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Plant community biomass production is co-dependent on climatic and edaphic factors that are often covarying and non-independent. Disentangling how these factors act in isolation is challenging, especially along large climatic gradients that can mask soil effects. As anthropogenic pressure increasingly alters local climate and soil resource supply unevenly across landscapes, our ability to predict concurrent changes in plant community processes requires clearer understandings of independent and interactive effects of climate and soil. To address this, we developed a multispecies phytometer (i.e., standardized plant community) for separating key drivers underlying plant productivity across gradients. Phytometers were composed of three globally cosmopolitan herbaceous perennials, Dactylis glomerata, Plantago lanceolata, and Trifolium pratense. In 2017, we grew phytometer communities in 18 sites across a pan-European aridity gradient in local site soils and a standardized substrate and compared biomass production. Standard substrate phytometers succeeded in providing a standardized climate biomass response independent of local soil effects. This allowed us to factor out climate effects in local soil phytometers, establishing that nitrogen availability did not predict biomass production, while phosphorus availability exerted a strong, positive effect independent of climate. Additionally, we identified a negative relationship between biomass production and potassium and magnesium availability. Species-specific biomass responses to the environment in the climate-corrected biomass were asynchronous, demonstrating the importance of species interactions in vegetation responses to global change. Biomass production was co-limited by climatic and soil drivers, with each species experiencing its own unique set of co-limitations. Our study demonstrates the potential of phytometers for disentangling effects of climate and soil on plant biomass production and suggests an increasing role of P limitation in the temperate regions of Europe.
An Hand von Vegetationsaufnahmen auf Dauerflächen in den beiden Naturwaldreservaten „Hasbruch“ und „Pretzetzer Landwehr“ läßt sich die Waldvegetation auf den stau- und grundwasserbeeinflußten Böden dem Luzulo-Fagetum, Galio odorati-Fagetum (nur Hasbruch) und Stellario-Carpinetum zuordnen. Mit Hilfe der Angaben aus der Forstlichen Standortaufnahme und der Zeigerwerte nach Ellenberg wurde der Einfluß von Bodenfeuchtigkeit, Basen- und Stickstoffversorgung sowie der Bewirtschaftung auf das Vorkommen und die Dominanz von Stieleiche (Querem robur), Hainbuche (Carpinus betulus) und Rotbuche (Fagus sylvatica) geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass im atlantisch geprägten nordwestdeutschen Tiefland Fagus sylvatica auch stärker vernässte, grund- und stauwasserbeeinflußte Böden nicht meidet, sondern sich bei fehlender Bewirtschaftung sogar zur konkurrenzstärksten Baumart entwickeln kann. Mit zunehmender Vernässung, Basen- und Nährstoffversorgung nimmt der Buchenanteil in den untersuchten Wäldern zwar deutlich ab, dies ist allerdings eher als Ausdruck für die Geschwindigkeit der Sukzessionsprozesse zu werten, die mit der Zeitdauer einer fehlenden Bewirtschaftung verknüpft ist.
The annual grass Bromus tectorum has invaded millions of hectares in western North America and has transformed former perennial grass and shrub-dominated communities into annual grasslands. Fire plays a key role in the maintenance of B. tectorum on the landscape but the type of disturbance responsible for initial invasion is less well understood. We conducted an experiment in a perennial shrub/grass/forb community in eastern Idaho, USA to examine the roles of plant community and soil disturbance on B. tectorum emergence and establishment prior to state-changing fires. Our experiment consisted of a plant community disturbance treatment where we (1) removed the shrub component, (2) removed the grass/forb component, or (3) removed all shrubs, grasses, and forbs. We followed this treatment with seeding of B. tectorum onto the soil surface that was (1) intact, or (2) disturbed. Each experimental plot had an associated control with no plant community disturbance but was seeded in the same manner. The experiment was replicated 20 times in two sites (high and low aboveground biomass). We measured emergence by counting seedlings in late spring and establishment by counting, removing, and weighing B. tectorum individuals in mid-summer. We also examined the influence of plant community disturbance on the soil environment by measuring extractable NH4 + and NO3 – four times each summer. Soil disturbance greatly influenced the number of B. tectorum individuals that emerged each spring. Plant community disturbance, specifically disturbance of the grass/forb component, increased N availability in the late growing season and biomass of B. tectorum the following summer. We conclude that soil disturbance and plant community disturbance interact to promote the initial invasion of B. tectorum in Intermountain West valley ecosystems.
Die atlantischen Drahtschmielen-Buchenwälder bodensaurer, nährstoffarmer Podsol-Böden des Riesenbecker Osning (Nordwestlicher Teutoburger Wald) lassen sich dem Deschampsio flexuosae-Fagetum typicum zuordnen. Floristisch-vegetationskundlich werden zudem Kiefernaufforstungen untersucht und als Deschampsia flexuosa-Fagus sylvatica-Pinus sylvestris-Gesellschaft differenziert, die enge synsystematische und synökologische Beziehungen zu den naturnahen Beständen des bodentrockenen Drahtschmielen-Buchenwaldes aufweisen. Auf der Basis von Vegetationsaunahmen und bodenchemischen Analysen werden in dieser Studie Tendenzen einer weiteren unbeeinflussten Waldentwicklung auf bodensauren Böden in Nordwest-Deutschland abgeleitet. Die in den Kiefernforsten im Vergleich zu den naturnahen Buchenwäldern ermittelten Vegetationsveränderungen werden im Wesentlichen auf einen geringeren Kronenschlussgrad und damit auf einen höheren Lichtgenuß in der Krautschicht zurückgeführt. Bodenchemische Analysen (Bodenazidität, austauschbare Basen, Stickstoffvorräte, N-Mineralisierung, Schwermetall-Gehalte) belegen geringe Gehalte verfügbarer Nährstoffe im Mineralboden, jedoch hohe Stickstoff-Vorräte in der organischen Auflage. Die Ergebnisse zeigen, dass die Buche im untersuchten Gebiet auch extrem saure, nährstoffarme jedoch humose Podsole besiedeln und sich bei ausbleibender Bewirtschaftung sogar zur konkurrenzstärksten Baumart entwickeln kann. Erneut bestätigt sich, dass es für die Buche keine Mangelgrenze auf nährstoffarmen Sandböden gibt, vorausgesetzt die Standorte verfügen über gut entwickelte Auflagenhorizonte als wichtigste Nährstoffspeicher bzw. -lieferanten. Mit zunehmendem Kiefernanteil nimmt der Buchenanteil in den untersuchten Forsten zwar deutlich ab, dies ist allerdings eher als Ausdruck für die Geschwindigkeit der Sukzessionsprozesse zu werten, die mit der geringen Zeit seit der letzten Bewirtschaftung verknüpft ist.