Abstract Mycorrhizal fungi are important contributors to the functioning of boreal forests, since they act in the bilateral carbon and nutrient transport between above- and belowground parts of the ecosystem. In ectomycorrhizal (ECM) symbiosis of woody host plants, both fungal and plant partners depend on resources provided by the other. A single tree may simultaneously host several ECM fungal partners, which greatly enhance the host's nutrient uptake. At the same time nearly 20% of host primary production is allocated to mycorrhizal fungi. Although fungi depend on host-derived carbon, it is poorly understood how reduced carbon availability, e.g., due to herbivory, affects the ECM fungal symbionts. In this thesis I studied the impact of simulated insect defoliation or mammal browsing on mycorrhizal fungi of boreal woody hosts. Quantitative and qualitative changes in biomass partitioning in different fungal compartments were detected. None of the experiments showed that defoliation or shoot clipping treatments reduced the intensity of ECM colonisation, while treatments often shifted fungal composition towards less biomass producing ECM morphotypes. Above- and belowground diversity in ECM symbionts tended to decrease due to shoot or foliar damage. In addition, in some cases defoliation also reduced fungal biomass in fine roots and decreased ECM sexual reproduction by reducing the number of sporocarps produced. Defoliation induced a similar response pattern in the host and in ECM fungi with a stronger response to increasing severity of treatment (e.g. degree of removed foliage or repeated years of defoliation). This was also confirmed when relating the effects of host and ECM fungal symbionts to defoliation using present and previously published data. The present results suggest that belowground adaptation of boreal trees to the changing environment is mediated by changes in fungal community or biomass partitioning. The lack of response in the intensity of ECM colonisation further emphasises the importance of the symbiosis to boreal trees.

La pollution de l’environnement est un problème croissant à l’échelle mondiale. La phytoremédiation est une technique in situ qui utilise les plantes et les micro-organismes qui leur sont associés pour extraire, dégrader ou immobiliser les contaminants environnementaux. Il s’agit d’une méthode moins coûteuse et moins nocive pour l’environnement que les autres techniques de restauration conventionnelles. Le cuivre est un élément trace (ET) souvent trouvé dans les friches industrielles ; il est peu mobile en raison de sa forte liaison avec la matière organique et les particules d’argile. Lorsqu’il est présent en excès, il est nocif pour la flore et la faune. Nous avons mené une expérience en conteneurs impliquant deux espèces distinctes, Brassica napus L., une plante agricole cultivée en grande quantité au Canada et Salix nigra 'S05', une espèce ligneuse à croissance rapide originaire du sud-est du Canada qui ont été cultivées ensemble ou séparément. Le but était de comparer leur potentiel de phytoremédiation de sol contaminé avec du cuivre suivant différentes concentrations. Pour les deux espèces, le cuivre était présent en plus grande quantité dans les racines. Nous avons constaté que la polyculture, en plus de produire le plus de biomasse en général, permettrait la stabilisation et l’extraction maximale de Cu et que l’arrachage de la plante entière serait le moyen le plus efficace d’assurer l’élimination maximale de Cu du sol. De nouvelles expériences devront être effectuées, car le déracinement des plantes présente de nouveaux défis et de nombreux autres facteurs doivent être étudiés et pris en considération. / Environmental pollution is a growing problem on a global scale. Phytoremediation, an approach that uses plants and their associated microorganisms to extract, degrade or immobilise environmental contaminants, is cheaper and less harmful to the environment compared to other conventional remediation techniques such as excavation. Furthermore, phytoremediation can help restore the ecological integrity of an ecosystem and allows for the revegetation of the sites. Copper is a trace element (TE) often found in brownfields which has a low mobility partly due to its strong bond with organic matter and clay particles. When present in excess, Cu is harmful to both flora and fauna. We experimented with two distinct species, B. napus L., an crop species which is grown in large quantities in Canada and S. nigra ‘S05’, a fast-growing woody species native to south eastern Canada in order to compare their phytoremediation potential in various levels of copper-contaminated soil when grown together or in monoculture. For both species, the copper was present in greater quantities in the roots as expected. We observed that the polyculture, in addition to producing the most overall biomass, would allow for the maximum stabilization and extraction of Cu of all treatments and that the removal of the entire plant would be the most efficient way of ensuring Cu removal from the soil. Further experiments will have to be done since the uprooting of plants would present new challenges and multiple other factors would have to be studied and taken into consideration.

Auf Kurzumtriebsplantagen in drei unterschiedlichen Regionen wurden Untersuchungen zur Biodiversität, zur Entwicklung der Bestände und zur Wirkung auf angrenzende Ackerfrüchte durchgeführt. Einer der wichtigsten Effekte von Flächen und Streifen mit schnellwachsenden Baumarten ist der Erosionsschutz. Die Vorteile für die Biodiversität lassen sich durch eine Mindestflächengröße, gestaffelte Bewirtschaftung und zusätzliche Grün- und Blühstreifen noch verstärken. Feldstreifen sind einer flächigen Nutzung vorzuziehen. Ein Einfluss der Feldstreifen auf die angrenzende Feldfrucht konnte nicht nachgewiesen werden. Die Veröffentlichung richtet sich vor allem an Bewirtschafter und Planer von Kurzumtriebsplantagen und Agroforstsystemen.

Während der letzten Jahre ist die mit Kurzumtriebsplantagen bestockte Fläche in Deutschland deutlich angestiegen. Derzeit geht man von etwa 5 000 ha aus [1]. Der Hauptteil dieser Flächen ist mit Pappeln bestockt, während Weiden einen geringeren Anteil einnehmen. In anderen Ländern wie Großbritannien oder Schweden ist das Verhältnis dagegen umgekehrt und es finden sich große, zusammenhängende Weidenkulturen. Hier tritt der Blaue Weidenblattkäfer (Phratora vulgatissima) schon seit Jahren als Hauptschadinsekt auf und verursacht die Entlaubung ganzer Plantagen. Auch in Deutschland ist der Blaue Weidenblattkäfer die am häufigsten vorgefundene Schadinsektenart an Weiden im Kurzumtrieb.

Mit dem wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung, Problemen mit der Kernenergie und begrenzten fossilen Energieträgern ergibt sich die Notwendigkeit, alternative ökonomische und nachhaltige Energiequellen zu suchen. Weiden und Pappeln im Kurzumtrieb können als Bestandteil des Erneuerbaren Energiemix eine Ergänzung zu wind- und sonnenscheinabhängigen Anlagen sein. Im Vergleich zu 1-jährigen Ackerkulturen haben sie geringere Ansprüche an Dünger, Herbizide, Pflanzenschutzmittel und die Bodenbearbeitung. Für die Umwelt- und Energiebilanz sind die im Herstellungsprozess eingesetzte Energie und der verwendete Dünger relevant. Auf Brandenburger Ackerstandorten war für die Kurzumtriebsgehölze Weiden und Pappeln bisher nicht sicher, ob der Einsatz des N-Düngers Kalkammonsalpeter zur Steigerung der Erträge führt und welche Umweltwirkungen damit verbunden sind. Deshalb wurde in Potsdam-Bornim ein randomisierter Blockversuch mit Weiden (Salix viminalis Klon Inger) und Pappeln (Populus maximovizcii x Populus nigra Klon Max 4) im Kurzumtrieb in 2-jähriger Rotation und 4 Wiederholungen auf durchschnittlich mit Nährstoffen versorgtem Brandenburger Ackerland auf Pseudogley-Braunerde mit schwach lehmigem Sand in den Düngestufen 0 kg N ha-1a-1, 25 kg N ha-1a-1, 50 kg N ha-1a-1 und 75 kg N ha-1a-1 angelegt. Zusätzlich wurde eine mit 50 kg N ha-1a-1 gedüngte Variante untersucht, die von Begleitflora frei gehalten wurde. In den ersten 4 Vegetationsjahren wurden die Ertragseinflüsse der mineralischen N-Düngung sowie die N-Auswaschung, die Pflanzengesundheit, die Begleitflora und die N2O-Emissionen erfasst. Die Begleitflora im ersten Rotationszyklus hatte einen signifikant negativen Einfluss auf die Erträge von Pappeln und Weiden. Die Menge an Begleitflora und deren N-Gehalte stiegen mit steigenden N-Düngemengen. Der N-Dünger führte im Gesamtuntersuchungszeitraum bei Pappeln und Weiden weder zu Mehrerträgen noch zu unterschiedlichen N-Gehalten in Blättern oder Stämmen, weil er zu großen Anteilen ausgewaschen oder von der Begleitflora aufgenommen wurde. Die düngeinduzierten N2O-Emissionen in Weiden- und Pappelparzellen lagen unter 0,3 kg N ha-1a-1. Der von den Weiden und Pappeln benötigte N wurde in den ersten 4 Jahren durch Deposition, Mineralisation, verlagertes N aus tieferen Bodenschichten, Mykorrhizierung, bakterielle N2-Fixierung sowie endophytische Bakterien bereitgestellt. Der Verzicht auf N-Dünger vermindert die Konkurrenz der Begleitflora um Wasser und Nährstoffe, die N-Auswaschungsverluste, düngeinduzierte Treibhausgasemissionen sowie die energieaufwendige Herstellung von synthetischem N. Die Pflanzengesundheit wurde durch die Düngung nur geringfügig beeinflusst. Am Versuchsstandort wurden Pappeln mehr durch Rost (Melampsora ssp.) und Blattfraß geschädigt als Weiden. Die Fraßschäden wurden hauptsächlich von Roten Pappelblattkäfern (Chrysomela populi) und Blauen Weidenblattkäfern (Phratora vulgatissima / Phratora ssp.) verursacht. Weiden wurden stärker von Zikaden befallen als Pappeln.

Mit dem wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung, Problemen mit der Kernenergie und begrenzten fossilen Energieträgern ergibt sich die Notwendigkeit, alternative ökonomische und nachhaltige Energiequellen zu suchen. Weiden und Pappeln im Kurzumtrieb können als Bestandteil des Erneuerbaren Energiemix eine Ergänzung zu wind- und sonnenscheinabhängigen Anlagen sein. Im Vergleich zu 1-jährigen Ackerkulturen haben sie geringere Ansprüche an Dünger, Herbizide, Pflanzenschutzmittel und die Bodenbearbeitung. Für die Umwelt- und Energiebilanz sind die im Herstellungsprozess eingesetzte Energie und der verwendete Dünger relevant. Auf Brandenburger Ackerstandorten war für die Kurzumtriebsgehölze Weiden und Pappeln bisher nicht sicher, ob der Einsatz des N-Düngers Kalkammonsalpeter zur Steigerung der Erträge führt und welche Umweltwirkungen damit verbunden sind. Deshalb wurde in Potsdam-Bornim ein randomisierter Blockversuch mit Weiden (Salix viminalis Klon Inger) und Pappeln (Populus maximovizcii x Populus nigra Klon Max 4) im Kurzumtrieb in 2-jähriger Rotation und 4 Wiederholungen auf durchschnittlich mit Nährstoffen versorgtem Brandenburger Ackerland auf Pseudogley-Braunerde mit schwach lehmigem Sand in den Düngestufen 0 kg N ha-1a-1, 25 kg N ha-1a-1, 50 kg N ha-1a-1 und 75 kg N ha-1a-1 angelegt. Zusätzlich wurde eine mit 50 kg N ha-1a-1 gedüngte Variante untersucht, die von Begleitflora frei gehalten wurde. In den ersten 4 Vegetationsjahren wurden die Ertragseinflüsse der mineralischen N-Düngung sowie die N-Auswaschung, die Pflanzengesundheit, die Begleitflora und die N2O-Emissionen erfasst. Die Begleitflora im ersten Rotationszyklus hatte einen signifikant negativen Einfluss auf die Erträge von Pappeln und Weiden. Die Menge an Begleitflora und deren N-Gehalte stiegen mit steigenden N-Düngemengen. Der N-Dünger führte im Gesamtuntersuchungszeitraum bei Pappeln und Weiden weder zu Mehrerträgen noch zu unterschiedlichen N-Gehalten in Blättern oder Stämmen, weil er zu großen Anteilen ausgewaschen oder von der Begleitflora aufgenommen wurde. Die düngeinduzierten N2O-Emissionen in Weiden- und Pappelparzellen lagen unter 0,3 kg N ha-1a-1. Der von den Weiden und Pappeln benötigte N wurde in den ersten 4 Jahren durch Deposition, Mineralisation, verlagertes N aus tieferen Bodenschichten, Mykorrhizierung, bakterielle N2-Fixierung sowie endophytische Bakterien bereitgestellt. Der Verzicht auf N-Dünger vermindert die Konkurrenz der Begleitflora um Wasser und Nährstoffe, die N-Auswaschungsverluste, düngeinduzierte Treibhausgasemissionen sowie die energieaufwendige Herstellung von synthetischem N. Die Pflanzengesundheit wurde durch die Düngung nur geringfügig beeinflusst. Am Versuchsstandort wurden Pappeln mehr durch Rost (Melampsora ssp.) und Blattfraß geschädigt als Weiden. Die Fraßschäden wurden hauptsächlich von Roten Pappelblattkäfern (Chrysomela populi) und Blauen Weidenblattkäfern (Phratora vulgatissima / Phratora ssp.) verursacht. Weiden wurden stärker von Zikaden befallen als Pappeln.

Les sols représentent une ressource non renouvelable qui soutient 95% de la production alimentaire mondiale. Cependant, les sols sont de plus en plus impactés par la pollution chimique anthropique, menaçant la santé humaine et l’environnement. Parmi les polluants les plus répandus dans les sols, l'arsenic est aussi l’un des plus dommageables pour la santé humaine, touchant près de 200 millions de personnes dans le monde. Pour limiter la contamination des sols, les approches conventionnelles de remédiation reposent principalement sur l'excavation et l'enfouissement des sols contaminés, mais sont incompatibles avec les grandes surfaces concernées par la contamination chimique, pouvant s’étendre sur des millions d’hectares. Une solution novatrice utilise les plantes et les microorganismes associés pour extraire, dégrader ou stabiliser les contaminants in situ dans une approche dite de phytoremédiation. L'exsudation d'une grande diversité de métabolites des racines dans le sol environnant serait un mécanisme essentiel qui permet aux plantes de tolérer et de détoxifier les contaminants du sol. Cependant, l’environnement chimique de la rhizosphère et les interactions complexes entre les exsudats racinaires et les contaminants restent largement inconnus. L'objectif de cette thèse est de faire progresser la compréhension de l'exsudation racinaire en réponse à la contamination et de son impact sur le devenir de l'arsenic dans la rhizosphère. Le Chapitre 1 rapporte un nouveau système de croissance à petite échelle, hautement reproductible, développé pour capturer et caractériser les exsudats racinaires. En utilisant une analyse métabolomique non ciblée basée sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse, l’espèce légumineuse Lupinus albus a été examinée pour identifier les différences significatives dans l’exsudation d’un large spectre de composés dans la rhizosphère. Cette approche a révélé les classes prédominantes de composés exsudés et leurs variations en réponse à la contamination, notamment les coumarines, connues pour être impliquées dans les stratégies d'acquisition de nutriments chez les plantes, ainsi que l'exsudation inattendue de phytochélatines, connues pour participer à la complexation et à la détoxification intracellulaire de l'arsenic. Pour confirmer l'exsudation des phytochélatines, une expérience supplémentaire a été menée et a permis de valider l'exsudation des phytochélatines comme mécanisme potentiel de tolérance à l'arsenic dans la rhizosphère. Le Chapitre 2 examine plus en détail les mécanismes d'exsudation des phytochélatines et leurs interactions avec l'arsenic chez Lupinus albus. Grâce à l'inhibition chimique des principales voies de synthèse et d'exsudation des phytochélatines, ce chapitre fournit les premières observations de l’exsudation active de complexes arsenic-phytochélatine chez les plantes, pouvant jouer un rôle critique dans la détoxification de l'arsenic. À partir de ces observations, le chapitre 2 propose une révision du modèle actuel d'efflux d'arsénite des racines et met en évidence l'exsudation de complexes arsenic-phytochélatine comme mécanisme jusque-là inconnu de détoxification chez les plantes. Dans le Chapitre 3, les différentes stratégies employées en réponse à la contamination à l'arsenic chez Lupinus albus et Salix miyabeana sont explorées en profondeur par différents essais en pots et à plus grande échelle, directement sur le terrain. Ces deux espèces, illustrant différents traits fonctionnels importants pour la phytoremédiation, révèlent des adaptations distinctes ainsi que des stratégies d’exsudation conservées en réponse à l'arsenic. Les résultats présentés dans ce chapitre révèlent en particulier le rôle central de l'exsudation de phytochélatines dans la rhizosphère de ces deux espèces, pourtant éloignées phylogénétiquement. Notamment, la découverte de complexes phytochélatine-arsenic dans la rhizosphère des deux espèces souligne l'importance des mécanismes extracellulaires dans la détoxification de l'arsenic chez les plantes. De plus, les mesures sur le terrain soutiennent les implications de l'exsudation des phytochélatines en tant qu’adaptation à l'exposition à l'arsenic en conditions réelles. En résumé, ce chapitre fournit de nouvelles perspectives sur l'interaction complexe entre les plantes et les sols lors de la phytoremédiation de l'arsenic. Dans l'ensemble, cette thèse présente de nouvelles stratégies d'exsudation chez deux espèces phytoremédiatrices majeures et apporte de nouvelles connaissances sur la façon dont l'investissement de ressources dans la rhizosphère peut aider les plantes à tolérer, voire à surmonter, l'effet de la pollution anthropique sur l'environnement. Comprendre ces interactions naturelles est essentiel pour aider à concevoir des stratégies de gestion durables des terres, visant à réduire l'impact à long terme des activités humaines sur les sols. / Soils represent a non-renewable resource supporting 95% of global food production. However, soils face increasing threats from anthropogenic chemical pollution, creating an environmental burden impacting human and environmental health worldwide. Arsenic is one of the most widespread soil contaminants, thought to affect over 200 million people globally and posing substantial threats to public health. To limit contamination of soils, conventional remediation approaches rely on soil excavation and burial, but are incompatible with the extensive problem of soil contamination, often impacting millions of hectares. An innovative solution is to use phytoremediation to harness plants' natural abilities to extract or degrade soil contaminants. The exudation of a wide diversity of metabolites from roots into the surrounding soil is thought to be an essential mechanism used by plants to modify challenging soil environments. However, the extent and variation of root exudation remains largely uncharacterised for many important crops. The objective of this thesis is to advance the understanding of root exudation in response to contamination and how it impacts the fate of arsenic in the rhizosphere. Chapter 1 reports a novel small-scale but highly reproducible growth system developed to capture and characterise root exudates. Using untargeted liquid chromatography-tandem mass spectrometry-based metabolomic analysis, the leguminous crop white lupin (Lupinus albus) was scrutinised to identify significant differences in exuded compounds within the rhizosphere. This approach revealed the predominant classes of exuded compounds in response to contamination, including coumarins, known to be involved in plant nutrient acquisition strategies, as well as unexpected phytochelatin exudation, known to participate in intracellular arsenic complexation and detoxification. A validatory experiment was conducted and confirmed the exudation of phytochelatins as a potential arsenic tolerance mechanism for rhizosphere detoxification. Chapter 2 further investigates the mechanisms of phytochelatin exudation and their interactions with arsenic in Lupinus albus. Through chemical inhibition of key root exudates synthesis and exudation mechanisms, this chapter provides the first evidence that plants actively exude arsenic-phytochelatin complexes, which may function as a critical step for arsenic detoxification and tolerance. From this evidence, Chapter 2 provides a tentative revision of the current model of arsenite efflux from roots and demonstrates that arsenic-phytochelatin exudation may be an active mechanism conferring arsenic tolerance. In Chapter 3, the different strategies employed in response to arsenic contamination in Lupinus albus and Salix miyabeana were extensively scrutinised in larger-scale pot and field trials, to capture the diversity of rhizosphere metabolites within constructed and real-world soils. These species, illustrating different important functional traits for phytoremediation, revealed distinct as well as more conserved root exudate adaptations to arsenic. Most importantly, the findings presented in this chapter reveal a conserved and pivotal role for extracellular phytochelatin exudation in the rhizosphere of these distantly related phytoremediating species. The discovery of phytochelatin-arsenic complexes in the rhizosphere of both species underscores the importance of extracellular mechanisms in plant arsenic detoxification. Furthermore, field assessments supported the real-world implications of phytochelatin exudation as an adaptive response to arsenic exposure. In summary, this chapter provides novel insights into the complex interplay between plants and soils in arsenic phytoremediation. Overall, this thesis presents novel exudation strategies in two major phytoremediation species and brings new knowledge on how investment of resources in the rhizosphere can help plants tolerate, or even overcome, the effect of anthropogenic pollution upon the natural environment. Understanding these mechanisms is vital to devise sustainable land management strategies to reduce the long-term impact of human activity on soils around the world.

L’augmentation du couvert arbustif est observée de façon généralisée à l’échelle circumpolaire en réponse aux effets directs et indirects des changements climatiques. Celle-ci causerait d’importantes transformations des environnements biotique et abiotique, principalement en réponse à l’augmentation en hauteur des arbustes au port érigé. Nous avons caractérisé la dynamique des espèces arbustives de la toundra arctique en réponse aux changements climatiques et au broutement du caribou migrateur. Pour ce faire, nous avons établi la dynamique des espèces arbustives dominantes et évalué expérimentalement les mécanismes de réponse des arbustes en utilisant Betula glandulosa comme modèle d’étude. Nos résultats montrent que le couvert arbustif à Baie Déception est principalement dominé par B. glandulosa dont le recrutement semble augmenter depuis les années 2000. Toutefois, cette espèce reste pour l’instant relativement prostré, ne provoquant pas nécessairement les conséquences attendues sur l’environnement abiotique. Nous avons également montré expérimentalement que l’augmentation de la croissance arbustive se produirait en réponse à l’augmentation de la disponibilité en azote, un traitement appliqué pour simuler l’augmentation de l’activité des micro-organismes dans le sol en réponse au réchauffement. Nous avons aussi démontré que le broutement du caribou migrateur a un effet négatif cumulatif sur la croissance de B. glandulosa. Cette étude nous a donc permis de montrer d’une part que l’augmentation du couvert arbustif semble plutôt limitée à Baie Déception où elle pourrait être freinée par les effets combinés de conditions climatiques rigoureuses et de l’herbivorisme. D’autre part, nous avons montré que les herbivores ont un rôle non négligeable pour expliquer les changements de végétation dans les régions arctiques et subarctiques. / Generalized shrub expansion has been observed over the circumpolar Arctic in response to climate change. This phenomenon is causing major alterations to the biotic and abiotic environments, a consequence of the increased shrub growth in height. We characterised tundra shrub species dynamics in response to climate change and migratory caribou browsing. To do so, we evaluated dominant erect shrub species dynamics and tested experimentally how shrub responds to these disturbances, using Betula glandulosa as model species. Our results show that shrub cover in Deception Bay is mainly driven by B. glandulosa, a species with increasing recruitment since early 2000s. However, it seems that this species’ vertical structure remains low which might not modify the biotic and abiotic environment normally associated with shrub expansion. We also showed experimentally that increase in shrub growth is a result of enhanced soil nitrogen fertility, a proxy of increase microbiological activity in response to global warming. Moreover, we demonstrated that caribou browsing has a negative cumulative effect on B. glandulosa growth. Thus, we showed in this study that shrub expansion is rather limited in Deception Bay and might be slowed down by the combined effects of harsh climatic conditions and herbivores. Moreover, our study stressed that herbivores must be taken into account when predicting vegetation change in the tundra.

Exotic species alter the streamside plant community by changing the resources available to the stream food web, causing cascading changes throughout the entire aquatic ecosystem. To better understand the impacts of exotic litter species on stream communities, investigations were made at global and local levels. A meta-analysis was performed to understand which environmental and litter quality factors impact native and exotic litter decay rates on the global scale. It was found that exotic species are likely to decay faster than native species at larger mesh sizes, and in warm temperature environments because high quality exotic leaves have a lower C:N ratio than native leaves. An urban litter decay experiment in Victoria, B.C. streams contrasting Alnus rubra, Salix sitchensis, Hedera sp., Rubus armeniacus and plastic trash found that trash decays more slowly than leaf litter, but leaf species all decay at the same rate, and stream invertebrates colonize all litter types equally. Significant differences in litter decay rates and invertebrate community alpha and Shannon diversities were also observed across the four different streams. The more that is learned about the impacts of exotic leaf litter, the better we are able to respond to keep streams as healthy and as biodiverse as possible. / Graduate / 2017-08-10 / 0329 / 0793 / kimkenn@uvic.ca

The native plant communities of Canterbury, South Island, New Zealand have been severely modified and degraded and the Canterbury Plain (750,000 ha) retains few remnants of its original forest and other ecosystems. The research presented here considers the mutualistic roles of exotic and indigenous species in the process of restoring degraded landscapes. Exotic species may have an important role in the (re) establishment of desired indigenous species, and may influence succession through to a forest dominated by them. One aspect of this work describes indigenous plant community regeneration facilitated by exotic willow (Salix spp.) woodland on the Canterbury Plain. Natural colonisation of the willow woodland by native plants was investigated, with respect to variation in the physical environment in the willow stand. Key factors in the success of willow woodland as a nursery for regeneration of native vegetation include: distance to the nearest seed source, the ability to attract seed dispersers (recruitment only occurred under perch sites), flooding potential (higher recruitment in areas less likely to flood) and possibly light availability. Control of vertebrate (and invertebrate) herbivory is also necessary for successful restoration. A second aspect was a field experiment in open pasture and in a non-native remnant woodland which was then used to investigate the effects of shelter, plant spacing, mulching and fertiliser on growth and survival of planted native woody species. With minimal management, the selected mid-late successional plants established poorly in the open pasture and had low survival rates (e.g.,Dacrycarpus dacrydioides, Pseudopanax arboreus, Aristotelia serrata, Melicytus ramiflorus). Only narrow-leaved species (e.g., Plagianthus reg ius, Hoheria angustifolia, Hebe salicifolia, Cordyline australis) survived this open pasture planting. In contrast, most species (broad and narrow-leaved) established under the sheltered sites. Exotic nursery vegetation and the establishment of native species, which will, in time, act as a seed source, will be important in successfully restoring a sustainable indigenous element in the cultural landscape of Canterbury. Ecological restoration requires an integrated approach, identifying and understanding the component processes of regeneration, and of the particular aspects/characteristics of the sites involved. This research shows that naturally established plants where existing shelter is available (in this case established willows) tend to have higher growth rates than individually planted plants in open situations, and that the availability of a suitable seed source can also contribute to successful establishment and growth rates. The meeting of restoration targets on the Canterbury Plain may be accelerated, and costs reduced, through the utilisation of areas where exotic species occur (for instance, extensive willow stands in riparian areas adjacent to waterways) and more particularly, where a local seed source is also available. The findings of this research can contribute to restoration management in helping identify the best practices, based on research, that can lead to the restoration of original plant and animal communities.