Conversion of natural grasslands for agricultural uses and intensification of agricultural production has been a major cause of natural ecosystem fragmentation and biodiversity loss. Diversifying agricultural landscapes by adding semi-natural grasslands can potentially help couple agricultural production (i.e., providing food, fiber, and energy to a growing human population) with environmental stewardship, enhancing ecosystem health, and increasing biodiversity. To ensure long-term ecological benefits of buffers and to maintain them as suitable habitat for prairie-associated species, periodic disturbance is required to keep buffers in an early-successional grassland plant community. In this dissertation, I fill knowledge gaps about biodiversity of semi-natural grassland buffers within agroecosystems. I investigate influence of prairie-history on buffer forb communities and effects of disking and burning on semi-natural grassland buffer plant and butterfly communities. I also investigate suitability of using butterflies as surrogates of birds and plants on semi-natural grassland buffers. Prairie-history influenced buffer forb communities, and disking increased forb richness and abundance. Disturbance guild butterflies responded positively to disking, most likely due to increased availability of nectar-rich plants. Grassland guild butterflies were not impacted negatively by disking or burning. Responses of plants and butterflies to disking and burning varied between sampling years. Effects of disking in fall 2007 persisted for two growing seasons, but I observed little effects of disking in fall 2008. Butterflies, with the possible exception of Pearl Crescent, were unsuitable as surrogates for birds. In contrast, butterflies, including Pearl Crescent, showed suitable or marginally suitable correlations with plants. Results of my study should help agricultural producers accomplish environmental conservation objectives and provide science-based information for developing and refining USDA practice standards and policy.

Many barriers can limit restoration success. In the first chapter of this thesis, the barrier of strong seed dormancy is addressed. While dormancy benefits the species' long-term survival, it can present a challenge within a restoration scenario where rapid establishment is required. Soaking seeds in gibberellic acid (GA3) can overcome dormancy. An easier and potentially more effective method to apply this hormone is to coat seeds with a GA3-impregnated polymer, which provides a slow release of the hormone. Seed dormancy can also be mitigated by creating a favorable microsite with increased soil moisture. We compared the emergence and establishment of penstemon seeds that were coated with GA3 to uncoated seeds planted in shallow drill rows versus deep, U-shaped furrows. These treatments were evaluated in fall and spring plantings at three field sites in the Great Basin Region of the United States. Overall, coating with GA3 improved the emergence and establishment of Palmer's penstemon (Penstemon palmeri; p < 0.01) and thickleaf penstemon (P. pachyphyllus; p < 0.001) but did not improve the emergence or establishment of firecracker penstemon (P. eatonii; p = 1). Between planting seasons, fewer seedlings emerged or established from spring than from fall planting (p < 0.001). Emergence and establishment were higher for all species in deep furrows than in shallow drill rows (p < 0.001). These results indicate that GA3 seed coating and deep, U-shaped furrows may improve the restoration success of some native forbs. Land managers could use these techniques to restore native forbs in dry, disturbed areas. The second chapter of this thesis addresses another barrier to successful restoration, specifically pathogenesis from soil and seed-borne fungus. Survival and growth of native seeds and seedlings can be limited by soil and seed-borne pathogens. Fungicides can combat fungal pathogens, but in some studies, fungicide treatments were ineffective at improving seedling emergence. These studies cite dry conditions leading to low fungal presence as the cause of the ineffectiveness of fungicide treatments for some years and sites. This study tested if fungicide treatment effectiveness is indeed related to the amount of fungus in the soil. We analyzed the emergence and biomass of uncoated, blank-coated, and fungicide-coated bluebunch wheatgrass (Pseudoroegneria spicata) across five soil fungal levels. For both percent emergence and total biomass, uncoated seed performed best in autoclaved soil and declined with increasing level of fungus, but the level of fungus did not impact fungicide-coated seed. When grown in autoclaved, untreated, or low fungal soils, percent emergence and total biomass from fungicide-coated seeds was not different from uncoated seeds. However, in medium and high fungal soils, the percent emergence and total biomass from fungicide-coated seeds were more than two times greater than uncoated seeds (p < 0.05). These results indicate fungicide seed coatings can be effective at increasing restoration success for bluebunch wheatgrass, but the effectiveness of this treatment depends on the microbial environment of the planting site.

Not available / text

Thesis (M.S.)--Mississippi State University. Department of Wildlife and Fisheries. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Sagebrush plant communities are among the most threatened in North America. This project had two goals: to test how increased temperature affects native and nonnative forb species common to the Western sagebrush region and to evaluate land manager beliefs about changes in their ecosystems, including those affecting forb species. Native forbs Sphaeralcea munroana, Crepis acuminata, Linum lewisii, Penstemon palmeri, and Oenothera pallida and non-natives Erodium cicutarium and Lactuca serriola were each subjected to two treatments: experimental warming using open-top chambers and a control. Knowing how forbs used in restoration might respond to future conditions is both practical and economical information for land managers. Responses to an open-top chamber treatment suggest that S. munroana, L. lewisii, and P. palmeri may be resilient to predicted increases in temperature, while C. acuminata and O. pallida should be used with caution. As expected, temperature did not affect E. cicutarium fitness but did lead to earlier germination. This result supports the concept that competitive interactions between non-natives and natives could be compounded by increased temperature. Transplanted L. serriola was negatively affected by warming. Semi-structured phone interviews of range managers in Utah, Idaho, Nevada, Wyoming, Oregon, and Montana addressed demographics, local climate and land changes, and forb knowledge. Additionally, local long-term climate data sets were compared to responses. Most states respondents were evenly split about beliefs of climate change in their area (half said there were no changes, and have said they thought there were some changes). Montana was the exception; Montana’s recent increases in climate-related events may explain most of the managers noting changes. Managers that had more years at their job gave more qualified, but also more accurate climate answers. Managers saying there was no change tended to base their answers on recent weather conditions, while managers that said they did notice changes tended to base their answers on long-term patterns. Forbs typically were not viewed as an important indicator of ecosystem health or resilience. This study indicates restoration organizations might benefit from more specified outreach to managers which focuses on local climate, forbs (especially those known to be used by Greater sage-grouse), and solutions.

No description available.

Thesis (M.S.)--Montana State University--Bozeman, 2004. / Typescript. Chairperson, Graduate Committee: Roger L. Sheley. Includes bibliographical references (leaves 26-30).

Grünlandfutter mit einem hohen Ertrag und gutem Futterwert ist eine Grundvoraussetzung für die effiziente Produktion von wiederkäuenden Nutztieren. Im Zuge des prognostizierten Klimawandels werden sich die Niederschlagsmuster ändern und das Auftreten von Extremwetterereignissen, wie temporärer Trockenheit, wird sich erhöhen. Besonders produktives Grünland benötigt aber eine ausreichende und regelmäßige Wasserversorgung während der Wachstumsperiode. Deshalb werden die Futterproduktion von Grünland, die Ertragsstabilität und der Futterwert von temporärer Trockenheit beeinflusst werden. Aus diesem Grund sind Anpassungsstrategien nötig, um eine zukünftige und nachhaltige Grünlandfuttererzeugung zu sichern. Erhöhte pflanzliche Biodiversität wird oft als Möglichkeit angesehen, Funktionen von Ökosystemen, wie Produktivität und Futterwert, im Grünland zu verbessern. Es gibt eine fortlaufende Diskussion wie eine erhöhte Artenzahl auf Stress, besonders Trockenstress, reagiert und wie dabei Produktivität, Futterwert und Wassernutzung beeinflusst werden. Andere Untersuchungen zeigten, dass Artidentität und die Zusammensetzung der funktionellen Gruppen wichtige Faktoren für Produktivität und Futterwert sind. Auf Grund dessen haben wir von Juli 2009 bis Juni 2011 ein Trockenstressexperiment in einer Vegetationshalle durchgeführt. Verschiedene temporäre Trockenstressereignisse wurden in drei Aufwüchsen in zwei Vegetationsperioden durchgeführt. Die klimatischen Verhältnisse in der Vegetationshalle folgten normalen saisonalen Verläufen mit Frost im Winter und höheren Temperaturen im Sommer. Trockenstress wurde induziert, indem, nach einer anfänglichen Bewässerung, die Wasserversorgung für einen bestimmten Zeitraum eingestellt wurde. Die Wasserverfügbarkeit des Bodens konnte dabei immer kontrolliert werden. Für das Experiment wählten wir ertragsstarke und landwirtschaftlich nutzbare Arten des Grünlands der gemäßigten Zonen aus. Die Arten wurden in Monokultur und Drei- sowie Fünfartenmischungen gesät und enthielten die funktionellen Gruppen Leguminose (Trifolium repens L.), Gras (Lolium perenne L., Dactylis glomerata L.) und Kraut (Plantago lanceolata L., Taraxacum officinale F.H. Wigg. agg.). Der von uns gewählt Umfang der Artenzahl zeigte schon in anderen Biodiversitätsexperimenten einen Einfluss auf die Produktion. Untersucht wurden die Effekte von Artenzahl und funktionellen Gruppen auf Ertrag, Ertragsstabilität, Wassernutzung und Futterwert (Rohprotein, wasserlösliche Kohlenhydrate, neutrale und saure Detergenzienfasern). Als Indikatoren für die Ertragsentwicklung und die agronomische Wassernutzungseffizienz (Verhältnis von Ertrag zu Wasserverbrauch) dienten der Stickstoffertrag und die Stickstoffkonzentration der Bestände sowie δ13C Signaturen, sowohl mit unlimitierter Wasserversorgung als auch mit Trockenstress. Überdies führten wir 2009 ein Kurzzeitfeldexperiment auf einem alten Grünlandbestand auf dem Versuchsgut der Universität Göttingen in Reliehausen durch. In diesem Versuch wurde ebenso der Einfluss von Trockenstress und Artenzahl auf den Ertrag und die Wassernutzung untersucht. Unsere Daten zeigten, dass Trockenstress die Produktivität verringert und die Wassernutzung beeinflusst, beides abhängig von der Stärke des Stresses. Bei moderatem Stress war die agronomische Wassernutzungseffizienz unverändert oder stieg leicht an, bei starkem Stress verringerte sie sich jedoch. Der Stickstoffertrag und die Stickstoffkonzentration waren brauchbare Indikatoren für die agronomische Wassernutzungseffizienz, wohingegen δ13C weniger geeignet war. Die agronomische Wassernutzungseffizienz wurde von Stickstoff erhöht. Es gab keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss von Trockenstress auf den Futterwert. Saisonale Effekte hatten mehr Einfluss auf den Futterwert. Allgemein scheint der Ertragsrückgang wichtiger als die Veränderungen des Futterwerts zu sein. Die Artenzahl beeinflusste den Futterwert und die Ertragsstabilität über die Vegetationsperiode nicht. Mit Hilfe des “sampling effect“ (Probennahmeeffekt) können der manchmal positive Einfluss der Artenzahl auf den Ertrag und die agronomische Wassernutzungseffizienz und der Rückgang dieses Einflusses unter Trockenheit erklärt werden. Mit erhöhter Artenzahl stieg der Anteil der leistungsfähigen, aber trockenheitssensitiven Leguminose. Weiterhin gab es einen Hinweis, dass die Artenzahl die Geschwindigkeit des Wasserverbrauchs erhöht. Die Ergebnisse des Feldexperiments bekräftigten die Befunde bezüglich der Effekte des Trockenstresses, des Ertrages und der Wassernutzung. Aus diesen Gründen kann die „insurance hypothesis“ (Versicherungshypothese), die besagt, dass eine erhöhte Artenzahl Ökosystemfunktionen gegenüber Umweltveränderungen stabilisieren kann, nicht bestätigt werden. Jedoch waren die funktionellen Gruppen wichtige und bestimmende Faktoren der Leistung unter nicht Wasser limitierten Bedingungen und Trockenstress. Die Leguminose hatte besonders auf Ertrag, agronomische Wassernutzungseffizienz und Rohprotein einen positiven Einfluss, jedoch erhöhte sie auch den Wasserverbrauch und die saisonale Variabilität. Gräser stabilisierten den Ertrag und den Wasserverbrauch und erhöhten die wasserlöslichen Kohlenhydrate sowie die Faserfraktionen, während sie den Ertrag und die agronomische Wassernutzungseffizienz unter den stickstofflimitierten Bedingungen unseres Experiments verringerten. Die funktionelle Gruppe Kräuter zeigte ähnliche Ergebnisse bezüglich Ertrag und Wassernutzung, aber sie erhöhte das Rohprotein. Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass die vorhergesagte Zunahme von Trockenstressereignissen die Produktion reduzieren und die Wassernutzung ändern wird. Änderungen im Futterwert werden dabei weniger wichtig als der Ertragsrückgang sein. Für die Produktion, die Wassernutzung und den Futterwert wird die Artenanzahl weniger relevant sein als die funktionelle Zusammensetzung von Grünland. Deshalb wird eine angepasste Grasnarbenzusammensetzung für die Sicherung der Produktion von wiederkäuenden Nutztieren unter den Bedingungen des erwarteten Klimawandels Bedeutung erlangen.

Assembly is a process that shapes the abundance and identity of species in a community. Niche and neutral theory explain assembly processes with mechanisms driven by either species differences, or functional equivalence and stochastic dispersal. In 2017 I sampled vegetation and environmental variables at 59 sites in the Noxubee National Wildlife Refuge and Tombigbee National Forest of Mississippi to explore forest understory community assembly. I developed and assessed a framework of predictions concerning general patterns and underlying mechanism. Evidence of dispersal limitation and functional equivalence were expected under neutral theory. Local environmental characteristics, surrounding landscape variables, and fire were significant determinants of beta diversity. Dispersal was not a strong predictor of beta diversity. I found evidence of both niche complementarity and functional equivalence, as well as niche differences among common vines and an introduced vine (Lonicera japonica). Overall, the results were more congruent with predictions expected under niche theory.

This thesis explores the seed germination of seven wildflowers native to sub-alpine ecosystems. Wildflowers are an essential functional group in native plant ecosystems. Also known as forbs, these plants offer a myriad of benefits in addition to being aesthetically pleasing. They provide habitats for anthropods and small mammals, support native pollinator populations, and grow well with other plant functional groups (especially perennial grasses and shrubs). Healthy plant communities make use of the limited resources in our native ecosystems, competing with invasive species that can otherwise dominate the landscape. Germination involves the transition from seed to an actively growing plant. Following germination, the seedling relies on stored energy reserves until it becomes as an autotrophic organism. Because germination is irreversible, it is the most vulnerable period of the plant lifecycle. Seeds of sub-alpine plants typically have complex dormancy-breaking requirements before growth begins. Therefore, understanding factors that influence the germination is essential to understanding propagation for horticultural use as well as timing of seedings for ecological restoration. The first chapter investigates the germination behavior of two co-occurring Asteraceae species across an elevation gradient. Mules ear (Wyethia amplexicaulis) and arrowleaf balsamroot (Balsamorhiza sagittata) seeds were collected at low, mid, and high elevation locations then subjected to a number of cold stratification treatment lengths (4-20 weeks) Both showed variance in germination behavior between elevation collection locations, with higher locations exhibiting a longer stratification requirement. The second study was developed to determine methods for breaking dormancy in five wildflower species for which existing literature is nonexistent or lacking. Delphinium nuttalianum (low larkspur), Delphinium exaltatum (tall larkspur), Frasera speciosa (green gentian), Polemonium foliosissimum var. alpinum (Jacob's ladder), and Mimulus grandifloras (monkey flower) were selected for this study because they all have the potential for use in horticulture and restoration ecology applications. Three species (low larkspur, tall larkspur, and green gentian) required long-term cold stratification to break dormancy. Jacob's ladder required physical scarification to break dormancy, and monkey flower required the combination of constant temperature with light exposure to germinate. These findings indicate that 1) six of seven species should be autumn-planted, and that propagation for horticulture use for five of the species is a lengthy process involving several months; 2) propagation of monkey flower seeds include strict temperature and light requirements; and 3) while seeds collected from different locations have the same type of dormancy-breaking requirements, variation in the degree of seed dormancy has ecological relevance.