INTEGRATED MANAGEMENT OF THE INVASIVE SPECIES CIRSIUM ARVENSE, CANADA THISTLE, AND PHRAGMITES AUSTRALIS, COMMON REED: USING ECOLOGICALLY BASED CONTROL MEASURES AT EACH STAGE OF THE INVASION PROCESS

Invasive plant species threaten natural areas by reducing biodiversity and altering ecosystem functions. They also impact agriculture by reducing crop and livestock productivity. Millions of dollars are spent on invasive species control each year, and traditionally, herbicides are used to manage invasive species. Herbicides have human and environmental health risks associated with them; therefore, it is essential that land managers and stakeholders attempt to reduce these risks by utilizing the principles of integrated weed management. Integrated weed management is a practice that incorporates a variety of measures and focuses on the ecology of the invasive plant to manage it. Roadways are high risk areas that have high incidence of invasive species. Roadways act as conduits for invasive species spread and are ideal harborages for population growth; therefore, roadways should be a primary target for invasive species control. There are four stages in the invasion process which an invasive species must overcome: transport, establishment, spread, and impact. The aim of this dissertation was to focus on these four stages and examine the mechanisms underlying the progression from one stage to the next, while also developing integrated weed management strategies. The target species were Phragmites australis, common reed, and Cisrium arvense, Canada thistle. The transport and establishment risks of P. australis can be reduced by removing rhizome fragments from soil when roadside maintenance is performed. The establishment and spread of C. arvense can be reduced by planting particular resistant species, e.g. Heterotheca villosa, especially those that can reduce light transmittance to the soil. Finally, the spread and impact of C. arvense can be mitigated on roadsides through the use of the herbicide aminopyralid. The risks associated with herbicide drift produced by application equipment can be reduced by using the Wet-Blade herbicide application system.

Manual Control of Phragmites australis on Pondshores of Cape Cod National Seashore, Masachusetts, USA

The non-native, invasive genotype of the common reed ( Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel) has become a problem of significant proportions throughout wetlands of North America (Saltonstall 2001). Although attempts to suppress or eradicate Phragmites have utilized a wide variety of techniques, herbicides have generally been most effective (Marks et al. 1994). In the spring, mid-summer, and late summer of 2003, we attempted to opportunistically control Phragmites in five freshwater ponds within Cape Cod National Seashore (CCNS) by repeatedly severing stems underwater, at ground level.(PDF has 4 pages.)

辽河三角洲植被结构、功能及其驱动机制

辽河三角洲优越的植被生态系统维系着多种生态功能，使该地区成为全国著名的商品粮基地、造纸原料基地和旅游基地。但是，气候变化和人为干扰使得辽河三角洲的植被结构发生了显著变化，影响到植被功能的发挥。 为了应对气候变化和人为干扰对辽河三角洲植被造成的不利影响，本论文围绕植被结构和生产功能，从空间和时间方面，重点阐述了辽河三角洲植被的结构及其驱动机制；辽河三角洲植被生产功能及其驱动机制。 采用的研究方法包括遥感解译、样带调查和全面调查。通过遥感解译方法获取各植被类型的面积、分布及其变化信息，以研究植被的空间分布格局及其变化。通过样带调查方法，获取植被类型、土壤和水文等信息，并结合规范对应分析和偏相关分析等，研究植被空间分布格局的驱动机制。通过全面调查方法，获取植被净第一性生产力、粮食产量、土壤和水文等信息，并结合地理信息系统(GIS)的插值分析和相关分析等，研究植被生产功能的空间分布格局及其驱动机制。主要结论如下： 1. 植被组成和空间格局：辽河三角洲植被主要由自然湿地植被、人工湿地植被、自然旱地植被、人工旱地植被四大植被类型组成。其中，面积最大的3种植被是玉米、水稻和芦苇。四大植被类型以双台子河口为中心，基本上呈现半环状分布格局。 2. 植被空间格局变化：1988～2006年辽河三角洲植被空间格局发生了显著变化，主要植被类型分布趋于集中，形成了一些较大的斑块，而不是离散和破碎。从面积上看，水稻是面积增加最多的植被类型；玉米是面积减少最多的植被类型。从变化速率看，水稻、玉米和芦苇的变化幅度都较大，分别为33.2%、-16.1%和-23.2% 。 3. 植被空间格局形成机制：辽河三角洲植被分布格局不是由气候因子决定的，而是由土壤因子决定。土壤可溶性盐是决定植被分布格局最重要的环境因子，其次是土壤含水量。 4. 植被生产功能：辽河三角洲植被具有极高的生产力。其中，玉米、水稻和芦苇3种主要植被的地上净第一性生产力分别为30,485、18,248和17,440 kg/(ha•a)。玉米和水稻单位面积粮食产量也非常高，分别为14,813和10,365 kg/(ha•a)。 5. 植被生产功能年际变化：辽河三角洲植被生产力存在明显的年际波动。1992～2005 年间玉米和水稻粮食产量呈现显著的年际波动；1949～1990 年间芦苇产量不仅存在较明显的年际波动，而且呈现非常显著的增加趋势。 6. 植被生产功能年际变化的驱动机制：气候因子是玉米和水稻粮食产量年际变化的主要驱动因子，气候因子对玉米和水稻粮食产量的影响远远大于人为因子（农业人口、施肥量、灌溉面积）的影响。气候因子和人为因子对芦苇产量年际变化的影响都非常显著。在气候因子中，年日照数是驱动玉米产量年际波动的主导气候因子；年降水量是驱动水稻产量年际波动的主导气候因子；年蒸发量是驱动芦苇产量年际波动的主导气候因子。 7. 植被生产功能空间格局：植被地上净第一性生产力存在显著的空间差异，表现为一种环形空间分布格局，三角洲中部较低，四周地区较高。这种空间分布格局表明，在辽河三角洲，植被地上净第一性生产力最高的不是湿地植被，而是周围旱地植被。 8. 植被生产功能空间格局的形成机制：土壤含水量和海拔是驱动辽河三角洲植被生产力空间格局的主要因子；土壤盐度、土壤pH和土壤容重对植被生产力的空间格局影响不大。土壤营养元素(氮、磷、钾) 对植被生产力的空间格局几乎没有影响。

Le roseau commun (Phragmites Australis) influence-t-il la composition spécifique et le développement larvaire d'amphibiens?

Les plantes envahissantes sont considérées comme l'une des plus grandes menaces sur les espèces, mais leurs impacts sur les amphibiens demeurent peu connus. L’objectif de ce projet est de déterminer l’effet de l’établissement du roseau commun (Phragmites australis) sur la répartition des amphibiens et sur leur développement larvaire. Il est présumé que cette plante s'accapare l'espace et les ressources disponibles en produisant une importante biomasse, qu’elle peut modifier l’hydrologie des marais et la structure des communautés d’amphibiens. J’ai évalué les facteurs influençant la répartition des amphibiens selon les caractéristiques des étangs et du paysage dans 50 sites envahis ou non à divers degrés. Des expériences ont également été menées afin d’étudier les répercussions de trois densités de roseau sur des têtards de la Grenouille des bois (Lithobates sylvaticus) et sur la qualité de son habitat. Mes résultats suggèrent que le roseau à forte densité ralentit le développement larvaire de la grenouille des bois et influence les assemblages phytoplanctoniques. Cependant, il n’y a aucune relation entre la densité de la plante et la survie, la morphologie des têtards et les caractéristiques biotiques et abiotiques de l’eau. Dans notre aire d’étude, le paysage autour des étangs a une plus grande influence sur la répartition des amphibiens que l'établissement du roseau. Toutefois, la probabilité d’assèchement est plus élevée lorsque la plante est établie en grande quantité, ce qui, si l’envahissement s’intensifie, aura un effet néfaste sur la survie des têtards et mettra en péril la persistance des populations.

Effet de la salinité sur la compétition entre le roseau (Phragmites australis) et les quenouilles (Typha spp.)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Influence of plant species and richness on pollutant removal in treatment wetlands

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies.

Lutte intégrée au roseau commun : prévention, confinement et éradication

Les plantes envahissantes menacent la biodiversité ainsi que les activités humaines. Afin de les maîtriser, la pulvérisation d'herbicides est une méthode fréquemment employée en Amérique du Nord. Cette approche ne fait pas toujours consensus et est même parfois interdite ou restreinte, ce qui justifie le recours à d'autres options. Les alternatives peuvent toutefois s'avérer rares, comporter d'importantes limitations ou sont peu documentées. Cette étude vise à tester l’efficacité de méthodes permettant de maîtriser et de prévenir les invasions de roseau commun (Phragmites australis), l'une des plantes envahissantes les plus problématiques sur le continent nord-américain, tout en limitant au minimum l'utilisation d'herbicides. Le potentiel de quatre méthodes de lutte aux petites populations de roseau bien établies a d'abord été évalué : l’excavation avec enfouissement sur place, le bâchage, l’excavation avec enfouissement sur place combinée au bâchage, et la fauche répétée. Les résultats ont montré que l'excavation avec enfouissement sur place, avec ou sans bâchage, a entraîné une élimination presque totale des populations visées, ce qui est comparable ou supérieur à l'effet généralement obtenu avec la pulvérisation d'herbicide. Le bâchage avec des toiles opaques, maintenues pendant un an, a pour sa part entraîné une maîtrise partielle du roseau, suggérant qu'une application prolongée serait nécessaire pour l'éradication de la plante. La fauche répétée, exécutée à raison de cinq fauches par été pendant deux ans, a fourni une efficacité mitigée. Les résultats suggèrent néanmoins que la fauche pendant plusieurs années contribue à affaiblir la plante, ce qui pourrait aider à son confinement. Une méthode additionnelle a été expérimentée afin de traiter les tiges éparses de roseau tout en limitant les risques d'effets hors cibles, soit le badigeonnage manuel d’herbicide. Suite à ces tests, les résultats ont montré une diminution importante de la densité des tiges, ce qui suggère que la méthode est efficace afin d'éliminer les repousses après un traitement initial, et pourrait également être employée sur de jeunes populations clairsemées. L'effet d'un ensemencement préventif de plantes herbacées sur l'établissement de semis de roseau a également été étudié, suite à des traitements sur de vastes parcelles de sol nu. Les résultats suggèrent que la méthode est efficace afin de limiter la propagation du roseau par semences et qu'un suivi périodique suite à l'intervention serait suffisant afin de maintenir l'effet préventif.

Constructed wetland for treating aquaculture and industrial effluent

This project was a practical assessment of the giant reed Arundo donax in comparison with the common reed, Phragmites autralis, in gravel substrate-based horizontal subsurface flow constructed wetlands designed to treat agro-industrial effluent. Results indicated, the planted CWs were more effective at removing nutrients than the unplanted conrol CWs with A.donax produce larger amounts of biomass than P. australis planted CWs.

Seasonal dynamics of an aquatic macroinvertebrate assembly (Hydrobiological case study of Lake Balaton No. 2)

In 2002, 2003 and 2004, we took macoinvertebrate samples on a total of 36 occasions at the Badacsony bay of Lake Balaton. Our sampling site was characterised by areas of open water (in 2003 and 2004 full of reed-grass) as well as by areas covered by common reed (Phragmites australis) and narrowleaf cattail (Typha angustifolia). Samples were taken both from water body and benthic ooze by use of a stiff hand net. We have gained our data from processing 208 individual samples. We took samples frequently from early spring until late autumn for a deeper understanding of the processes of seasonal dynamics. The main seasonal patterns and temporal changes of diversity were described. We constructed a weather-dependent simulation model of the processes of seasonal dynamics in the interest of a possible further utilization of our data in climate change research. We described the total number of individuals, biovolume and diversity of all macroinvertebrate species with a single index and used the temporal trends of this index for simulation modelling. Our discrete deterministic model includes only the impact of temperature, other interactions might only appear concealed. Running the model for different climate change scenarios it became possible to estimate conditions for the 2070-2100 period. The results, however, should be treated very prudently not only because our model is very simple but also because the scenarios are the results of different models.

The signature of fine scale local adaptation in Atlantic salmon revealed from common garden experiments in nature

Understanding the extent, scale and genetic basis of local adaptation is important for conservation and management. Its relevance in salmonids at microgeographic scales, where dispersal (and hence potential gene flow) can be substantial, has however been questioned. Here we compare the fitness of communally-reared offspring of local and foreign Atlantic salmon Salmo salar from adjacent Irish rivers and reciprocal F1 hybrid crosses between them, in the wild ‘home’ environment of the local population. Experimental groups did not differ in wild smolt output but a catastrophic flood event may have limited our ability to detect freshwater performance differences, which were evident in a previous study. Foreign parr exhibited higher, and hybrids intermediate, emigration rates from the natal stream relative to local parr, consistent with genetically-based behavioural differences. Adult return rates were lower for the foreign compared to the local group. Overall lifetime success of foreigners and hybrids relative to locals was estimated at 31% and 40% (mean of both hybrid groups), respectively. The results imply a genetic basis to fitness differences among populations separated by only 50km, driven largely by variation in smolt to adult return rates. Hence even if supplementary stocking programs obtain broodstock from neighbouring rivers, the risk of extrinsic outbreeding depression may be high.

Prediction of breast cancer risk based on profiling with common genetic variants

BACKGROUND: Data for multiple common susceptibility alleles for breast cancer may be combined to identify women at different levels of breast cancer risk. Such stratification could guide preventive and screening strategies. However, empirical evidence for genetic risk stratification is lacking. METHODS: We investigated the value of using 77 breast cancer-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) for risk stratification, in a study of 33 673 breast cancer cases and 33 381 control women of European origin. We tested all possible pair-wise multiplicative interactions and constructed a 77-SNP polygenic risk score (PRS) for breast cancer overall and by estrogen receptor (ER) status. Absolute risks of breast cancer by PRS were derived from relative risk estimates and UK incidence and mortality rates. RESULTS: There was no strong evidence for departure from a multiplicative model for any SNP pair. Women in the highest 1% of the PRS had a three-fold increased risk of developing breast cancer compared with women in the middle quintile (odds ratio [OR] = 3.36, 95% confidence interval [CI] = 2.95 to 3.83). The ORs for ER-positive and ER-negative disease were 3.73 (95% CI = 3.24 to 4.30) and 2.80 (95% CI = 2.26 to 3.46), respectively. Lifetime risk of breast cancer for women in the lowest and highest quintiles of the PRS were 5.2% and 16.6% for a woman without family history, and 8.6% and 24.4% for a woman with a first-degree family history of breast cancer. CONCLUSIONS: The PRS stratifies breast cancer risk in women both with and without a family history of breast cancer. The observed level of risk discrimination could inform targeted screening and prevention strategies. Further discrimination may be achievable through combining the PRS with lifestyle/environmental factors, although these were not considered in this report.

Do cuckoos choose nests of great reed warblers on the basis of host egg appearance?

Prevailing theory assumes cuckoos lay at random among host nests within a population, although it has been suggested that cuckoos could choose large nests and relatively active pairs within host populations. We tested the hypothesis that egg matching could be improved by cuckoos choosing nests in which host eggs more closely match their own, by assessing matching and monitoring nest fate in great reed warblers naturally or experimentally parasitized by eggs of European cuckoos. A positive correlation between cuckoo and host egg visual features suggests that cuckoos do not lay at random within a population, but choose nests and this improves egg matching: naturally parasitized cuckoo eggs were more similar to host eggs as perceived by humans and as measured by spectrophotometry. Our results suggest a hitherto overlooked step in cuckoo-host evolutionary arms races, and have nontrivial implications for the common experimental practice of artificially parasitizing clutches.

Determining the role of environmental factors and disturbance in the distribution of reed canary grass within wetlands

Reed canary grass (Phalaris arundinacea L.) is an invasive species originally from Europe that has now expanded to a large range within the United States. Reed canary grass possesses a number of traits that allow it to thrive in a wide range of environmental factors, including high rates of sedimentation, bouts of flooding, and high levels of nutrient inputs. Therefore, the goals of our study were to determine if 1) certain types of wetland were more susceptible to Reed canary grass invasion, and 2) disturbances facilitated Reed canary grass invasion. This study was conducted within the Keweenaw Bay Indian Community reservation in the Upper Peninsula of Michigan, in Baraga County. We selected 28 wetlands for analysis. At each wetland, we identified and sampled distinct vegetative communities and their corresponding environmental attributes, which included water table depth, pH, conductivity, calcium and magnesium concentrations, and percent organic matter. Disturbances at each site were catalogued and their severity estimated with the aid of aerial photos. A GIS dataset containing information about the location of Reed canary grass within the study wetlands, the surrounding roads and the level of roadside Reed canary grass invasion was also developed. In all, 287 plant species were identified and classified into 16 communities, which were then further grouped into three broad groupings of wetlands: nonforested graminoid, Sphagnum peatlands, and forested wetlands. The two most common disturbances identified were roads and off-road recreation trails, both occurring at 23 of the 28 sites. Logging activity surrounding the wetlands was the next most common disturbance and was found at 18 of the sites. Occurrence of Reed canary grass was most common in the non-forested graminoid communities. Reed canary grass was very infrequent in forested wetlands, and almost never occurred in the Sphagnum peatlands. Disturbance intensity was the most significant environmental factor in explaining Reed canary grass occurrence within wetlands. Statistically significant relationships were identified at distances of 1000 m, 500 m, and 250 m from studied wetlands, between the level of road development and the severity of Reed canary grass invasion along roadsides. Further analysis revealed a significant relationship between roadside Reed canary grass populations and the level of road development (e.g. paved, graded, and ungraded).