Project

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Exploring threshold dynamics in noxious plant invasion of Californian rangelands

Applicant Mariotte Pierre
Number 146538
Funding scheme Fellowships for prospective researchers
Research institution Dept. of Environmental Science, Policy and Management University of California, Berkeley
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Ecology
Start/End 01.04.2013 - 30.09.2014
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All Disciplines (2)

Discipline
Ecology
Environmental Research

Keywords (7)

prairies; espèces invasives; formation de patchs; dynamique des communautés; interactions sol-plantes; utilisation des terres; fonctionnement de l'écosystème

Lay Summary (French)

Lead
Les plantes invasives sont aujourd’hui considérées comme une des menaces les plus importantes pour la diversité des communautés végétales. En éliminant des espèces natives ou en modifiant les processus écosystémiques, elles représentent un danger pour les écosystèmes agricoles et naturels. Bien que l’écologie des invasions soit devenue récemment un axe majeur de recherche, les mécanismes permettant de comprendre pourquoi une espèce envahit un écosystème ne sont toujours pas totalement élucidés.
Lay summary

L’évolution des invasions biologiques est généralement exponentielle avec une succession d’état alternatif plus ou moins stables et de changements rapides. Les transitions entre un état stable et un état plus avancé d’invasion sont généralement dépendantes de l’échelle spatiale et des perturbations locales (feux, sécheresse, herbivorie) qui conditionnent l’établissement et l’expansion de patchs (local) à partir desquels se développe la contagion au niveau du paysage (régional). Les mécanismes d’invasion sont donc déterminés par différents facteurs qui créent des combinaisons complexes difficiles à comprendre avec une approche observationnelle.

Dans cette étude, nous utiliserons une approche expérimentale pour mettre en évidence, (i) l’importance du niveau de pâturage (différentes unités de bétail par hectares) dans l’établissement et l’expansion des patchs d’espèces invasives à différent stades (petit à grand patch) ; (ii) les processus de transitions qui conduisent à la contagion selon la taille des patch et leur connectivité (dispersion, expansion) ; et déterminer  (iii) des mesures efficaces de lutte en évaluant différentes intensités de feux sur différentes tailles de patch. Cette étude sera réalisée au centre de recherche SFREC (Californie) qui regroupe différentes prairies envahies par Taeniatherum caput-medusae (Tête de méduse). 

Ce travail de recherche permettra de valider et de redéfinir les généralités et prédictions sur la formation des patchs et la contagion spatiale par les espèces invasives, mais également de mieux comprendre les feedbacks qui apparaissent localement et causent une transition vers une invasion plus avancée au niveau plus global du paysage. Les résultats de cette étude auront aussi une grande importance pour la gestion de l’invasion puisque les méthodes de lutte utilisées actuellement dans les prairies californiennes ne sont encore pas suffisantes et peu adaptées aux différentes combinaisons de taille des patchs et de perturbation.


Direct link to Lay Summary Last update: 29.12.2012

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Cattle as Dispersal Vectors of Invasive and Introduced Plants in a California Annual Grassland
Chuong Julie, Huxley Jared, Spotswood Erica N., Nichols Liana, Mariotte Pierre, Suding Katharine N. (2016), Cattle as Dispersal Vectors of Invasive and Introduced Plants in a California Annual Grassland, in Rangeland Ecology & Management, 69, 52-58.
Positive litter feedbacks of an introduced species reduce native diversity and promote invasion in Californian grasslands
Mariotte Pierre, Spotswood Erica, Farrer Emily, Suding Katharine, Positive litter feedbacks of an introduced species reduce native diversity and promote invasion in Californian grasslands, in Applied Vegetation Science.
Separating sources of density-dependent and density-independent establishment limitation in invading species
Spotswood Erica N., Mariotte Pierre, Farrer Emily C., Nichols Liana, Suding Katharine N., Separating sources of density-dependent and density-independent establishment limitation in invading species, in Journal of Ecology.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
UC Berkeley United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
EPFL Lausanne Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Ecological Society of America (ESA), 100th Annual Meeting Talk given at a conference Disturbance effects on population growth in two invasive grasses in a California grassland 08.08.2015 Baltimore, Maryland, United States of America Mariotte Pierre;
2014 Ecological Society of America Annual Meeting Talk given at a conference Ecological filters constrain recruitment in four introduced annual plants in a California grassland 10.08.2014 Sacramento, United States of America Mariotte Pierre;
2014 Ecological Society of America Annual Meeting Talk given at a conference Plant-soil feedback mechanisms in medusahead invasion in Californian grasslands 10.08.2014 Sacramento, CA, USA, United States of America Mariotte Pierre;
2014 Ecological Society of America Annual Meeting Poster Precipitation effects on plant composition in California rangelands 10.08.2014 Sacramento, United States of America Mariotte Pierre;


Abstract

The occurrence of alternative states and thresholds has become a central issue at the interface of basic and applied ecology. Alternative states represent major shifts in ecosystem function due to changes in abundance and composition of dominant species, and associated biological and physical processes. Recent evidence suggests that cross-scale interactions may be critical to understanding catastrophic spread in patchy systems, including invasive species. The objectives of this project are to determine how feedbacks between fine-scale processes, landscape level transitions and threshold dynamics influence the establishment of noxious weed invasion. In this project, we will use the noxious weed Medusahead (Taeniatherum caput-medusae) that is target for management intervention in Californian rangelands. Indeed, weed infestations by Medusahead on annual rangeland can reduce forage production by 75-80%, severely comprising the economic vitality of these agroecosystems. In this study, we will utilize seed addition experiments, in the Sierra Foothills Research Extension Center, to establish populations of different densities. Then, we will follow population dynamics, spatial spread and movement of livestock in order to uncover how processes at fine and landscape scales interact to create conditions under which pastures can become invaded. In addition, we will manage fire experiments, with five levels, at four different plant patch sizes to evaluate burn effectiveness at different scales. Overall, we will test the generalities and predictability of patch formation and spatial contagion, widely thought to be critical components of abrupt and sudden threshold effects, in weed invasion. Our goal is to identify key pasture conditions under which transitions to pasture wide dominance are most likely, so that managers can avoid land use practices most likely to trigger difficult to reverse shifts.
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