Differences in phenology between non‐native C4 grasses and native C3 and C4 grasses in a seasonally dry ecosystem

• Published in: Austral ecology Vol. 49; no. 12
• Main Authors: Pereyra Almena, Martín, Ferreras, Ana E., Giorgis, Melisa A.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Richmond Blackwell Publishing Ltd 01.12.2024
• Subjects: aboveground biomass; climate; ecosystems; exotic; Flowering; fruiting; Fruits; Grasses; Indigenous species; Introduced species; invasions; Invasive species; Melinis repens; Metabolic pathways; Metabolism; Native species; Phenology; Plant species; Poaceae; reproduction; species; temperature
• ISSN: 1442-9985; 1442-9993
• DOI: 10.1111/aec.70017

Plant species phenology is an important driver of invasions in seasonal climates. The phenology of non‐natives is generally uncoupled from that of native species. Grasses cover a large proportion of the land surface and are important invaders around the world. Interestingly, the phenology of native and non‐native grasses could be modulated by the different metabolic pathways. We aimed to compare the vegetative and reproductive phenology of invasive C₄ grasses with that of coexisting native C₃ and C₄ grasses and to explore the relationship between phenology and climate. We recorded the onset, duration and synchronicity of vegetative and reproductive phenology (flowering and fruiting) during 1 year. Native C₃ grasses had 50% of their above‐ground biomass green earlier and remained in that state for a longer period than non‐native and native C₄ grasses. Flowering and fruiting occurred earlier in non‐native C₄ grasses than in native C₄ grasses. The flowering period was longer in non‐native C₄ than in native C₃ and C₄, with the non‐native Melinis repens (Poaceae), a highly invasive species worldwide, accounting for most of the difference. Non‐native C₄ tended to exhibit a lower flowering and fruiting synchrony than both native C₃ and C₄ species. Finally, reproductive and vegetative phenology was positively associated with temperature, while precipitation was mostly associated with C₄ species. The uncoupled vegetative phenology observed could be related to differences in metabolism among the studied species, while the uncoupled reproduction between non‐native and native C₄ grasses could be due to an advantage in resource use by non‐native species. Our work provides the first insight into the possible role of the species origin and metabolic pathways in the vegetative and reproductive phenology of invasive non‐native C₄ and native C₃ and C₄ grasses. Finally, we suggest future directions to elucidate these processes. Resumen La fenología de las especies de plantas es un importante impulsor de las invasiones en climas estacionales. De hecho, las especies exóticas generalmente presentan una fenología desacoplada de las especies nativas. Las gramíneas cubren una gran parte de la superficie terrestre y son invasoras importantes en todo el mundo. El desacoplamiento fenológico entre gramíneas nativas y exóticas también podría ser modulado por las diferencias en las vías metabólicas. Por lo tanto, nuestro objetivo fue comparar la fenología vegetativa y reproductiva de pastos invasores C₄ con pastos nativos C₃ y C₄ coexistentes y explorar la relación entre la fenología y el clima. Durante un año, se midieron el inicio, la duración y la sincronicidad de la fenología vegetativa y reproductiva (floración y fructificación). Los pastos nativos C₃ tuvieron el 50% de su biomasa aérea verde más temprano y permanecieron en ese estado por más tiempo que los pastos C₄ exóticos y nativos. El inicio de la floración y fructificación de los pastos exóticos C₄ fue anterior al de los pastos nativos C₄. La floración en los pastos exóticos C₄ fue más extensa que en los pastos nativos C₃ y C₄; la diferencia estuvo dada por la especie exótica Melinis repens (Poaceae), una especie altamente invasora en todo el mundo. La sincronicidad de la floración y fructificación de los pastos exóticos C₄ fue menor que la de ambos grupos nativos, C₃ y C₄. Finalmente, la fenología reproductiva y vegetativa estuvo asociada positivamente con la temperatura, mientras que la precipitación se asoció principalmente con la fenología de las especies C₄. El desacoplamiento vegetativo podría estar relacionado con los distintos metabolismos de las especies estudiadas, mientras que el desacoplamiento reproductivo entre los pastos exóticos y nativos C₄ podría ser el resultado de una ventaja en el uso de recursos de las especies exóticas. Nuestro trabajo proporciona una primera visión del posible papel del origen y las vías metabólicas en la fenología vegetativa y reproductiva de los pastos exóticos invasores C₄ y los pastos nativos C₃ y C₄. Finalmente, sugerimos direcciones futuras para dilucidar estos procesos. Uncoupled plant phenology is common between non‐native and native plant species and may explain invasions in seasonal climates. Comparing species of grasses with different metabolic pathways in central Argentina, we found that, at the vegetative phenology, there was not complete uncoupling due to a phenological overlap between non‐native C₄ and native C₄. During reproductive phenology, uncoupled flowering and fruiting were detected between non‐native C₄ and native C₄ grasses.