Spatial distribution and seed dynamics of invasive Mimosa pigra in Laguna Cartagena National Wildlife Refuge, Puerto Rico

Abstract

The Laguna Cartagena National Wildlife Refuge (LCNWR) in southwest Puerto Rico contains one of the most important freshwater wetlands on the island. Mimosa pigra is rapidly invading the site, information on how environmental variables (flooding and shade from grasses) affect seed dynamics may have management implications. For this study I mapped the spatial distribution of the species in the lagoon. Two large populations of M. pigra were found in LCNWR in two different areas of the refuge, one on the north side and the largest one on the southwest side, in which 162 clumps were recorded. The southwest side population is presumed to be the older one. Also, since the species was found near waterways and near refuge borders, I conducted a seed burial experiment in the greenhouse to determine the effects of water depth and shade on seed survival and germination. Seeds were collected from LCNWR in November 2012 and equal numbers of scarified and un-scarified seeds were sown into replicate trays. Each tray received one of three water treatments (moist soil, minimal flooding, and complete flooding). Shade treatments (shade from grass litter vs. no shade) were applied to half of each tray. A total of 2,400 seeds were sown and germination was measured every week for sixteen weeks. Overall 18% of seeds germinated in the study. Experimental results demonstrate that both shade and flooding reduced total seed germination over the course of the study. Seed germination under grass shade was nearly two times lower than unshaded (62% vs. 38%) while flooded conditions (either minimal or complete flooding) reduced germination by more than 50% when compared to un-flooded moist soil. In addition, I estimated Mimosa pigra seed bank composition in the field. Ten random transects of 20 m were constructed in areas of the southwest side of the lagoon where M. pigra shrubs were present and three soil cores were taken in each transect. Seed germination from the soil cores was quantified and seedlings identified to species. From the soil cores only two mimosa plants germinated. This indicates a low frequency of viable M. pigra seed in the soil, contrary to expectations. This may be due to changes in water flow of the lagoon or seed predation. The relative elevation and the flood duration of the lagoon may contribute to the distribution of the invasive species M. pigra in this area. A decrease in seed germination will be expected if the water levels of the lagoon are maintained high. Efforts to reduce M. pigra regeneration should potentially target areas that experience extended periods of moist soil without inundation and where shading is minimal.

Invasive species are changing ecosystems worldwide and their effects are particularly evident on islands. Tropical wetlands are often highly susceptible to invasion due to their long history of human-caused disturbance. Mimosa pigra is becoming a major invader of both wetlands and agricultural areas in Puerto Rico, but no previous work has focused on this species on the island. Las especies invasivas son causantes de cambios ecológicos a nivel mundial y sus efectos son particularmente evidentes en islas. Usualmente, los humedales tropicales son más susceptibles a invasiones debido a su larga historia de disturbios antropogénicos. En Puerto Rico Mimosa pigra está invadiendo humedales y áreas agrícolas; a pesar de esto ningún estudio de esta especie se ha realizado en la isla. El refugio natural de pesca y vida silvestre de Laguna Cartagena, localizado en el suroeste de Puerto Rico, contiene uno de los más importantes humedales de agua dulce de la isla. Mimosa pigra está invadiendo estos lugares rápidamente, por esta razón se necesita más información sobre variables ambientales (inundación y sombra por gramíneas) para ver el efecto de éstas sobre la dinámica de semillas. De este modo, variables como éstas pueden ser implementadas en planes de manejo para el control de dicha especie. Para este estudio, realicé un mapa de distribución espacial de la planta en la laguna. Se encontraron dos grandes poblaciones de la especie en diferentes áreas del refugio. La población más grande se encontró en el lado suroeste del refugio, en la cual se registraron 162 plantas; la otra población se registró en el norte del refugio. Se presume que la población registrada en el lado suroeste es la más antigua. Asimismo, estas poblaciones fueron reportadas en zonas cercanas a vías de agua a las líneas de borde del refugio. También conduje un experimento de enterramiento de semillas en un invernadero para determinar el efecto de profundidad de agua y sombra por gramíneas en la germinación y sobrevivencia de las semillas de M. pigra. Las semillas fueron colectadas en el refugio durante Noviembre 2012, 2,400 en total, la mitad de estas semillas fueron escarificadas por abrasión. Estas semillas fueron colocadas en bandejas las cuales recibieron uno de tres tratamientos de agua (suelo húmedo, inundación mínima e inundación completa). También se aplicaron tratamientos de sombra a la mitad de cada bandeja (sobra por gramíneas y no sombra). En general, 18% de semillas germinaron en el estudio. Resultados experimentales demuestran que tanto sombra y las inundaciones redujeron la germinación de semilla durante el transcurso del estudio. La germinación de semillas bajo la sombra de gramíneas era casi dos veces menor que sin sombra (62% vs. 38%), mientras que condiciones de inundación (inundación mínima o completa) redujeron la germinación de más del 50% en comparación con el suelo húmedo. En adición, se estimó la composición de Mimosa pigra en el banco de semillas en el campo. Se construyeron diez transectos de 20 metros al azar en áreas de la parte suroeste de la laguna donde arbustos M. pigra estaban presentes y se colectaron tres muestras de suelo en cada transecto. Germinación de semillas formar las muestras de suelo se cuantificaron e identificaron. De las muestras de suelo sólo dos plantas de mimosa germinaron. Esto indica una baja frecuencia de semilla de M. pigra en el suelo, al contrario de lo que yo esperaba. Esto puede ser debido a cambios en el flujo de agua en la laguna o a la depredación de semillas. La elevación relativa y la duración de inundación de la laguna pueden contribuir a la distribución de la especie invasora M. pigra en esta área. Se esperaría una disminución en la germinación de las semillas, si los niveles de agua se mantienen altos en la laguna. Los esfuerzos para reducir la regeneración de M. pigra deben dirigirse potencialmente a áreas que experimentan largos períodos sin inundación y donde la sombra es mínima.