Decomposition and biological colonization of native and exotic leaf litter in a Central Spain stream

Abstract

[EN] Riparian invasion by exotic trees may lead to changes in the quality of leaf-litter inputs to freshwater ecosystems. Leaflitter inputs are especially important in headwater streams, where aquatic food webs largely depend on the organic matter provided by the terrestrial vegetation. In a headwater stream of Central Spain, North of Guadalajara Province (Tagus basin) we compared the decomposition and biological colonization of leaf litter among two exotic (Ailanthus altissima Mill. Swingle and Robinia pseudoacacia L.) and two native trees (Fraxinus angustifolia Vahl. and Populus alba L.) co-existing in riparian zones.We hypothesized a lower biological colonization of exotic leaves due to organisms have not co-evolved with the exotic trees according to the Novel Weapons Hypothesis (NWH) and, consequently, lower decomposition rates of exotic leaves. To test our hypothesis, litter bags with different mesh sizes (coarse (C) and fine (F)), were used to distinguish between the total and microbial decomposition. The litter bags were placed in the stream and recovered after 2, 20, 39, 62 and 82 days of incubation. After each collection, we assessed the amount of remaining litter, analysed the nitrogen (N) and phosphorous (P) in the litter, identified the macroinvertebrates and quantified the fungal biomass. Consistent with our hypothesis, we found greater fungal biomass buildup on native leaves than on exotic leaves. However, decomposition rates (k) were species-specific, being the ranking in C-bags (A. altissima = F. angustifolia > P. alba > R. pseudoacacia) slightly different than in F-bags (A. altissima > F. angustifolia > P. alba > R. pseudoacacia). The k in both the C-bags and F-bags were correlated with leaf traits, such as lignin, acid detergent fibre (ADF) and lignin:P. There was not a clear effect of the exotic species on macroinvertebrate variables, but the contribution of macroinvertebrates to litter decomposition was lower in exotic litter than in native litter, as shown by a lower ratio between k in C-bags and k in F-bags (kC : kF). Our results supported that invasive species might impact both biological colonization and decomposition rates in stream ecosystems by the addition of different quality leaf litter when compared to native vegetation. The differences in the biological colonization may be explained by the NWH, but differences in the decomposition rates were better explained by litter quality.

[ES] La invasión de las riberas por árboles exóticos puede provocar cambios en la calidad de las entradas de hojarasca a los ecosistemas de agua dulce, especialmente importantes en arroyos de cabecera, donde las redes tróficas dependen en gran medida de los aportes de materia orgánica proporcionada por la vegetación terrestre. En un arroyo de cabecera del Centro de España, Norte de la provincia de Guadalajara (Cuenca del Tajo), comparamos entre la descomposición y colonización biológica de la hojarasca de dos árboles exóticos (Ailanthus altissima Mill. Swingle y Robinia pseudoacacia L.) y dos nativos (Fraxinus angustifolia Vahl. y Populus alba L.), que coexisten en zonas de ribera. Hipotetizamos que habrá una menor colonización biológica de las hojas exóticas debido a que los organismos del arroyo no han co-evolucionado con los árboles exóticos de acuerdo con la Hipótesis de las Nuevas Armas (NWH) y, por tanto, menores tasas de descomposición de éstas. Para testar nuestra hipótesis, se sumergieron en el arroyo bolsas de descomposición con distinta de luz de malla, gruesa (C) y fina (F) –usadas para distinguir entre descomposición total y microbiana– y se recuperaron después de 2, 20, 39, 62 y 82 días de incubación. Después de la recolección pesamos la cantidad de hojarasca remanente, analizamos el nitrógeno (N) y fósforo (P) de la hojarasca, identificamos los macroinvertebrados y cuantificamos la biomasa fúngica. De acuerdo con nuestra hipótesis, encontramos mayor biomasa fúngica acumulada en hojas nativas que en exóticas. Sin embargo, la tasa de descomposición (k) fue específica de la especie, siendo el ranking en las bolsas C (A. altissima = F. angustifolia > P. alba > R. pseudoacacia) ligeramente diferente al de las bolsas F (A. altissima > F. angustifolia > P. alba > R. pseudoacacia). Ambas k (en bolsas C y F) se correlacionaron con lignina, fibra ácido detergente (ADF) y lignina:P. No hubo un efecto claro de las especies exóticas sobre las variables de macroinvertebrados, pero la contribución de los macroinvertebrados a la descomposición fue menor en la hojarasca exótica que en la nativa, como muestra el menor ratio entre k en bolsas C y F (kC : kF). Nuestros resultados apoyan que las especies invasoras pueden impactar tanto la colonización biológica como las tasas de descomposición de la hojarasca en los ecosistemas de arroyos mediante el aporte de hojarasca de distinta calidad respecto de la vegetación nativa. Las diferencias en colonización biológica pueden ser explicadas por la NHW pero las diferencias en descomposición son mejor explicadas por la calidad de la hojarasca.