Ecological effects of Cytisus scoparius invasion : a native or alien species?

Abstract

The number of alien invasive species is continually increasing, threatening the environment and economy and their management is challenging. For cases of cryptic invasions, it is not even known if a species is native or alien in the considered range. The aspects and processes of biological invasions are complex. Recent research has focussed on the introduction history of alien species and its effect on invasiveness. The introduction history affects the genetic structure of alien populations, which may play an important role in biological invasions. In this PhD project, we focus on the shrub Cytisus scoparius ((L.) Link) and its northernmost range expansion. We genetically analysed its populations at the expansion front, in Norway, to distinguish between natural expansion and human introductions. We further described its introduction history and suggested how that may affect its invasiveness. Further, we explored genetic patterns within its native range in Europe, and the interaction between native populations and alien populations in the native range. Finally, we observed the impact of C. scoparius on the vegetation composition of a threatened heathland ecosystem in the invaded range. We found evidence that C. scoparius has been introduced to Norway on multiple occasions and from a range of different origins, and that there are high levels of genetic admixture. This high propagule pressure and high genetic diversity probably increases invasion success. Further, the genetic patterns in the native range revealed that the different populations have been moved across the native range. This can cause admixture of the populations of different origins already in the species’ native range and serve as source for further introductions into the new range. Previous studies on C. scoparius in Denmark have suggested that a native and an introduced lineage are present. We further observed that these distinct populations hybridise and that the alien populations threaten the native population through genetic swamping. This will lead to the extinction of the native type and its phenotype of dwarfed growth. Our vegetation survey of a heathland in Norway revealed some changes in the presence of C. scoparius. In the presence of the invader, the cover of dwarf shrubs was reduced and the level of nitrogen availability was increased. Combining our results that C. scoparius is alien in Norway and that it impacts protected ecosystems, validates the need for its management.

Antall fremmede invaderende arter øker kontinuerlig. De truer miljøet, og skjøtselen av dem er utfordrende og ressurskrevende. Biologiske invasjoner er komplekse. Ved kryptiske invasjoner, er det usikkert om en art er stedegen eller fremmed i det undersøkte området. Nyere forskning har fokusert på introduksjonshistorien til fremmede arter og hvordan dette påvirker invasjonen. Introduksjonshistorien påvirker den genetiske strukturen til fremmede populasjoner, og dette kan være en viktig faktor ved biologiske invasjoner. I dette PhD-prosjektet, fokuserer jeg på den nordligste spredningen av busken C. scoparius. Ved å undersøke de nordligste populasjonene genetisk forsøker vi å skille mellom naturlig ekspansjon og menneskelige introduksjoner. Jeg beskriver hvordan introduksjonshistorien kan påvirke invasjonen av gyvel (Cytisus scoparius). Videre ble genetiske mønstre undersøkt innenfor det naturlige utbredelsområdet i Europa, og samspillet mellom stedegne populasjoner og innførte populasjoner i det naturlige utbredelsområdet ble undersøkt. Til slutt undersøkte vi effekten av C. scoparius på vegetasjonssammensetningen i et truet lynghei-økosystem i det invaderte området. Vi fant ut at C. scoparius har blitt introdusert til Norge ved flere anledninger og fra flere forskjellige områder, med høye nivåer av genetisk blanding. Det høye propagultrykket og det store genetiske mangfoldet øker trolig invasjonssuksessen. Genetiske mønstre i det naturlige utbredelsesområdet viste at de ulike populasjonene faktisk har blitt transportert rundt her. Dette kan føre til blanding av populasjoner av ulikt opphav allerede i artenes opprinnelige utbredelsesområde, og videre være kilde til videre introduksjoner i det nye området. Tidligere studier av C. scoparius i Danmark har antydet at vi både finner en stedegen og en introdusert populasjon. Vi fant ut at de ulike populasjonene hybridiserer og at den stedegne populasjonene er truet av genetisk innblanding fra den fremmede populasjonen. Dette fører til at den stedegne populasjonens fenotype med dvergformet vekst er truet av utryddelse. Vår undersøkelse av en lynghei i Norge viste at C. scoparius hadde en negativ påvirkning på vegetasjonen. Dekningen av dvergbusker ble redusert og tilgangen på nitrogen økte. Resultatene viser at C. scoparius er fremmed i Norge, den påvirker truede økosystemer, og det er tydelig behov for skjøtsel av disse områdene.