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Cars, Cows, and Checkerspot Butterflies: Nitrogen Deposition and Management of Nutrient-Poor Grasslands for a Threatened Species

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Abstract: Nutrient-poor, serpentinitic soils in the San Francisco Bay area sustain a native grassland that supports many rare species, including the Bay checkerspot butterfly ( Euphydryas editha bayensis). Nitrogen (N) deposition from air pollution threatens biodiversity in these grasslands because N is the primary limiting nutrient for plant growth on serpentinitic soils. I investigated the role of N deposition through surveys of butterfly and plant populations across different grazing regimes, by literature review, and with estimates of N deposition in the region. Several populations of the butterfly in south San Jose crashed following the cessation of cattle grazing. Nearby populations under continued grazing did not suffer similar declines. The immediate cause of the population crashes was rapid invasion by introduced annual grasses that crowded out the larval host plants of the butterfly. Ungrazed serpentinitic grasslands on the San Francisco Peninsula have largely resisted grass invasions for nearly four decades. Several lines of evidence indicate that dry N deposition from smog is responsible for the observed grass invasion. Fertilization experiments have shown that soil N limits grass invasion in serpentinitic soils. Estimated N deposition rates in south San Jose grasslands are 10–15 kg  N/ha/year; Peninsula sites have lower deposition, 4–6 kg N/ha/year. Grazing cattle select grasses over forbs, and grazing leads to a net export of N as cattle are removed for slaughter. Although poorly managed cattle grazing can significantly disrupt native ecosystems, in this case moderate, well-managed grazing is essential for maintaining native biodiversity in the face of invasive species and exogenous inputs of N from nearby urban areas.

Abstract

Resumen: Suelos serpentiníticos pobres en nutrientes en el área de la Bahía de San Francisco sostienen pastizales diversos que soportan muchas especies raras, inclyendo a la mariposa checkerspot ( Euphydryas editha bayensis). La deposición de Nitrógeno (N) por contaminación del aire amenaza la biodiversidad en estos pastizales debido a que N es el principal nutriente limitante para el crecimiento de plantas en suelos serpentiníticos. Investigué el papel de la deposición de N mediante muestreos de mariposas y poblaciones de plantas a lo largo de diferentes regímenes de pastoreo, revisiones de literatura y con estimaciones de deposición de N en región. Varias poblaciones de la mariposa en el sur de San José se precipitaron después de cesar el pastoreo por ganado. Poblaciones cercanas bajo continuo pastoreo no sufrieron disminuciones similares. La causa de las disminuciones poblacionales fue la rápida invasión de pastos anuales introducidos que saturaron a las plantas hospedero de las larvas de la mariposa. Los pastizales serpentiníticos sin ramoneo de la península de San Francisco han resistido las invasiones de pastos por casi cuatro décadas. Diversas líneas de evidencias indican que la deposición de N seco del smog es responsable de la invasión de pastos observada. Experimentos de fertilización han demostrado que el N del suelo limita la invasión de pastos en suelos serpentiniticos. Las tasas de deposición de N en pastizales del sur de San José son de 10-15 kg ha−1 año−1; los sitios de la península tienen deposiciones mas bajas (4-6 kg ha−1 año−1). El ganado selecciona pastos y el ramoneo conduce a una exportación neta de N pues el ganado es removido al ser sacrificado. Sin embargo, el pastoreo pobremente manejado puede desequilibrar significativamente a ecosistemas nativos. En este caso el buen manejo del pastoreo es elemental para mantener la biodiversidad nativa de cara a invasiones de especies y entradas exógenas de N proveniente de áreas urbanas cercanas.

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