Evidence of functional species sorting by rainfall and biotic interactions: A community monolith experimental approach. (19th June 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Peralta, Ana M. L.; Sánchez, Ana M.; Luzuriaga, Arantzazu L.; de Bello, Francesco; Escudero, Adrián
• Editors: Staver, Carla
• Is Part Of: Journal of ecology. Volume 107:Number 6(2019:Nov.)
• Page Start: 2772
• Page End: 2788
• Publication Date: 2019-06-19
• Subjects: annual plant -- biological soil crust -- biotic and abiotic filters -- coexistence -- community assembly -- drought -- functional diversity -- Mediterranean grassland; Plant ecology -- Periodicals; 577.05
• DOI: 10.1111/1365-2745.13210
• Languages: English
• ISSNs: 0022-0477

Abstract

Abstract: Understanding the mechanisms that underlie species assembly is a central concern in community ecology. Abiotic and biotic filters are probabilistic 'sieves' that allow species with certain functional traits to become a part of the community, or not. We manipulated natural plant assemblies in order to identify variations in the timings of biotic and abiotic filters that determine community trait assemblies. We extracted soil portions when the investigated annual plant community was in its seed phase ('community monolith'), thereby maintaining the structure and similar soil characteristics to the field conditions. Community monoliths were subjected to experimental manipulation in terms of the rainfall timing and amount, and perturbations of the biological soil crust (BSC; intact vs. perturbed). We surveyed the experimental community assembly over time based on the functional diversity by considering important functional traits in different life stages. We found that autumn droughts acted as abiotic filters by favouring the germination and establishment of species with greater investment in the root biomass. Under severe droughts (66% water reduction), the experimental assemblies were dominated by species with functional traits adapted to water shortage conditions: high leaf dry matter content, low specific leaf area, small individual size, low reproductive ratio and high root:shoot ratio. We identified two roles of BSCs in annual plant species assemblies: (a) as a biotic filter that limited the establishment of species based on seed size, and (b) as a buffer against water stress conditions by reducing soil evapotranspiration. Synthesis . We demonstrated the importance of the timing and amount of rainfall for shaping annual plant communities, and identified germination filters as the main process that determined community assemblies. Our results suggest that the phenotypic integration of functional traits facilitates resistance to drought during the life cycle. The BSC–annual plant relationship shifted from negative, by acting as a germination filter, to positive, by acting as a buffer in later stages. Climatic fluctuations and fine scale biotic determinants of spatial heterogeneity emerged as sources of changes in the community assembly in time and space to possibly promote species coexistence and trait differences among the communities studied. Abstract : We demonstrated the importance of the timing and amount of rainfall for shaping annual plant communities, and identified germination filters as the main process that determined community assemblies. The BSC–annual plant relationship shifted from negative, by acting as a germination filter, to positive, by acting as a buffer in later stages. Climatic fluctuations and fine scale biotic determinants of spatial heterogeneity emerged as sources of changes in the community assembly in time and space to promote species coexistence. Resumen: Entender los mecanismos que intervienen en el ensamblaje de las especies ha sido una cuestión central en ecología de comunidades. En este contexto, los filtros abióticos y bióticos juegan un importante papel ya que pueden determinar la probabilidad de que las especies se incorporen a la comunidad en función de sus atributos funcionales. En este estudio se manipularon experimentalmente comunidades naturales de plantas de ciclo anual para identificar la importancia y el momento en el que distintos filtros ambientales determinan la estructura funcional de la comunidad. Para ello se extrajeron porciones de suelo durante el periodo en el que la comunidad se encuentra en fase de semilla, conservando su estructura vertical y la composición natural de la comunidad. Estos "community monoliths" fueron sometidos a distintos tratamientos de cantidad y estacionalidad de precipitación, así como a distintos estados de la costra biológica del suelo (costra intacta vs . perturbada). La composición de las comunidades experimentales resultantes fue observada en distintos momentos a lo largo de su desarrollo y su estructura funcional se estableció a partir de datos propios para una serie de caracteres funcionales relevantes. La sequía otoñal actuó como un filtro abiótico favoreciendo la germinación y establecimiento de las especies con una mayor inversión en biomasa radicular. Bajo sequía severa (66% de reducción de la precipitación), el ensamble experimental estuvo dominado por especies con caracteres funcionales adaptativos en escenarios de escasez de agua: LDMC elevado, SLA bajo, individuos de pequeño tamaño, ratio entre inversión en peso seco reproductivo y vegetativo bajo y ratio entre peso seco radicular y aéreo alto. Se identificaron dos roles de la costra biológica del suelo: 1) actuó como un filtro biótico dificultando el establecimiento de las especies con semillas grandes y 2) moderó el efecto de la sequía reduciendo la evapotranspiración. Síntesis . Este estudio constata experimentalmente la importancia de la estacionalidad y la cantidad de precipitación en la configuración de las comunidades de anuales. Además, los datos obtenidos apuntan a la germinación como el proceso más determinante del ensamble de las especies en comunidades. Al mismo tiempo, los resultados parecen sugerir la existencia de integración fenotípica de los caracteres implicados en la resistencia a la sequía a lo largo del ciclo vital. La interacción entre la costra biológica y las plantas anuales pasa de restrictiva durante la germinación a positiva durante las fases siguientes. Podemos concluir que las fluctuaciones climáticas y la estructura espacial que la costra biológica presenta a pequeña escala, suponen una fuente de heterogeneidad tanto espacial como temporal que determina el ensamble de las comunidades y promueve la coexistencia de especies.