Rapid, landscape scale responses in riparian tundra vegetation to exclusion of small and large mammalian herbivores

Abstract

Productive tundra plant communities composed of a variety of fast growing herbaceous and woody plants are likely to attract mammalian herbivores. Such vegetation is likely to respond to different-sized herbivores more rapidly than currently acknowledged from the tundra. Accentuated by currently changing populations of arctic mammals there is a need to understand impacts of different-sized herbivores on the dynamics of productive tundra plant communities. Here we assess the differential effects of ungulate (reindeer) and small rodent herbivores (voles and lemmings) on high productive tundra vegetation. A spatially extensive exclosure experiment was run for three years on river sediment plains along two river catchments in low-arctic Norway. The river catchments were similar in species pools but differed in species abundance composition of both plants and vertebrate herbivores. Biomass of forbs, deciduous shrubs and silica-poor grasses increased by 40–50% in response to release from herbivory, whereas biomass of silica-rich grasses decreased by 50–75%. Hence both additive and compensatory effects of small rodents and reindeer exclusion caused these significant changes in abundance composition of the plant communities. Changes were also rapid, evident after only one growing season, and are among the fastest and strongest ever documented in Arctic vegetation. The rate of changes indicates a tight link between the dynamics of productive tundra vegetation and both small and large herbivores. Responses were however not spatially consistent, being highly different between the catchments. We conclude that despite similar species pools, variation in plant species abundance and herbivore species dynamics give different prerequisites for change.

Produktive Pflanzengemeinschaften der Tundra, die sich aus einer Vielzahl von schnellwüchsigen Kräutern und Gehölzen zusammensetzen, ziehen mit hoher Wahrscheinlichkeit pflanzenfressende Säugetiere an. Eine solche Vegetation reagiert vermutlich schneller auf Herbivore unterschiedlicher Größe als bisher angenommen wurde. Verstärkt durch die sich gegenwärtig ändernden Populationen arktischer Säugetiere stellt sich die Frage nach den Einflüssen unterschiedlich großer Herbivore auf die Dynamik von produktiven Pflanzengemeinschaften der Tundra. Hier bestimmen wir die unterschiedlichen Effekte von Huftieren (Rentier) und Kleinsäugern (Rötelmäuse und Lemming). Ein großräumiges Ausschlussexperiment wurde über drei Jahre in den Sedimentationsebenen von zwei Flusstälern im niederarktischen Norwegen durchgeführt. Die Flusstäler ähnelten sich hinsichtlich der vorhandenen Arten, aber es gab Unterschiede hinsichtlich der Dominanzstruktur bei den Pflanzen und den herbivoren Wirbeltieren. Die Biomasse der Kräuter, Sträucher und silikatarmen Gräser nahm nach Herbivorenausschluss um 40–50% zu, während die Biomasse der silikatreichen Gräser um 50–75% abnahm. Somit verursachten sowohl additive als auch kompensatorische Effekte des Ausschlusses von Kleinsäugern und Rentieren diese bedeutsamen Unterschiede in der Dominanzstruktur der Pflanzengesellschaften. Die Veränderungen traten schnell ein, sie wurden nach nur einer Vegetationsperiode sichtbar und gehören damit zu den schnellsten und stärksten jemals für arktische Vegetation nachgewiesenen. Hierdurch kommt eine enge Verknüpfung zwischen der Dynamik der produktiven Tundra-Vegetation und kleinen und großen Herbivoren zum Ausdruck. Die Antworten waren indessen räumlich nicht einheitlich. Es gab große Unterschiede zwischen den Flusstälern. Wir schließen, dass trotz ähnlicher Artenpools, die Variabilität in der Abundanz der Pflanzenarten und in der Dynamik der Pflanzenfresserarten unterschiedliche Voraussetzungen für den Wandel schaffen.