Alteration of Ecosystem Structure by a Burrowing Herbivore, the Plains Vizcacha (Lagostomus maximus)

Abstract

Although the role of animals in altering ecosystem structure and dynamics has received increased attention in the last decade, large gaps in knowledge still exist, limiting our ability to incorporate animals into models of ecosystem dynamics. Our research on the plains vizcacha (Lagostomus maximus, family Chinchillidae), a colonial burrowing herbivore in grasslands and semiarid scrub of southern South America, addresses 3 of these gaps—belowground impacts of vertebrates on soils, net effects of multiple types of animal activities on ecosystem structure, and the scaling up of plot-level effects to the landscape. Our study demonstrated that grazing by vizcachas produced strong spatial patterns in composition, biomass, and nutrient pools in herbaceous vegetation. In burrows, total nitrogen (N), total phosphorus (P), and inorganic N were greater than in undisturbed soil at a similar depth. Burrow soil and foliage of shrubs growing on burrows were depleted in ¹⁵N, reflecting the signature of vizcacha feces. Transport of caliche by vizcachas resulted in significantly greater P concentrations in surface soil on burrows. Indirect effects of vizcachas on shrubs, through alteration of soil nutrients, transport of caliche to the soil surface, and possibly altered fire regimes, resulted in greater biomass, foliar N and P content, and total N and P pools in shrubs. Net effects of vizcachas on ecosystem structure, above- and belowground, are spatially extensive, and likely persist much longer than the colonies of vizcachas that generated these effects. This study demonstrates that the largest impacts of herbivores on ecosystem structure can be through their effects on plants they do not consume and, in systems where biopedturbation is frequent, animal transport is among the key processes that determine vertical distribution of nutrients in the soil profile.

Resumen

El rol de los animales en alterar la estructura y dinámica de los ecosistemas ha recibido considerable atención en los últimos años. Sin embargo, aún existen falencias en el conocimiento que limitan la capacidad de incorporar efectos de los animales en modelos de dinámica de ecosistemas. Nuestra investigación sobre vizcacha (Lagostomus maximus, familia Chinchillidae) indaga sobre 3 de esas falencias—impactos subterráneos de vertebrados en el suelo, efectos netos de varios tipos de actividad animal sobre la estructura del ecosistema y magnitud a nivel del paisaje de los efectos locales. Nuestro estudio demuestra que como resultado del pastoreo a partir de las cuevas, las vizcachas producen fuertes patrones espaciales en la composición, biomasa y niveles de nutrientes de la vegetación herbácea. En la profundidad del suelo de las cuevas, los contenidos de nitrógeno (N) y fósforo (P) totales y el N inorgánico fueron mayores que a profundidades similares de suelos no disturbados por la actividad de vizcachas. Debido a los efectos de las heces de vizcacha, el suelo de las cuevas y el follaje de los arbustos que crecen sobre las mismas están reducidos en ¹⁵N. El transporte de piedras calizas por las vizcachas resultó en mayores y significativas concentraciones de P en el suelo de la superficie de las cuevas. Los efectos indirectos sobre los arbustos, debido a la alteración de los nutrientes del suelo, transporte de calizas a la superficie y la posible modificación de los regímenes de fuego resultan en mayor biomasa y contenido de N y P foliar y cantidad total de N y P en arbustos. Los efectos netos de las vizcachas sobre la estructura tanto aérea como subterránea del ecosistema son extensos espacialmente y posiblemente persisten mucho más que las colonias que produjeron esos efectos. Este estudio demuestra que los mayores efectos de los herbívoros sobre la estructura de los ecosistemas pueden ocurrir a través de los impactos sobre las plantas que no consumen. En sistemas adonde la perturbación biológica del suelo es frecuente, el transporte animal está entre los procesos clave que determinan la distribución vertical de nutrientes en el perfil del suelo.

Argentina, ecosystem engineer, ecosystem structure, herbivory, Lagostomus maximus, nutrient cycling, rodent, semiarid scrub, soils, vizcacha