Unveiling above- and below-ground ecological strategies that underlie woody plant encroachment in grasslands
["Jardim, Raissa","Marques, Marcia","do Carmo, Marta","Cavalin, Pedro","de Oliveira, Ricardo","Carlucci, Marcos"]
2025-05-01
期刊论文
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Forests and grasslands often occur side by side in the landscape, forming a complex mosaic system with contrasting environmental conditions, maintained by different fire-vegetation stabilising feedbacks. Woody species that occur along this sharp gradient must adopt viable ecological strategies to deal with the contrasting environments of these ecosystems. For this, plants are challenged to efficiently coordinate the functioning of ecological strategy dimensions above- and below-ground. We tested hypotheses related to structural changes in vegetation and associated shifts in community-level trait patterns and ecological strategies during woody plant encroachment. We surveyed 60 permanent plots in forest-grassland mosaics at two different times (2012-2022) to obtain data on changes in vegetation structure, species composition, abundance and ecological strategies after 10 years without disturbance, capturing a gradient from open and woody plant-encroached grasslands to closed forests. An integrated functional approach was used to assess the different dimensions of plant trait variation, including 10 above- and below-ground traits, representing whole-plant, leaf, stem and root strategies. Woody plant encroachment led to a substantial increase in woody plant density in former grasslands, transforming their structure to resemble that of young forests. Interestingly, we found clear trade-offs between above- and below-ground traits among woody species. On the one hand, the species occurring in grassland had conservative leaves, a strategy for protection against high solar incidence, physical damage and drought, and had roots with a 'do-it-yourself' strategy, which ensures efficiency in the acquisition of nutrients and water in nutrient-limited soils, and had thick bark related to fire resistance. On the other hand, forest species were usually taller and had acquisitive leaves, indicating highly competitive ability in light-limited forests, whereas their roots had an 'outsourcing' strategy of resource uptake to mycorrhizal fungi in the nutrient-rich soils of forests. Synthesis: We advanced the current understanding of woody plant encroachment in grasslands by showing the underlying trait-based trade-offs that enable woody species to occur along the transition between forest and grassland through space and time. Importantly, we have shown how below-ground traits are important in explaining the species strategies, with a negative covariance between above- and below-ground. Our integrative trait-based approach will be helpful in better understanding and managing forest-grassland mosaics in southern Brazil and analogous patchy ecosystems around the world. Florestas e campos frequentemente ocorrem lado a lado na paisagem, formando um sistema mosaico complexo com condiçõ es ambientais contrastantes, mantido por diferentes feedbacks estabilizadores entre fogo e vegetaçã o. Espé cies lenhosas que ocorrem ao longo desse acentuado gradiente devem adotar estraté gias ecoló gicas viá veis para lidar com os ambientes contrastantes desses ecossistemas. Para isso, as plantas precisam coordenar eficientemente o seu funcionamento acima e abaixo do solo. No presente artigo nó s avaliamos mudanç as estruturais na vegetaçã o associadas com mudanç as funcionais na escala de comunidades e nas estraté gias ecoló gicas das espé cies durante o processo de adensamento de espé cies lenhosas. Para isso, realizamos a amostragem de 60 parcelas permanentes localizadas nos mosaicos campo-floresta, em dois perí odos de tempo (2012 e 2022). O objetivo foi de obter dados sobre mudanç as na estrutura da vegetaçã o, composiçã o de espé cies, abundâ ncia e estraté gias ecoló gicas apó s 10 anos sem distú rbios, capturando um gradiente que vai de campos abertos, campo adensado por plantas lenhosas até florestas fechadas. Utilizamos uma abordagem funcional integrada para aavaliar as diferentes dimensõ es funcionais das plantas, incluindo 10 atributos funcionais acima e abaixo do solo (incluindo atributos de folha, caule e raiz). O adensamento de espé cies lenhosas resultou em um aumento substancial na densidade de plantas lenhosas em á reas anteriormente ocupadas por campos, transformando sua estrutura que atualmente se assemelha à de florestas jovens. Curiosamente, identificamos claros trade-offs entre atributos funcionais acima e abaixo do solo em espé cies lenhosas. Por um lado, as espé cies ocorrendo em campos apresentaram folhas conservativas, uma estraté gia para proteçã o contra alta incidê ncia solar, danos fí sicos e seca, alé m de raí zes com uma estraté gia 'faç a você mesmo', garantindo eficiê ncia na aquisiçã o de nutrientes e á gua em solos pobres, e casca espessa relacionada à resistê ncia ao fogo. Por outro lado, espé cies de floresta foram geralmente mais altas e apresentaram folhas aquisitivas, indicando alta competitividade onde existe limitaçã o de luz, enquanto suas raí zes exibiram uma estraté gia de aquisiçã o de recursos mediada por fungos micorrí zicos, no ambiente onde os solos sã o mais ricos. Sí ntese. Avanç amos no entendimento atual sobre o adensamento de espé cies lenhosas sobre os campos ao demonstrar os trade-offs funcionais que permitem a ocorrê ncia de espé cies lenhosas ao longo da transiçã o entre floresta e campo no espaç o e no tempo. Mostramos, especialmente, como atributos funcionais abaixo do solo sã o importantes para explicar as estraté gias das espé cies, com uma covariâ ncia negativa entre atributos funcionais acima e abaixo do solo. Nossa abordagem integrativa baseada em atributos foi ú til para um melhor entendimento e manejo de mosaicos floresta-campo no sul do Brasil e em ecossistemas aná logos ao redor do mundo.
来源平台:JOURNAL OF ECOLOGY