Effects of river connectivity on marsh vegetation community structure and species richness in montane floodplain wetlands in Jasper National Park, Alberta, Canada

Abstract

Vegetation communities in floodplain wetlands in montane valleys are adapted to seasonal flooding, and natural and anthropogenic barriers to seasonal flooding can lead to changes in plant community structure. We assessed the plant community structure, species richness, and environmental variables in each of 3 riverine, beaver-impounded, and railway-impounded floodplain marshes of the Athabasca River in Jasper National Park, Alberta, Canada. We hypothesized that these variables differ significantly among the marsh types in response to varying degrees of disturbance from river flooding. Using a TWINSPAN analysis, we defined 8 plant communities in the 3 marsh areas. Regular flooding in the riverine marshes (no barriers to flood waters) led to very distinct plant community types characterized by Eleocharis palustris, Utricularia minor, and Carex saxatilis. Beaver-impounded marshes (low barriers to flood waters) were defined by 2 distinct community types, both dominated by Carex aquatilis, Carex utriculata, and Equisetum fluviatile. Dominant plant species in the railway- impounded marshes (most extreme barriers to flood waters) were C. aquatilis, E. fluviatile, and Drepanocladus aduncus. Two of the 3 railway-impounded sites had higher moss cover (43–48% versus 29%) and lower emergent cover (51–56% versus 77%), pointing to a succession to a fen. Overall, we identified 95 vascular and bryophyte species in the 3 wetland areas; species richness was highest in the beaver-impounded marshes (66 species), intermediate in the railroad-impounded marshes (48 species), and lowest in the riverine marshes (37 species). Plant communities of these marshes were significantly correlated with water conductivity, water depth, organic content of the sediment, and absence/presence of hummocks. In addition, NO₃- concentrations in the water had a significant inverse relationship on marsh species richness. Most of these marshes were N-limited, with N:P quotients below 7. Overall, we showed that natural and anthropogenic barriers to water flow significantly affected plant community composition and species richness, water chemistry, and water levels in these riverine ecosystems.

Résumé

Les communautés végétales des milieux humides de plaines inondables de vallées de montagne sont adaptées à l'inondation saisonnière et toute barrière naturelle ou anthropogénique à l'inondation peut mener à des changements dans la structure des communautés végétales. Nous avons évalué la structure des communautés végétales, la richesse en espèces et certaines variables environnementales dans 3 marais de chaque type, riverain; coupé de la rivière par un barrage de castor ou par un chemin de fer, dans la plaine inondable de la rivière Athabasca dans le parc national de Jasper, Alberta, Canada. Nous avons formulé l'hypothèse que ces variables diffèreraient significativement entre les types de marais en réponse aux variations de perturbation par inondation fluviale. En utilisant une analyse TWINSPAN, nous avons défini 8 communautés végétales dans les 3 secteurs de milieux humides. L'inondation régulière des marais riverains (aucune barrière à la crue des eaux) a mené à des types de communautés végétales très distinctes caractérisées par Eleocharis palustris, Utricularia minor et Carex saxatilis. Les marais coupés de la rivière par un barrage de castor (barrière basse à la crue des eaux) étaient définis par 2 types de communautés distinctes, toutes 2 dominées par Carex aquatilis, Carex utriculata et Equisetum fluviatile. Les espèces végétales dominantes dans les marais coupés de la rivière par un chemin de fer (barrière extrême à la crue des eaux) étaient C. aquatilis, E. fluviatile et Drepanocladus aduncus. 2 des 3 sites coupés de la rivière par un chemin de fer avaient une couverture de mousses plus importante (43–48 % contre 29 %) et une couverture émergente plus faible (51–56 % contre 77 %), indiquant une succession vers une tourbière minérotrophe. Au total, nous avons identifié 95 espèces de plantes vasculaires et de bryophytes dans les 3 secteurs de milieux humides; la richesse en espèces était la plus élevée dans les marais coupés par un barrage de castor (66 espèces), intermédiaire dans les marais coupés de la rivière par un chemin de fer (48 espèces) et la plus basse dans les marais riverains (37 espèces). Les communautés végétales de ces marais étaient significativement corrélées avec la conductivité et la profondeur de l'eau, le contenu organique des sédiments et l'absence/présence de buttes. De plus, les concentrations de NO₃⁻ dans l'eau étaient significativement inversement reliées avec la richesse en espèces du marais. La plupart de ces marais étaient limités par l'azote (N) avec des ratios N:P en dessous de 7. En général, nous avons montré que les barrières naturelles et anthropogéniques au flux de l'eau avaient une influence significative sur la composition des communautés végétales, la richesse en espèces, la chimie de l'eau et le niveau d'eau dans ces écosystèmes riverains.

Keywords:

• beaver
• disturbance
• floodplain
• montane wetlands
• railway
• species richness

Mots-clés:

• castor
• chemin de fer
• milieux humides de montagne
• perturbation
• plaine inondable
• richesse en espèces