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Tree and mycorrhizal fungal diversity drive intraspecific and intraindividual trait variation in temperate forests: Evidence from a tree diversity experiment

文献类型：期刊论文

作者Sanchez-Bermejo, Pablo Castro1,2; Monjau, Tilo1; Goldmann, Kezia3; Ferlian, Olga2,4; Eisenhauer, Nico2,4; Bruelheide, Helge1,2; Ma, Zeqing5,6; Haider, Sylvia1,2,7
刊名FUNCTIONAL ECOLOGY
出版日期2024-03-21
页码15
关键词arbuscular mycorrhiza ectomycorrhiza intraindividual trait variation intraspecific trait variation leaf economics spectrum plant-plant interactions
ISSN号0269-8463
DOI10.1111/1365-2435.14549
通讯作者Sanchez-Bermejo, Pablo Castro(pablo.castro@idiv.de)
英文摘要The study of tree species coexistence is crucial to understand the assembly of forest communities. In this context, trees adjust their traits in response to the interactions with other trees and, specifically, as a result of the competition for resources. Further, mycorrhizal fungal diversity and associations are important drivers of ecosystem functioning in forests, but their role as drivers of intraspecific trait variation has been disregarded. Here, we studied intraspecific trait variation of trees in response to tree and mycorrhizal fungal diversity. We sampled 3200 leaves from 640 trees belonging to 10 native, deciduous species in a tree diversity experiment in Central Germany. This experiment relies on the combination of gradients of tree richness and mycorrhizal associations. To handle large amounts of leaf samples, we acquired leaf-level spectral data and used deep learning to predict values for five leaf traits from the leaf economics spectrum (LES): specific leaf area, leaf dry matter content, carbon to nitrogen ratio, carbon content and phosphorus content. For every tree, we calculated the mean value for every trait and two multi-trait functional indices (functional richness and functional dispersion) based on values for individual leaves. Finally, we used sequencing-based data to assess the richness of mycorrhizal fungi associated with the trees. We found that tree and mycorrhizal fungi richness had an effect on different leaf functional traits. Specifically, tree richness positively affected specific leaf area and, additionally, had a negative effect on the functional indicies, which revealed that the phenotypic diversity within the tree crown decreased with tree species richness. In addition, leaf carbon to nitrogen ratio decreased with increasing arbuscular mycorrhizal fungal richness in both arbuscular and ectomycorrhizal tree species. Finally, we did not find differences between arbuscular and ectomycorrhizal trees regarding their location within the LES. Our results suggest that trees modify their strategy in response to local tree diversity, not only by shifting trait values but also by shifting the variability intraindividually. In addition, higher mycorrhizal fungal diversity does not seem to lead to higher complementarity, but instead, tree and mycorrhizal fungi affect different aspects of leaf traits.Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. El estudio de la coexistencia entre especies es esencial para entender el ensamblaje de las comunidades forestales. En este contexto, lo arboles ajustan sus rasgos en respuesta a la interaccion con otros arboles y, en concreto, como resultado de la competencia por recursos. Ademas, la diversidad de hongos micorricicos y las asociaciones con estos tambien son factores importantes en el funcionamiento de los bosques, aunque su papel es ampliamente desconocido. En este trabajo hemos estudiado la variacion intraespecifica de arboles en respuesta a la diversidad de arboles y hongos micorricicos. Muestreamos 3.200 hojas en 640 individuos de 10 especies caducifolias en un experimento de diversidad de arboles en el centro de Alemania. Este experimento combina gradientes de riqueza de arboles con distintas combinaciones de asociaciones de micorrizas. Con el objetivo de procesar una gran cantidad de muestras de hojas, utilizamos espectroscopia y tecnicas de ' deep learning ' para predecir los valores de cinco rasgos funcionales del espectro economico de la hoja: el area foliar especifica, el contenido en materia seca de la hoja, la ratio entre carbono y nitrogeno, el contenido de carbono y el contenido de fosforo. Para cada arbol y a partir de los datos de hojas individuales, calculamos el valour medio para cada rasgo y dos indices funcionales (riqueza funcional y dispersion funcional). Por ultimo, utilizamos datos de secuenciacion para determinar la riqueza de hongos micorricicos asociada a los arboles. Nuestros resultados indican que la diversidad de arboles y hongos micorricicos afectan a distintos rasgos funcionales. En concreto, la diversidad de arboles afecta positivamente al area foliar especifica y, ademas, tiene un efecto negativo en los indices funcionales, lo que indica que la diversidad fenotipica dentro de la copa del arbol (la diversidad intraindividuo) disminuye con la diversidad de especies arboreas. Ademas, la ratio entre carbono y nitrogeno de la hoja disminuye con la diversidad de hongos micorricicos arbusculares tanto en especies de arboles arbusculares como en especies ectomicorricicas. Por ultimo, no encontramos diferencias entre arboles arbusculares y ectomicorricocos en cuanto a su posicion en el espectro economico de la hoja. Nuestros resultados indican que los arboles modifican su estrategia en respuesta a la diversidad de arboles, no solo mediante cambios en los valores de los rasgos funcionales, pero tambien con cambios en la diversidad intraindividuo. Ademas, una mayor diversidad de hongos micorricicos no siempre conlleva mayor complementariedad, sino que, en lugar de ello, los arboles y los hongos micorricicos afectan a distintos aspectos de la variacion de la hoja. Die Untersuchung der Koexistenz von Baumarten ist von entscheidender Bedeutung, um die Zusammensetzung von Waldgemeinschaften zu verstehen. In diesem Zusammenhang passen Baume ihre Eigenschaften als Reaktion auf die Interaktionen mit anderen Baumen und insbesondere aufgrund der Konkurrenz um Ressourcen an. Daruber hinaus sind die Vielfalt und Assoziationen von Mykorrhiza-Pilzen ebenfalls wichtige Faktoren fur das Funktionieren von Waldokosystemen, ihre Rolle als Treiber fur intraspezifische Merkmalsvariation wurde jedoch bislang selten untersucht. In unserer Studie haben wir die intraspezifische Merkmalsvariation von Baumen als Reaktion auf die Baum- und Mykorrhiza-Pilzvielfalt analysiert. In einem Baumdiversitatsexperiment in Mitteldeutschland haben wir 3.200 Blatter von 640 Baumen von 10 einheimischen Laubbaumarten untersucht. Das Diversitatsexperiment basiert auf der Kombination von Gradienten der Baumartenzahl und Mykorrhiza-Assoziationen. Um grosse Mengen an Blattproben zu verarbeiten, haben wir Spektraldaten auf Blattebene erfasst und mithilfe von Deep Learning Werte fur funf Blattmerkmale aus dem Spektrum der Blattokonomie (leaf economics spectrum') vorhergesagt: spezifische Blattflache, Blatttrockenmassegehalt, Kohlenstoff-Stickstoff-Verhaltnis, Kohlenstoff- und Phosphorgehalt. Fur jeden Baum haben wir den Mittelwert fur jedes Merkmal sowie fur alle Merkmale gemeinsam zwei Indizes fur funktionelle Diversitat basierend auf den Werten der einzelnen Blatter berechnet (,functional richness'und ,functional dispersion'zur Quantifizierung der Grosse des Merkmalsraums und der Verteilung der einzelnen Werte darin). Zuletzt verwendeten wir sequenzierungsbasierte Daten, um die Vielfalt der mit den Baumen assoziierten Mykorrhizapilze zu beurteilen. Wir fanden heraus, dass der Reichtum an Baumarten und Mykorrhizapilzen einen Einfluss auf verschiedene funktionelle Blattmerkmale hatte. Insbesondere wirkte sich der Baumartenreichtum positiv auf die spezifische Blattflache und negativ auf die beiden Indizes fur funktionelle Vielfalt aus, was zeigte, dass die phanotypische Diversitat innerhalb der Baumkrone (intraindividuelle Diversitat) mit dem Baumartenreichtum abnahm. Daruber hinaus nahm das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhaltnis der Blatter mit zunehmendem arbuskularen Mykorrhizapilzreichtum sowohl bei arbuskularen als auch bei Ektomykorrhiza-Baumarten ab. Wir fanden keine Unterschiede zwischen arbuskularen und Ektomykorrhizabaumen hinsichtlich ihrer Lage innerhalb des Spektrums der Blattokonomie. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Baume ihre Strategie als Reaktion auf die lokale Baumvielfalt andern, nicht nur durch Verschiebung der Merkmalswerte, sondern auch durch intraindividuelle Veranderung der Variabilitat. Daruber hinaus scheint eine hohere Diversitat der Mykorrhiza-Pilze nicht zu einer hoheren Komplementaritat zu fuhren, sondern Baum- und Mykorrhiza-Pilze beeinflussen stattdessen unterschiedliche Aspekte der Blattmerkmalsvariation. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog.image
WOS关键词LEAF DRY MASS ; FUNCTIONAL DIVERSITY ; ECONOMICS SPECTRUM ; PHOSPHORUS-CONTENT ; PLANT ECONOMICS ; VARIABILITY ; ECOLOGY ; AREA ; FRAMEWORK ; NITROGEN
资助项目Deutsche Forschungsgemeinschaft[Ei 862/31-1] ; Deutsche Forschungsgemeinschaft[Ei 862/29-1] ; Deutsche Forschungsgemeinschaft[319936945/GRK2324] ; Deutsche Forschungsgemeinschaft[FZT 118] ; Deutsche Forschungsgemeinschaft[202548816] ; University of Chinese Academy of Science (UCAS)
WOS研究方向Environmental Sciences & Ecology
语种英语
WOS记录号WOS:001189502900001
出版者WILEY
资助机构Deutsche Forschungsgemeinschaft ; University of Chinese Academy of Science (UCAS)
源URL[http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/204103]  
专题中国科学院地理科学与资源研究所
通讯作者Sanchez-Bermejo, Pablo Castro
作者单位1.Martin Luther Univ Halle Wittenberg, Inst Biol Geobot & Bot Garden, Halle An Der Saale, Germany
2.German Ctr Integrat Biodivers Res iDiv, D-04103 Leipzig, Germany
3.UFZ Helmholtz Ctr Environm Res, Dept Soil Ecol, Halle An Der Saale, Germany
4.Univ Leipzig, Inst Biol, Leipzig, Germany
5.Chinese Acad Sci, Inst Geog Sci & Nat Resources Res, Key Lab Ecosyst Network Observat & Modeling, Beijing, Peoples R China
6.Univ Chinese Acad Sci, Coll Resources & Environm, Beijing, Peoples R China
7.Leuphana Univ Luneburg, Inst Ecol, Luneburg, Germany
推荐引用方式
GB/T 7714		 Sanchez-Bermejo, Pablo Castro,Monjau, Tilo,Goldmann, Kezia,et al. Tree and mycorrhizal fungal diversity drive intraspecific and intraindividual trait variation in temperate forests: Evidence from a tree diversity experiment[J]. FUNCTIONAL ECOLOGY,2024:15.
APA Sanchez-Bermejo, Pablo Castro.,Monjau, Tilo.,Goldmann, Kezia.,Ferlian, Olga.,Eisenhauer, Nico.,...&Haider, Sylvia.(2024).Tree and mycorrhizal fungal diversity drive intraspecific and intraindividual trait variation in temperate forests: Evidence from a tree diversity experiment.FUNCTIONAL ECOLOGY,15.
MLA Sanchez-Bermejo, Pablo Castro,et al."Tree and mycorrhizal fungal diversity drive intraspecific and intraindividual trait variation in temperate forests: Evidence from a tree diversity experiment".FUNCTIONAL ECOLOGY (2024):15.

入库方式： OAI收割

来源：地理科学与资源研究所

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