Species richness: A pivotal factor mediating the effects of land use intensification and climate on grassland multifunctionality

• Published in: The Journal of applied ecology Vol. 61; no. 5; pp. 1053 - 1066
• Main Authors: Allart, L., Dumont, B., Joly, F., Mosnier, C., Alvarez, G., Galliot, J.‐N., Luna, D., Pottier, J., Gross, N.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.05.2024; Wiley
• Subjects: Altitude; Annual temperatures; Biodiversity; Biodiversity and Ecology; Biodiversity loss; Biological fertilization; Carbon capture and storage; Carbon sequestration; Climate and land use; Climate change; Climate prediction; Drought; Ecosystem services; Ecosystems; Environmental changes; Environmental Sciences; Fertilization; global change; Grasslands; Influents; Land use; Latitudinal variations; Livestock; Livestock farming; Massifs; mountain grasslands; Plant species; Plants (botany); Pollination; Prairies; Species richness; structural equation modelling; Warm climates; Massif Central; biodiversity; fertilization; structural equation modelling; global change; mountain grasslands; ecosystem services; climate change
• ISSN: 0021-8901; 1365-2664
• DOI: 10.1111/1365-2664.14627

Temperate seminatural grasslands harbour unique biodiversity, support livestock farming through forage production, and deliver many essential ecosystem services (ESs) to human society; they are highly multifunctional. However, temperate grassland ecosystems are also among the most threatened ecosystems on earth due to land use and climate changes. Understanding how biodiversity, climate and land use intensification impact grassland multifunctionality through complex direct and indirect pathways is critical to better anticipate the future of these fragile ecosystems. Here, we evaluate how local plant species richness (SR) modulates the effect of land use intensification and climate on grassland multifunctionality (using six key ESs: biomass productivity and stability, forage quality, carbon storage, pollination and local plant rarity) in the French Massif Central, the largest grassland in Western Europe. We sampled 100 grasslands with contrasted fertilization rates and SR, over large elevational and latitudinal gradients related to variation in mean annual temperature (MAT), and drought severity (DS), two key climate change drivers predicted to increase in the future. Using a confirmatory path analysis, we found that SR was the main driver of multifunctionality. We also found significant SR × MAT and SR × fertilization interactions suggesting that warm climate and high fertilization rates alter the biodiversity–ecosystem multifunctionality relationships. Furthermore, increasing temperature and fertilization indirectly influenced multifunctionality by decreasing SR and consequent multifunctionality in warm lowland and highly fertilized grasslands compared to colder montane grasslands or less fertilized ones. DS only impacted some ES individually (e.g. forage quality). Synthesis and applications: We identified species richness (SR) as a pivotal factor mediating the effects of land use intensification and climate on multifunctionality through both direct and indirect pathways. Failing to account for changes in SR could thus bias any prediction of, or aggravate, the effects of land use intensification and climate change on ecosystem services delivery in temperate grassland ecosystems. Considering that SR, mean annual temperature and fertilization are major proxies of three main global change drivers (biodiversity loss, climate change and land use intensification) our study may help to better anticipate the effect of multiple interacting global change drivers on grassland ecosystems. Résumé Les prairies semi‐naturelles tempérées abritent une biodiversité unique, soutiennentl'élevage grâce à la production de fourrage et fournissent de nombreux servicesécosystémiques (SE) essentiels aux sociétés humaines; elles sont hautementmultifonctionnelles. Cependant, les écosystèmes prairiaux tempérées sont égalementparmi les plus menacés de la planète à cause des changements d’utilisation desterres et des changements climatiques. Il est essentiel de comprendre comment labiodiversité, le climat et l'intensification de l'utilisation des terres influent sur lamultifonctionnalité des prairies par des voies directes et indirectes complexes pourmieux anticiper l'avenir de ces écosystèmes fragiles. Ici, nous évaluons comment la richesse spécifique végétale locale (RS) module l'effetde l'intensification de l'utilisation des terres et du climat sur la multifonctionnalité desprairies (en utilisant six SE clés: la productivité et la stabilité de la biomasse, laqualité du fourrage, le stock de carbone dans le sol, la pollinisation et la rareté desplantes à échelle locale) dans le Massif Central français, la plus grande prairied'Europe de l'Ouest. Nous avons échantillonné 100 prairies avec des taux de fertilisation et RS contrastés sur de larges gradients d'altitude et de latitude liés à lavariation de la température annuelle moyenne (TAM) et à la sévérité dessécheresses (SS), deux facteurs clés du changement climatique qui devraientaugmenter à l'avenir. En utilisant une analyse de piste confirmatoire, nous avons constaté que la RS étaitle principal moteur de la multifonctionnalité. Nous avons également trouvé desinteractions significatives entre RS × TAM et RS × fertilisation, ce qui suggère que leclimat chaud et les niveaux de fertilisation élevés modifient les relations entre labiodiversité et la multifonctionnalité de l'écosystème. En outre, l'augmentation de latempérature et de la fertilisation a diminué la RS et, par conséquent, lamultifonctionnalité dans les prairies chaudes de basse altitude et fortement fertiliséespar rapport aux prairies montagnardes plus froides ou aux prairies moins fertilisées.La SS n'a eu d'impact que sur certains ES individuellement (par exemple, la qualitédu fourrage). Synthèse et applications: Nous avons identifié la richesse spécifique (RS) commeétant un facteur essentiel de médiation des effets de l'intensification de l'utilisationdes terres et du climat sur la multifonctionnalité par des voies directes et indirectes. Le fait de ne pas tenir compte des changements dans la RS pourrait donc faussertoute prévision des effets de l'intensification de l'utilisation des terres et duchangement climatique sur la fourniture de services écosystémiques dans lesécosystèmes de prairies tempérées, voire les aggraver. Étant donné que la RS, latempérature annuelle moyenne et la fertilisation sont des indicateurs majeurs de troisprincipaux facteurs de changement global (perte de biodiversité, changementclimatique et intensification de l'utilisation des terres), notre étude peut aider à mieuxanticiper l'effet de multiples facteurs de changement global en interaction sur lesécosystèmes prairiaux. We identified species richness (SR) as a pivotal factor mediating the effects of land use intensification and climate on multifunctionality through both direct and indirect pathways. Failing to account for changes in SR could thus bias any prediction of, or aggravate, the effects of land use intensification and climate change on ecosystem services delivery in temperate grassland ecosystems. Considering that SR, mean annual temperature and fertilization are major proxies of three main global change drivers (biodiversity loss, climate change and land use intensification) our study may help to better anticipate the effect of multiple interacting global change drivers on grassland ecosystems.