las plantas o desnitrificado. Altos valores en la proporción N:P (60.0) sugiere adiciones de N debido a los arboles fijadores y puede llevar a limitación del fosforo, alterando así el ciclo de nutrientes en el suelo. Este estudio demuestra que la presencia de arboles fijadores de nitrógeno en efecto afectan la dinámica del suelo, pero en ambientes específicos pueden ser también una herramienta de manejo y restauración. La utilización del “bulldozer” como método de control debe ser parte de un plan multifactorial de manejo y no como única herramienta.