Institute for Aquatic Ecology, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research)
Participants
Király, Gergely Löki, Viktor Vincze, Timea Orsolya
Starting date
2018-10-01
Closing date
2020-09-30
Funding (in million HUF)
19.994
FTE (full time equivalent)
2.72
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A felszíni vizek jelentős ökoszisztéma szolgáltatásokat képviselnek, amelyet elsősorban az eutrofizálódás és a biológiai inváziók veszélyeztetnek. A biológiai invázió során a honos és idegenhonos fajok egymással versengenek a rendelkezésre álló forrásokért. A kutatási projektünk fő célja, hogy feltárjuk, hogy az élőhelyek milyen tulajdonságai és az egyes fajok milyen biológiai mechanizmusai irányítják ezt a kompetíciót. Két kutatási kérdést tervezünk megválaszolni az élőhelyi diverzitáshoz és a herbivória hatásaihoz kapcsolódóan. Általános kérdéseink, hogy az élőhelyi fajdiverzitása és az élőhelyek funkcionális diverzitása mennyire segíti vagy akadályozza idegenhonos fajok megtelepedését, illetve a klímaváltozás hogyan befolyásolja a honos és idegenhonos fajok kompetíciós képességeit. A feltett kutatási kérdéseket adatbázisokból kigyűjthető, valamint terepi és mikrokozmosz kísérletek során gyűjtött adatok elemzéséből tervezzük megválaszolni.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A klímaváltozás, a vizek eutrofizálódása és (túl)használata során a fajösszetételben jól ismert változások történnek. A hazai vizeket érő biológiai invázió mértékéről a terresztris élőhelyekhez képest igen kevés információval rendelkezünk. Sem az élőhelyi jellemzők sem a herbivória, mint szabályozó mechanizmus szerepével nem vagyunk tisztában. Feltételezzük, hogy nagy léptékben az élőhelyek magasabb funkcionális diverzitása megnehezíti az idegenhonos fajok megtelepedését. Feltételezzük, hogy a klímaváltozás hatására az inváziós fajok a herbivória jelentette kompetíciós nyomásra is eltérően válaszolnak az őshonos fajokhoz képest. Fő kutatási kérdéseink a következők: 1. Hogyan befolyásolja az élőhelyek faji- és funkcionális diverzitása az idegenhonos fajok megtelepedésének sikerességét? 2. A herbivor állatok számára ízletesebb e az idegenhonos fajok levele az őshonos fajokéhoz képest? 3. Hogyan befolyásolja a klímaváltozás a honos és idegenhonos fajok herbivóriával szembeni ellenálló képességét?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Kutatásunk alapkutatás, számos kapcsolódási lehetőséggel a gyakorlati természetvédelem és vízgazdálkodás felé. Az idegenhonos és inváziós fajok jelentős negatív hatással vannak a felszíni vizek ökológiai állapotára és ökoszisztéma szolgáltatásaira (pl. halászat, öntözés, turizmus, sport). A tervezett adatbázis alapú elemzés az élőhelyek inváziós nyomással szembeni ellenálló képességét vizsgálja. Itt nem a környezeti változók, hanem az élőhelyek diverzitási jellemzőinek szerepét vizsgáljuk. A tervezett mikrokozmosz kísérletek a honos- és idegenhonos fajok herbivóriával szembeni ellenálló képességéről szolgáltat majd új ismereteket. Az idegenhonos-inváziós makrofitonokkal Európában több kutatócsoport is végez kutatásokat, ugyanakkor a csoport kutatottsága messze elmarad a szárazföldi fajokéhoz képest. A mi vizsgálataink nem ütköznek, hanem kiegészítik más kutatócsoportok munkáját. A biológiai inváziók esetében kulcskérdés, hogy az élőhelyek mennyire ellenállóak az invázióval szemben, illetve a herbivória hogyan befolyásolja a fajok közötti kompetíciót.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A biológiai invázió, az idegenhonos fajok terjedése az őshonos fajok kárára, jelentős negatív hatást okoz az ökoszisztéma szolgáltatások rendszerében. A vizes élőhelyek esetében az idegenhonos fajok terjedése rontja a vizek ökológiai állapotát és csökkenti a vizek társadalmi használati értékét. A biológiai inváziót érintő kérdések kutatása ennek a folyamatnak a megállításához, a negatív hatások mértékének a csökkentéséhez szükséges ismereteket tud szolgáltatni. Az invazív fajokkal szembeni védekezés és megelőzés egyik lehetséges módja, hogy feltárjuk az élőhelyeknek milyen természetes ellenálló képességei vannak az invázióval szemben, illetve részleteiben megértsük a fajok közötti kompetíciót szabályozó mechanizmusokat. A tervezett kutatási projektben igyekszünk feltárni, hogy élőhelyeken mérhető növényi fajgazdagság és formagazdagság mennyire képes akadályozni az idegenhonos fajok megtelepedését. Vizsgáljuk továbbá, hogy a növényevő állatok milyen mértékben képesek befolyásolják a honos és idegenhonos fajok közötti kompetíciót, és a herbivória mértéke hogyan változik majd a klímaváltozás hatására.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Surface waters provide significant ecosystem services, which are threatened mostly by eutrophication and biological invasion. During invasion native and alien species compete with each other for the available resources. The main aim of our project is to investigate which habitat characteristics and which species traits drive the colonization and naturalization of alien macrophytes in the surface waters of the Pannonian Ecoregion. We gong to investigate two major questions of plant invasion. In general, we will investigate how habitat’s species diversity and functional diversity drive plant invasion, and how climate change will alter the competition ability of native and alien species. We plan to do large database analyses and conduct microcosm experiments.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Climate change, eutrophication and overuse have well known effects on species composition and alien species invasion on surface waters. However, compared to its terrestrial counterpart we have lack of information about the rate and effect of alien species invasion on freshwater ecosystems in the Pannonian Ecoregion. We have lack of knowledge how habitat’s characteristics and herbivory (as a biological driver) affect alien and native species competitive ability. We suggest that habitats higher functional diversity will make invasion more difficult for alien species. We hypothesised that herbivory act differently on alien and native species, and climate change will increase the sensitivity of native species against herbivory much more. The major question of our study is: 1. How the colonisation success of alien species depends on habitat’s species richness and functional diversity? 2. Do alien and native species differs in its leaf palatability? 3. How climate change will affect native and alien species defensive ability against herbivory?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Our project is a set of fundamental research questions on alien macrophytes. Alien and invasive macrophytes are considered as one of the major threat on surface waters biodiversity, ecological status and ecosystem services (e.g. fishing, tourism, irrigation). The main aim of our project is to investigate the resistance ability of habitats against invasion, and the resistance ability of species against herbivory. Several research group do alien macrophyte studies in Europe and Worldwide. However, in general we still have significant knowledge gaps about its ecology compared to its terrestrial counterparts. The proposed researches does not contrary to any others work, indeed, its complement their results.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Biological invasion i.e. the spreading of alien species at the expense of native species, cause serious negative effects on ecosystem services. Biological invasion decrease the ecological quality of surface waters and the overall value of lakes and ponds to human society. Research on biological invasion issues can promote valuable knowledge to stop or decrease their negative effects. To ensure protection or prevention s we have to understand what kind of habitat characteristics is required against the invasion, and to understand the mechanism that can drive species competition. The proposed project going to investigate how plant species richness and functional diversity can prohibit alien species colonisation. We will also investigate how herbivore animals can affect the competition between native and alien plants, and how the effect of herbivory can varied with climate change.
Final report
Results in Hungarian
A pályázatban a vízi növényeket érintő biológiai invázió két eddig nem, vagy csak érintőlegesen vizsgált hipotézisét teszteltük. A kutatás előtt nem volt ismert, hogy vannak e olyan jellegek amelyek a vízi növények inváziós képességeit képesek indikálni. Ehhez egy globális adatsoron vizsgáltuk 48 vízi és 280 terresztris idegenhonos növényfaj mintegy 48 653 rekordján keresztül hét növényi jelleg szerepét az invázió sikerében. A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy globális léptékben nézve a vízi és terresztris fajok sikerességében (elfoglalt terület nagysága) nem volt különbség. Ugyanazok a jellegek nevezhetők meg inváziót segítő jellegként a vízinövények esetében is, mint ami a terresztris fajokat is segítik. A vízi életmódnak köszönhetően azonban bizonyos jellegekben a vízi növények még extrémebb (kisebb vagy nagyobb) értékeket mutattak: a vízi növények még rövidebb hajtással és a levelek sokkal alacsonyabb szárazanyag tartalmával jellemezhetők, viszont a mag jellegeikben hasonlóak. Kimutattuk továbbá, hogy a természetes ellenségek hiánya szintén szerepet játszik az idegenhonos vízi növények sikerében.
Results in English
Our research identified invasive traits of aquatic plants and investigates whether alien aquatic plants suffer less by herbivory in their new habitat. In line with the two questions, we made two studies. (i) We made a global-scale analysis to identify invasion traits and find diversities and commonalities in traits between invasive aquatic and terrestrial plants. To that, we compiled a biotic dataset of 48 aquatic and 280 terrestrial species (n=48653) from the GBIF database. We made a fourth-corner-analyses using species data, trait data (collected from the TRY trait database) and climatic variables. Our preliminary analyses found that traits of alien aquatic plants are the same as terrestrial species, with the difference that their trait values are lies in the very extreme ranges. Alien aquatic plants have much lower values of leaf dry mass and specific leaf area than their terrestrial counterparts. (ii) We made a feeding experiment using pond snails as a herbivory animal. Our study proves the applicability of enemy release hypotheses on aquatic plants, alien macrophytes suffers less disturbance by herbivory animals, providing them with a significant advantage during competition with native species.
Lukács BA, E.-Vojtkó A, Erős T, Molnár VA, Szabó S, Götzenberger L.: Carbon forms, nutrients and water velocity filter hydrophyte and river-bank species differently: A trait-based study, JOURNAL OF VEGETATION SCIENCE 22: 12738, 2019
Szabó S, Peeters ET, Várbíró G, Borics G, Lukács BA: Phenotypic plasticity as a clue for the invasion success of the submerged aquatic plant Elodea nuttallii, PLANT BIOLOGY 21: (1) pp. 54-63., 2019
Szabó S., Peeters ETHM, Borics G., Veres Sz., Nagy P.T. & Lukács B.A.: The ecophysiological response of two invasive submerged plants to light and nitrogen, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, 2020
