Low allelopathic potential of an invasive forage grass on native grassland plants: a cause for encouragement?

Abstract

Tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.), a highly competitive European grass that invades US grasslands, is reportedly allelopathic to many agronomic plants, but its ability to inhibit the germination or growth of native grassland plants is unknown. In three factorial glasshouse experiments, we tested the potential allelopathic effects of endophyte-infected (E+) and uninfected (E−) tall fescue on native grasses and forbs from Midwestern tallgrass prairies. Relative to a water control, at least one extract made from ground seed, or ground whole plant tissue of E+ or E− tall fescue reduced the germination of 10 of 11 species in petri dishes. In addition, the emergence of two native grasses in potting soil was lower when sown with E+ and E− tall fescue seedlings than when sown with seeds of conspecifics or tall fescue. However, when seeds of 13 prairie species were sown in sterilized, field-collected soil and given water or one of the four tall fescue extracts daily, seedling emergence was lower in one extract relative to water for only one species, and subsequent height growth did not differ among treatments for any species. We conclude that if tall fescue is allelopathic, its inhibitory effects on the germination and seedling growth of native prairie plants are limited, irrespective of endophyte infection. On the other hand, the apparent inability of these plants to detect tall fescue in field soil could hinder prairie restoration efforts if germination near this strong competitor confers fitness consequences. We propose that lack of chemical recognition may be common among resident and recently introduced non-indigenous plants because of temporally limited ecological interactions, and offer a view that challenges the existing allelopathy paradigm. Lastly, we suggest that tall fescue removal will have immediate benefits to the establishment of native grassland plants. Der Rohr-Schwingel (Festuca arundinacea Schreb.) ist ein äußerst konkurrenzfähiges europäisches Gras, das in US-amerikanische Grasländer einwandert. Es ist Berichten zufolge allelopathisch gegenüber vielen Agrarpflanzen, aber seine Fähigkeit, die Keimung und das Wachstum einheimischer Graslandpflanzen zu hemmen, ist nicht bekannt. In drei faktoriellen Gewächshausexperimenten untersuchten wir die potenziellen allelopathischen Effekte von endophyteninfiziertem (E+) und nicht-infiziertem (E−) Rohrschwingel auf einheimische Gräser und Stauden der Hochstauden-Prärien des mittleren Westens. Im Verhältnis zu einer Wasserkontrolle reduzierte mindestens ein Extrakt, das aus gemahlenen Samen oder gemahlenen Gewebe ausgewachsener Pflanzen der E+ oder E− Rohrschwingel gewonnen wurde, die Keimung von 10 der 11 Arten in Petrischalen. Darüber hinaus war das Auflaufen von zwei einheimischen Grasarten im Vergleich geringer, wenn sie zusammen mit E+ und E− Rohr-Schwingelsetzlingen gesät wurden als wenn sie zusammen mit Samen der eigenen Art oder von Rohr-Schwingel gesät wurden. Wurden Samen von 13 Präriearten in sterilisiertem, im Feld gesammelten Boden gesät und täglich mit Wasser oder einem der vier Rohr-Schwingelextrakte versorgt war jedoch das Keimlingsaufkommen bei einem Extrakt im Verhältnis zu Wasser nur bei einer Art geringer. Bei keiner Art unterschied sich das darauf folgende Größenwachstum zwischen den Behandlungen. Wir folgern daraus, dass wenn Rohrschwingel allelopathisch ist, dann sind seine Auswirkung auf die Keimung und das Keimlingswachstum von einheimischen Präriepflanzen unabhängig von der Endophyteninfektion begrenzt. Auf der anderen Seite könnte die offensichtliche Unfähigkeit dieser Pflanzen Rohr-Schwingel im Freilandboden zu erkennen die Bemühungen um die Wiederherstellung der Prärie behindern, wenn die Keimung in der Nähe dieses starken Konkurrenten mit Konsequenzen für die Fitness verbunden ist. Wir vermuten, dass das Fehlen der chemischen Erkennung unter einheimischen und kürzlich eingeführten, nicht-einheimischen Pflanzen aufgrund der zeitlich limitierten, ökologischen Interaktionen weit verbreitet ist und schlagen eine Sichtweise vor, die das existierende allelopathische Paradigma herausfordert. Als Letztes behaupten wir, dass die Entfernung von Rohr-Schwingel einen sofortigen positiven Effekt auf die Etablierung einheimischer Graslandpflanzen haben wird.