Intraspecific trait changes have large impacts on community functional composition but do not affect ecosystem function

• Published in: The Journal of ecology Vol. 110; no. 3; pp. 644 - 658
• Main Authors: Pichon, Noémie A., Cappelli, Seraina L., Allan, Eric
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.03.2022
• Subjects: above‐ground–below‐ground biomass; Abundance; Biomass; Community composition; Composition; Convergence; Data collection; Dominance; Dry matter; Dry matter content; Ecosystems; Environmental changes; Fertilization; functional traits; fungal pathogens; grassland; Grasslands; LDMC; Leaf area; Leaves; Multivariate statistical analysis; Nitrogen; Nitrogen enrichment; Pathogens; Plant species; Plants; Removal; SLA; Species composition; Species richness; Variation
• ISSN: 0022-0477; 1365-2745
• DOI: 10.1111/1365-2745.13827

Plant functional traits can provide a mechanistic understanding of community responses to global change and of community effects on ecosystem functions. Nitrogen enrichment typically shifts trait composition by promoting the dominance of acquisitive plants (high specific leaf area [SLA] and low leaf dry matter content [LDMC]), translating into high biomass production. Changes in mean trait values can be due to shifts in species identity, relative abundances and/or intraspecific trait values. However, we do not know the relative importance of these shifts in determining trait responses to environmental changes, or trait effects on ecosystem functioning, such as biomass production. We quantified the relative importance of species composition, abundance and intraspecific shifts in driving variation in SLA and LDMC, and how these shifts affected above‐ and below‐ground biomass. We measured traits in a grassland experiment manipulating nitrogen fertilisation, plant species richness, foliar fungal pathogen removal and sown functional composition (slow vs. fast species). We fitted structural equation models to test the importance of abundance and intraspecific shifts in determining (a) responses of functional composition to treatments and (b) effects on above‐ and below‐ground biomass. We found that species intraspecific shifts were as important as abundance shifts in determining the overall change in functional composition (community weighted mean trait values), and even had large effects compared to substantial initial variation in sown trait composition. Intraspecific trait shifts resulted in convergence towards intermediate SLA in diverse communities; although convergence was reduced by nitrogen addition and enhanced by pathogen removal. In contrast, large intraspecific shifts in LDMC were not influenced by the treatments. However, despite large responses, intraspecific trait shifts had no effect on above‐ or below‐ground biomass. Only interspecific trait variation affected functioning: below‐ground biomass was reduced by SLA and increased by LDMC, while above‐ground biomass was increased by SLA. Synthesis. Our results add to a growing body of literature showing large intraspecific trait variation and emphasise the importance of using field collected data to determine community functional composition. However, they also show that intraspecific variation does not necessarily affect ecosystem functioning and therefore response–effect trait relationships may differ between versus within species. Résumé Les traits fonctionnels des plantes aident à comprendre les mécanismes qui régissent les réponses des communautés aux changements globaux, ainsi que les effets de ces communautés sur les fonctions écosystémiques. L'enrichissement en azote modifie généralement la composition des traits en favorisant la dominance des plantes acquisitives (surface foliaire spécifique [SLA] élevée et faible teneur en matière sèche foliaire [LDMC]), ce qui se traduit par une production élevée de biomasse. Les changements des valeurs moyennes des traits peuvent être dus à l'identité des espèces, aux abondances relatives et/ou aux valeurs des traits intraspécifiques. Cependant, nous ne connaissons pas l'importance relative de ces variations dans la réponse des traits aux changements environnementaux, ni dans les effets des traits sur les fonctions écosystémiques, comme la production de biomasse. Nous avons quantifié l'importance relative de la composition des espèces, de l'abondance et des changements intraspécifiques dans la variation de la SLA et de la LDMC, et testé comment ces changements affectent la biomasse aérienne et souterraine. Nous avons mesuré ces traits dans une prairie où nous avons mené une expérience manipulant la fertilisation azotée, le nombre d’espèces de plantes, l'élimination des pathogènes foliaires fongiques et la composition fonctionnelle des plantes (espèces lentes vs rapides). À l’aide de modèles d'équations structurelles, nous avons testé l'importance de l'abondance et des changements intraspécifiques dans la détermination 1) des réponses de la composition fonctionnelle aux traitements et 2) des effets sur la biomasse aérienne et souterraine. Nous avons constaté que les changements intraspécifiques des espèces étaient aussi importants que les changements en abondance pour déterminer la composition fonctionnelle (valeurs moyennes pondérées des traits de la communauté), et qu'ils avaient même des effets importants par rapport à une grande variation initiale en composition des traits. Les changements intraspécifiques ont entraîné une convergence vers une SLA intermédiaire dans les communautés riches en espèces, et cette convergence a été réduite par l'ajout d'azote et renforcée par l’application de fongicide. Ces traitements n'ont pas eu d'incidence sur les variations intraspécifiques de la LDMC. Cependant, malgré des réponses importantes, les variations intraspécifiques n'ont eu aucun effet sur la biomasse aérienne ou souterraine. Seule la variation interspécifique a eu un effet: la biomasse souterraine a diminué avec la SLA et a augmenté avec la LDMC, tandis que la biomasse aérienne a augmenté avec la SLA. Nos résultats s'ajoutent à un nombre croissant de publications montrant une grande variation intraspécifique des traits des espèces, et soulignent l'importance d'utiliser des données collectées sur le terrain pour déterminer la composition fonctionnelle des communautés. Cependant, ils montrent également que la variation intraspécifique n'affecte pas nécessairement le fonctionnement de l'écosystème et que, par conséquent, les relations réponse‐effet des traits peuvent différer entre les espèces et au sein d'une même espèce. Our results add to a growing body of literature showing large intraspecific trait variation and emphasise the importance of using field collected data to determine community functional composition. However, they also show that intraspecific variation does not necessarily affect ecosystem functioning and therefore response–effect trait relationships may differ between versus within species.