Contrasted root trait responses between saplings of an arbuscular and an ectomycorrhizal tree species in open field compared to forest conditions

• Published in: The Journal of ecology Vol. 111; no. 8; pp. 1700 - 1710
• Main Authors: Parasquive, V., Brisson, J., Guilbeault‐Mayers, X., Laliberté, E., Chagnon, P. L.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.08.2023
• Subjects: Acer rubrum; Arbuscular mycorrhizas; Availability; coexistence; Collaboration; Colonization; Cooperation; Diameters; ecophysiology; Ectomycorrhizas; Fields; Foraging; Foraging habitats; Forests; Habitats; Leaves; mycorrhizal symbioses; nutrient‐acquisition strategies; Nutrition; phenotypic plasticity; Plant species; Plants; Quercus; Quercus rubra; range expansion; root functional traits; Species; Symbionts; Variation
• ISSN: 0022-0477; 1365-2745
• DOI: 10.1111/1365-2745.14137

Plant nutrient acquisition strategies range along a spectrum from autonomous foraging to investment in cooperative foraging through mycorrhizal associations. However, in temperate ecosystems, many plant species encounter contrasted levels of symbiont availability in open fields versus closed forests. Little is known about how fungal partner availability may be associated with intraspecific variation in other root foraging traits in natural settings. Here, we addressed this issue by sampling saplings from two tree species: the arbuscular mycorrhizal (AM) Acer rubrum and the ectomycorrhizal (ECM) Quercus rubra from open fields (AM dominated) and adjacent forest plots (ECM dominated). For each species and environment, we measured morphological, architectural and symbiotic root traits. For the open field, Quercus had greater specific root length (SRL) while Acer had higher AM colonization and root diameter. In the closed forest, the opposite pattern was observed, namely Quercus had higher ECM colonization and Acer greater SRL. Both species showed evidence of a shift towards autonomous root foraging in the habitat with low expected symbiont abundance (open field for Quercus and forest for Acer). Although the confounding effects of site abiotic properties could not be strictly controlled in this study, these results suggest that plants might adjust root foraging traits according to local habitat conditions. Synthesis: Our results shed new light on the intraspecific variation in plant position along the so‐called ‘collaboration gradient’, and suggest that mycorrhizal symbiont availability, along with other factors such as competition and site properties, may contribute to this variation. Résumé Les stratégies d'acquisition des nutriments par les plantes vont de la nutrition autonome à l'investissement dans la coopération par le biais d'associations mycorhiziennes. Cependant, dans les écosystèmes tempérés tels que les champs ou les forêts, les espèces végétales sont confrontées à des niveaux contrastés de disponibilité de symbiotes. On sait peu de choses sur la façon dont la disponibilité des partenaires fongiques peut être associée à la variation intraspécifique des traits racinaires pour la prospection des ressources en milieu naturel. Nous avons abordé cet aspect en prélevant des jeunes arbres de deux espèces : Acer rubrum (mycorhizes arbusculaires) et Quercus rubra (ectomycorhizes) dans des champs ouverts (dominés par champignons arbusculaires) et dans des parcelles forestières adjacentes (dominées par les champignons ectomycorhiziens). Nous avons mesuré les traits morphologiques, architecturaux et symbiotiques des racines de chaque espèce dans chaque habitat. Dans les champs, le chême avait une plus grande longueur spécifique de racine tandis que l’érable avait une plus grande colonisation par les champignons arbusculaires et un plus grand diamètre racinaire. Dans la forêt, le schéma inverse a été observé, à savoir que le chêne avait une colonisation ectomycorhizienne plus importante et l’érable une longueur spécifique racinaire plus élevée. Les deux espèces ont montré une tendance à la nutrition autonome dans l'habitat où l'on s'attend à une faible abondance de symbiotes (champs pour le chêne et forêt pour l’érable). Bien que les effets confondants des propriétés abiotiques du site n'aient pas pu être strictement contrôlés dans cette étude, ces résultats suggèrent que les plantes peuvent ajuster leurs traits racinaires et stratégies de prospection du sol en fonction des conditions locales de l'habitat. Synthèse: Nos résultats jettent un nouvel éclairage sur la variation intraspécifique de la position des plantes le long du "gradient de collaboration" et suggèrent que la disponibilité des symbiotes mycorhiziens, ainsi que d'autres facteurs tels que les propriétés du site ou encore la compétition, peuvent contribuer à cette variation. Acer and Quercus saplings displayed an opposite pattern of foraging strategy in forest vs. open field. Both species showed evidence of a shift towards autonomous root foraging in the habitat with low expected symbiont abundance. These results shed light on the intraspecific variation in plant position along the ‘collaboration gradient’, and suggest that mycorrhizal symbiont availability, along with other factors, may contribute to species root trait shift.