Decomposition disentangled: A test of the multiple mechanisms by which nitrogen enrichment alters litter decomposition. (14th May 2020)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Pichon, Noémie A.; Cappelli, Seraina L.; Soliveres, Santiago; Hölzel, Norbert; Klaus, Valentin H.; Kleinebecker, Till; Allan, Eric
• Editors: Stevens, Carly
• Is Part Of: Functional ecology. Volume 34:Number 7(2020)
• Page Start: 1485
• Page End: 1496
• Publication Date: 2020-05-14
• Subjects: decomposition -- ecosystem function -- functional traits -- grassland -- litter nutrients -- litterbag -- nitrogen enrichment -- species richness; Ecology -- Periodicals; 574.505
• DOI: 10.1111/1365-2435.13560
• Languages: English
• ISSNs: 0269-8463

Abstract

Abstract: Nitrogen (N) enrichment has direct effects on ecosystem functioning by altering soil abiotic conditions and indirect effects by reducing plant diversity and shifting plant functional composition from dominance by slow to fast growing species. Litter decomposition is a key ecosystem function and is affected by N enrichment either by a change in litter quality (the recalcitrance of the plant material) or through a change in soil quality (the abiotic and biotic components of the soil that affect decomposition). How the direct and indirect effects of N alter soil and litter quality remains poorly known. We designed a large grassland field experiment manipulating N enrichment, plant species richness and functional composition in a full factorial design. We used three complementary litterbag experiments, combined in a structural equation model (SEM), to quantify the effects of the treatments and various measures of functional composition and diversity on litter and soil quality and overall decomposition. Our results revealed multiple drivers of litter quality and showed that nutrient concentrations (N and calcium) were about twice as important as structural components (leaf dry matter content, fibres) in determining litter quality. Overall the experimental results suggest that N enrichment increases litter decomposition mostly indirectly through a shift in functional composition toward faster growing plant species, producing higher quality litter. N enrichment also altered soil quality and thereby litter decomposition, through its effects on vegetation cover. Our approach provides a mechanistic tool to test the drivers of litter decomposition across different ecosystems. Our results show that litter quality is determined by several nutrient and structure traits and highlight the importance of considering shifts in plant species composition when assessing the effects of N enrichment on decomposition. Abstract : A free Plain Language Summary can be found within the Supporting Information of this article Résumé: 1. L'enrichissement en azote du sol a des effets directs sur le fonctionnement des écosystèmes, en modifiant les conditions abiotiques, et des effets indirects en réduisant la diversité des plantes et en changeant leur composition fonctionnelle, remplaçant des communautés dominées par des espèces à croissance lente par d'autres dominées par des espèces à croissance rapide. La décomposition de la litière est une fonction-clé de l'écosystème. Elle peut être affectée par l'enrichissement en azote soit par une modification de la qualité de la litière (la décomposabilité de la matière végétale) soit par une modification de la qualité du sol (composants biotiques et abiotiques). La manière dont l'azote impacte directement et indirectement la qualité de la litière et du sol reste peu connue. Nous avons conçu, dans une prairie, une expérience de terrain de large envergure, en manipulant à la fois l'enrichissement en azote, la richesse et la composition fonctionnelle des espèces végétales, dans un design factoriel complet. Trois expériences complémentaires utilisant des sacs de litière ont été menées, combinées dans un modèle d'équation structurelle (SEM), afin de quantifier les effets des traitements et des divers paramètres de la composition et de la diversité fonctionnelles sur la qualité de la litière et du sol ainsi que sur le taux de décomposition total. Nos recherches ont révélé que de multiples facteurs influencent la qualité de la litière et qu'elle est déterminée environ deux fois plus par les concentrations en nutriments (azote et calcium) que par les composants structurels (teneur des feuilles en matière sèche, fibres). L'ensemble des résultats expérimentaux suggère que l'enrichissement en azote: accroît la décomposition de la litière principalement de manière indirecte, par un changement de composition fonctionnelle vers des espèces végétales à croissance plus rapide, produisant une litière de meilleure qualité altère la qualité du sol en augmentant directement et en affectant indirectement la couverture végétale, avec également une modification de la composition fonctionnelle. Notre approche fournit un outil permettant de tester les mécanismes de décomposition de la litière dans différents écosystèmes. Nos résultats montrent que la qualité de la litière est déterminée par plusieurs caractéristiques nutritives et structurelles, et soulignent la nécessité de prendre en compte le changement de composition fonctionnelle des communautés végétales lors de l'évaluation des effets de l'enrichissement en azote sur la décomposition. A free Plain Language Summary can be found within the Supporting Information of this article.