Trait differences between naturalized and invasive plant species independent of residence time and phylogeny

Abstract

The ability to predict which alien plants will transition from naturalized to invasive prior to their introduction to novel regions is a key goal for conservation and has the potential to increase the efficacy of weed risk assessment (WRA). However, multiple factors contribute to plant invasion success (e.g., functional traits, range characteristics, residence time, phylogeny), and they all must be taken into account simultaneously in order to identify meaningful correlates of invasion success. We compiled 146 pairs of phylogenetically paired (congeneric) naturalized and invasive plant species in Australia with similar minimum residence times (i.e., time since introduction in years). These pairs were used to test for differences in 5 functional traits (flowering duration, leaf size, maximum height, specific leaf area [SLA], seed mass) and 3 characteristics of species’ native ranges (biome occupancy, mean annual temperature, and rainfall breadth) between naturalized and invasive species. Invasive species, on average, had larger SLA, longer flowering periods, and were taller than their congeneric naturalized relatives. Invaders also exhibited greater tolerance for different environmental conditions in the native range, where they occupied more biomes and a wider breadth of rainfall and temperature conditions than naturalized congeners. However, neither seed mass nor leaf size differed between pairs of naturalized and invasive species. A key finding was the role of SLA in distinguishing between naturalized and invasive pairs. Species with high SLA values were typically associated with faster growth rates, more rapid turnover of leaf material, and shorter lifespans than those species with low SLA. This suite of characteristics may contribute to the ability of a species to transition from naturalized to invasive across a wide range of environmental contexts and disturbance regimes. Our findings will help in the refinement of WRA protocols, and we advocate the inclusion of quantitative traits, in particular SLA, into the WRA schemes.

Diferencia de Características entre Especies de Plantas Naturalizadas e Invasoras Independientes del Tiempo de Residencia y de la Filogenia

Resumen

La habilidad para predecir cuáles plantas exóticas harán la transición de naturalizadas a invasoras antes de su introducción a regiones nuevas es un objetivo clave para la conservación y tiene el potencial de incrementar la eficiencia de la evaluación de riesgo de hierbas (ERH). Sin embargo, múltiples factores contribuyen al éxito invasor de las plantas (p. ej.: características funcionales, características de cobertura, tiempo de residencia, filogenia) y todos deben considerarse simultáneamente para poder identificar correlaciones significativas del éxito invasor. Recopilamos en Australia 146 parejas de especies de plantas invasoras y naturalizadas emparejadas filogenéticamente (congéneres) y con tiempos de residencia mínima similares (es decir, el tiempo transcurrido desde su introducción en años). Estas parejas se usaron para probar diferencias en cinco características funcionales (duración de la floración, tamaño de la hoja, altura máxima, área específica de la hoja [AEH], masa de la semilla) y en tres características de cobertura nativa de las especies (ocupación de bioma, temperatura media anual y amplitud de pluviosidad) entre especies invasoras y naturalizadas. Las especies invasoras, en promedio, tuvieron una mayor AEH, periodos de floración más largos y fueron más altas que sus parientes congéneres naturalizadas. Las invasoras también exhibieron una mayor tolerancia a diferentes condiciones ambientales en su cobertura nativa, donde ocuparon más biomas y una mayor amplitud de pluviosidad y condiciones de temperatura que sus congéneres naturalizadas. Sin embargo, ni la masa de la semilla ni el tamaño de hoja difirieron entre las parejas de especies naturalizadas e invasoras. Un hallazgo relevante fue el papel de la AEH en la distinción entre las parejas naturalizadas e invasoras. Las especies con valores altos de AEH estuvieron asociadas típicamente con tasas mayores de crecimiento, pérdida rápida de volumen de material de hojas y periodos de vida más cortos que aquellas especies con AEH baja. Este conjunto de características puede contribuir a la habilidad de las especies para llevar a cabo la transición de naturalizada a invasora a lo largo de una amplia cobertura de contextos ambientales y regímenes de perturbación. Nuestros hallazgos ayudarán en la mejora de los protocolos de ERH, y abogamos por la inclusión de las características cuantitativas, en particular la AEH, en los esquemas de ERH.