Conservation of the endangered Myricaria germanica (L.) Desv.: a keystone species of riverine habitats

Myricaria germanica (L.) Desv. is a pioneer shrub linked to natural river dynamics. Despite its high conservation and indicator value, there is a lack of information on factors affecting its population density and viability, and its long-term dynamics. The long history of river alteration has created novel systems with unknown dynamics, so population-level studies are necessary to understand, manage and restore M. germanica, preventing the loss of biodiversity associated to this keystone species. The main process that affects its populations is habitat fragmentation, especially in human dominated European rivers. This thesis is based on a general review that deals with the distribution, biology and ecology of M. germanica (Paper I). Two research papers (Papers II and III) then concern the evaluation of M. germanica population-level long-term dynamics along a central eastern Alpine river (Trento Province, Italy) subject to human impact and lateral river corridor constraints. The success of a set of reintroduction projects in South Tyrol, a central eastern Alpine region, was also investigated through the collection of post-reintroduction population-level data. Lastly, a set of individual river basin traits data was collected in four north-eastern Italian basins and summarized, to complement the knowledge of this species biology. The last two topics are integrated into this main text. Focusing on different time scales, due to the variability of riverine landscape contexts and on different spatial levels, from individual-, to river-, to regional levels, the overall goal of this work was to detect spatial and management components influencing M. germanica survival. The analyses were conducted at European level (Paper I), on about 20 metapopulations distributed along a river basin (Papers II and III), 50 reintroductions were monitored (4,730 planted individuals), and traits were measured on 1,634 individuals. Papers II and III were written thanks to a collaboration with the University of Helsinki (Department of Environmental Sciences). The data collection covered both species and environmental variables, considering current and historical field data and management variables of the surveyed river corridor and the surrounding basin-level asset. Regression models were used to relate species dynamics and traits to spatial, environmental and management variables. Descriptive statistics were used to summarize the morphological and chronological traits. The approximately 150 literature sources for this species span four centuries, ten languages, and three continents, apart from the richness of biological and ecological data, they are full of forgotten information about the potential uses of this species (Paper I). Environmental site conditions (particularly active channel width) and management variables have an impact on plant populations, the response of which however does not follow a clear spatial synchrony. This requires a long-term approach in studying population survival and a distinction between adults and juveniles (Papers II and III). Currently, reintroductions have had a mixed success, positive in specific locations, while the majority of individuals disappeared in the years following their planting. Morphological traits are characteristic of a short-lived shrub, but some long-lived individuals have been observed, usually away from rivers. Despite this, height, diameter and age were well correlated. In general, the integrative method used allowed us to improve the knowledge about the drivers of M. germanica survival, the complex natural-human patterns and processes on different time-space scales that influenced population-level abundance and basin-level distribution.

Myricaria germanica (L.) Desv. è un arbusto pioniere legato alle dinamiche fluviali naturali. Nonostante il suo alto valore di conservazione e di indicatore, mancano informazioni sui fattori che influiscono sulla densità e vitalità delle popolazioni e sulle dinamiche a lungo termine. I nuovi sistemi fluviali, formatisi a seguito degli interventi umani, rendono necessari studi a livello di popolazione per comprendere, gestire, ripristinare M. germanica e prevenire la perdita di biodiversità associata a queste specie chiave. La frammentazione degli habitat rappresenta il principale problema per la sua conservazione. Questa tesi si basa su un lavoro generale di revisione riguardante distribuzione, biologia ed ecologia di M. germanica (Paper I) e su due documenti di ricerca (Paper II e III) riguardanti la studio della dinamica di popolazione a lungo termine in un torrente alpino (Trentino, Italia), soggetto all’impatto umano e alle limitazioni delle aree laterali del corridoio fluviale. Inoltre, è stato studiato l’esito di una serie di reintroduzioni fatte in Alto Adige, attraverso la raccolta in campo, dopo la piantumazione, di dati a livello di popolazione. Infine, in quattro bacini italiani nord-orientali sono stati raccolti dati sulle loro caratteristiche e riassunti, per integrare la conoscenza della biologia della specie. Gli ultimi due temi sono integrati nel testo principale. Focalizzandosi su diverse scale temporali, per la variabilità del paesaggio fluviale, e diversi livelli spaziali (individuo, fiume e regione), l'obiettivo di questo lavoro è di rilevare le componenti spaziali e gestionali che influenzano sulla sopravvivenza di M. germanica. Le analisi sono state condotte a livello europeo (Paper I) e su 20 metapopolazioni presenti in un bacino idrografico (Paper II e III). Sono poi state monitorate 50 reintroduzioni (4.730 individui piantati), e su 1.634 individui sono state misurate le caratteristiche morfologiche. I paper II e III sono stati realizzati in collaborazione con l'Università di Helsinki. La raccolta dei dati ha riguardato sia la specie, che le variabili ambientali, considerando i dati attuali presi in campo e quelli storici, le variabili gestionali del corridoio fluviale esaminato e del contesto a livello di bacino fluviale. Sono stati usati modelli di regressione per mettere in relazione le dinamiche e le caratteristiche della specie con le variabili spaziali, ambientali e gestionali. Sono state eseguite analisi statistiche descrittive per riassumere i tratti morfologici e cronologici. Sono state utilizzate circa 150 fonti bibliografiche, che abbracciano un arco temporale di 4 secoli e 3 continenti, scritte in una decina di lingue, e oltre alla descrizione biologica ed ecologica, sono ricche di informazioni sui potenziali usi che oggi sono stati dimenticati (Paper I). Le condizioni ambientali del sito (in particolare la larghezza del canale attivo) e i diversi tipi di gestione influiscono sulle popolazioni, la cui risposta tuttavia non segue una chiara sincronia spaziale. È richiesto un approccio a lungo termine per lo studio della sopravvivenza della popolazione (Paper II e III) e una distinzione tra piante adulte e giovani. Attualmente, le reintroduzioni hanno avuto un successo alterno, positivo su specifici siti, negativo nella maggior parte degli impianti, scomparsi negli anni successivi alla loro piantumazione. I tratti morfologici sono caratteristici di un arbusto a breve ciclo di vita, ma sono stati osservati alcuni individui più longevi, di solito meno vicini ai corsi d’acqua. Nonostante questo, l’altezza, il diametro e l’età sono ben correlati. In generale, il metodo integrato utilizzato ha permesso di migliorare le conoscenze sui driver della sopravvivenza di M. germanica, sui complessi schemi e sui processi naturali-umani, a diverse scale temporali-spaziali, che ne hanno influenzato l'abbondanza a livello di popolazione e la distribuzione a livello di bacino.