Intraspecific trait variation in alpine plants relates to their elevational distribution. (24th February 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Rixen, Christian; Wipf, Sonja; Rumpf, Sabine B.; Giejsztowt, Justyna; Millen, Jules; Morgan, John W.; Nicotra, Adrienne B.; Venn, Susanna; Zong, Shengwei; Dickinson, Katharine J. M.; Freschet, Grégoire T.; Kurzböck, Claudia; Li, Jin; Pan, Hongli; Pfund, Beat; Quaglia, Elena; Su, Xu; Wang, Wei; Wang, Xiangtao; Yin, Hang; Deslippe, Julie R.
• Is Part Of: Journal of ecology. Volume 110:Number 4(2022)
• Page Start: 860
• Page End: 875
• Publication Date: 2022-02-24
• Subjects: climate change -- cold‐adapted plants -- elevation gradient -- elevation range -- neighbour interactions -- plant traits -- species distribution; Plant ecology -- Periodicals; 577.05
• DOI: 10.1111/1365-2745.13848
• Languages: English
• ISSNs: 0022-0477

Abstract

Abstract: Climate warming is shifting the distributions of mountain plant species to higher elevations. Cold‐adapted plant species are under increasing pressure from novel competitors that are encroaching from lower elevations. Plant capacity to adjust to these pressures may be measurable as variation in trait values within a species. In particular, the strength and patterns of intraspecific trait variation along abiotic and biotic gradients can inform us whether and how species can adjust their anatomy and morphology to persist in a changing environment. Here, we tested whether species specialized to high elevations or with narrow elevational ranges show more conservative (i.e. less variable) trait responses across their elevational distribution, or in response to neighbours, than species from lower elevations or with wider elevational ranges. We did so by studying intraspecific trait variation of 66 species along 40 elevational gradients in four countries in both hemispheres. As an indication of potential neighbour interactions that could drive trait variation, we also analysed plant species' height ratio, its height relative to its nearest neighbour. Variation in alpine plant trait values over elevation differed depending on a species' median elevation and the breadth of its elevational range, with species with lower median elevations and larger elevational range sizes showing greater trait variation, i.e. a steeper slope in trait values, over their elevational distributions. These effects were evidenced by significant interactions between species' elevation and their elevational preference or range for several traits: vegetative height, generative height, specific leaf area and patch area. The height ratio of focal alpine species and their neighbours decreased in the lower part of their distribution because neighbours became relatively taller at lower elevations. In contrast, species with lower elevational optima maintained a similar height ratio with neighbours throughout their range. Synthesis . We provide evidence that species from lower elevations and those with larger range sizes show greater intraspecific trait variation, which may indicate a greater ability to respond to environmental changes. Also, larger trait variation of species from lower elevations may indicate stronger competitive ability of upslope shifting species, posing one further threat to species from higher ranges. Abstract : Plant species (☆) from lower elevations and those with larger range sizes (pale diamonds) show greater intraspecific trait variation (e.g. plant height, right panel), which may indicate a greater ability to respond to environmental changes. Also, larger trait variation of species from lower elevations may indicate stronger competitive ability of upslope shifting species, posing one further threat to species from higher ranges. Zusammenfassung: Durch die Klimaerwärmung breiten sich Pflanzen in grösseren Höhen aus. Kälte‐adaptierte Gebirgspflanzen sind daher unter erhöhtem Konkurrenzdruck durch Arten aus niedrigeren Höhenstufen. Die Fähigkeit einer Pflanzenart auf Konkurrenzdruck zu reagieren, könnte messbar sein als deren Variation von Traits (Merkmalen). Besonders die Muster von intraspezifischer Variation von Traits entlang abiotischer und biotischer Gradienten kann anzeigen, ob und wie Arten ihre Anatomie und Morphologie verändern, um sich in einer sich ändernden Umwelt zu behaupten. In dieser Studie testen wir, ob Hochgebirgs‐Arten oder solche mit einem engen Verbreitungsgebiet entlang eines topografischen Höhengradienten konservativer (d.h. weniger variabel) entlang ihrer Höhenverbreitung oder in Bezug auf Nachbararten sind als Arten aus geringeren Höhen oder mit einer grösseren Höhenverbreitung. Wir untersuchten intraspezifische Trait‐Variation von 66 Arten entlang von 40 Höhengradienten in 4 Ländern der Nord‐ und Südhemisphäre. Als Hinweis auf mögliche Interaktionen unserer Zielarten mit Nachbararten, die für Trait‐Variation verantwortlich sein könnten, analysierten wir zusätzlich die Pflanzenwuchshöhe relativ zu derjenigen der nächsten Nachbarpflanze. Die Variation von Pflanzeneigenschaften über den topographischen Höhengradienten hing ab vom Median und der Grösse der Höhenverbreitung einer Art. Arten aus niedrigeren Höhenlagen und mit grösserer Höhenverbreitung zeigten grössere Variation, d.h. eine stärkere Veränderung von Traits über den Höhengradienten. Diese Effekte zeigten sich in signifikanten Interaktionen zwischen Meereshöhe und Höhenverbreitung bzw. Grösse der Höhenverbreitung für verschiedene Traits: Vegetative und generative Pflanzenhöhe, spezifische Blattfläche und Fläche einer Pflanze. Das Verhältnis der Pflanzenwuchshöhe von Arten mit spezifisch hochalpiner Verbreitung mit ihren Nachbarn verringerte sich mit geringerer Meereshöhe, da die Nachbarn dort relativ grösser wurden. Im Gegensatz dazu blieben Arten mit tieferliegenden Verbreitungen ähnlich gross wie ihre Nachbarn über den gesamten topografischen Höhengradienten hinweg. Synthese . Unsere Studie zeigt, dass Arten aus tieferen Lagen und mit grösserer Höhenverbreitung grössere intraspezifische Trait‐Variation zeigen, was ein Hinweis darauf sein könnte, dass sie besser auf Umweltveränderungen reagieren können. Grössere Trait‐Variation von Arten aus niedrigeren Höhenlagen kann ausserdem bedeuten, dass sie konkurrenzstärker sind, was eine Bedrohung für hochalpine Spezialisten bedeuten kann.