Drought effects on root and shoot traits and their decomposability

• Published in: Functional ecology Vol. 37; no. 4; pp. 1044 - 1054
• Main Authors: Reinelt, Laura, Whitaker, Jeanette, Kazakou, Elena, Bonnal, Laurent, Bastianelli, Denis, Bullock, James M., Ostle, Nicholas J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: London Wiley Subscription Services, Inc 01.04.2023; Wiley
• Subjects: Carbohydrates; Climate change; Decomposition; Drought; ecology; forbs; grasses; grassland; Grasslands; intraspecific variation; Legumes; Life Sciences; Litter; litter decomposability; Lolium perenne; Morphology; non‐structural carbohydrates; Phenotypic plasticity; Plant growth; Plant roots; plant traits; Plantago lanceolata; Plastic properties; Plasticity; root traits; roots; Shoots; Trifolium repens; vegetation; root traits; drought; intraspecific variation; non-structural carbohydrates; phenotypic plasticity; grassland; litter decomposability; plant traits
• ISSN: 0269-8463; 1365-2435
• DOI: 10.1111/1365-2435.14261

Drought can induce phenotypic plasticity in a range of plant root and shoot traits. These traits have been shown to explain differences in root and shoot litter decomposability between species. However, it is unknown how drought‐induced plasticity of root and shoot traits alters their decomposability. To investigate this issue across a range of species, we grew a grass Lolium perenne, a forb Plantago lanceolata and a legume Trifolium repens common to European temperate grasslands and subjected them to a 5‐week moderate drought treatment. We compared morphological and chemical root and shoot traits of the droughted plants to well‐watered controls. We then conducted a decomposition assay of the senesced root and shoot material over 16 weeks, with mass loss measurements at five timepoints. Drought had significant and sometimes strong effects on morphological and chemical root and shoot traits of all three species, sometimes similar to differences between species and generally in line with a shift to a more resource‐conservative strategy. Drought also increased the labile litter fraction in roots of Lolium perenne, which was associated with a substantial increase in non‐structural carbohydrates. Drought decreased the labile litter fraction in shoots of Plantago lanceolata, but this could not be explained by the traits we measured. Drought effects on litter decomposability were weaker than on plant traits. Our results suggest that plant trait‐mediated effects of drought on litter decomposability can either increase or decrease vegetation feedbacks to climate change. They also show that drought‐induced plasticity in root and shoot traits does not automatically translate into equivalent changes in litter decomposability. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. Zusammenfassung Trockenheit kann phänotypische Plastizität in einer Reihe von Wurzel‐ und Sprossmerkmalen hervorrufen. Es ist bekannt, dass sich mit den gleichen Pflanzenmerkmerkmalen auch Unterschiede in der Zersetzbarkeit von Wurzel‐ und Sprossstreu zwischen Spezies erklären lassen. Jedoch wurde bislang kaum untersucht, wie sich durch Trockenheit hervorgerufene Plastizität von Wurzel‐ und Sprossmerkmalen auf die Zersetzbarkeit der Wurzel‐ und Sprossstreu auswirkt. Um diese Frage in einigen in europäischem temperierten Grünland häufig vorkommenden Spezies zu untersuchen, zogen wir ein Gras (Lolium perenne), ein Kraut (Plantago lanceolata) und eine Leguminose (Trifolium repens), und setzten sie einer fünfwöchigen mäßig intensiven Trockenperiode aus. Wir verglichen morphologische und chemische Wurzel‐ und Sprossmerkmale zwischen den Pflanzen, die Trockenheit ausgesetzt waren, und den Pflanzen der Kontrollgruppe ohne Trockenheit. Um die Zersetzbarkeit des verwelkten Wurzel‐ und Sprossmaterials zu bestimmen, führten wir einen 16‐wöchigen Zersetzbarkeitsassay durch, mit Messung des Masseverlust zu fünf Zeitpunkten. Trockenheit hatte signifikante und teilweise starke Auswirkungen auf morphologische und chemische Wurzel‐ und Sprossmerkmale aller drei Spezies, teilweise so groß wie Unterschiede zwischen Spezies, und generell im Einklang mit einer Verschiebung der Pflanzenstrategie in Richtung einer effizienteren Ressourcennutzung. Trockenheit erhöhte außerdem den labilen Streuanteil der Wurzeln von Lolium perenne, was mit einer Zunahme der nicht‐strukturellen Kohlenhydrate einherging. Trockenheit verminderte den labilen Streuanteil in den Sprossen von Plantago lanceolata, aber dies ließ sich nicht mit den gemessenen Pflanzenmerkmalen erklären. Die Effekte von Trockenheit auf die Streuzersetzbarkeit waren schwächer als die Effekte auf Pflanzenmerkmale. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Vegetationsfeedbacks auf den Klimawandel durch die Auswirkungen von Trockenheit auf die Streuzersetzbarkeit entweder verstärkt oder geschwächt werden können. Sie zeigen außerdem, dass durch Trockenheit hervorgerufene Plastizität von Wurzel‐ und Sprossmerkmalen nicht automatisch äquivalente Veränderungen in der Streuzersetzbarkeit hervorruft. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog.