Complementarity through leaf trait variation : responses of trees to species and soil conditions

Abstract

To understand and preserve ecosystems, investigating the effects of biodiversity on ecosystem functioning (BEF) is a crucial task for today’s ecology. To study the BEF relationship, plant functional traits can provide insights into the ecological strategy of plants, and thereby capture the properties of an ecosystem and its local processes. In this thesis, I use functional traits at the individual level to disentangle the influence of local tree species diversity on the adaptability and the resource allocation strategy of individual trees, and how it is modified by local soil conditions. Obtained from both the subtropical tree diversity experiment BEF-China and a controlled greenhouse experiment, the results indicated that 1) local species diversity tends to shift the individual trees’ resource allocation strategy toward a fast growing strategy, 2) over 25% of trait variation is explained by the within-tree level and this variation responds to a complex interplay between species diversity and soil nutrients, 3) soil nutrients and soil microbiota display opposite effects on both trees’ resource allocation strategy and trait variation when interacting with species diversity. This thesis highlights the importance of species complementary in tree-tree interactions and advocate for including an individual aspect in trait-based approaches, as well as for considering the complex interactions between above and belowground processes at small scales.

Um Ökosysteme zu verstehen und zu erhalten, ist die Untersuchung der Auswirkungen der biologischen Vielfalt auf das Funktionieren von Ökosystemen (BEF) eine zentrale Aufgabe der heutigen Ökologie. Um die BEF-Beziehung zu untersuchen, können funktionelle Merkmale von Pflanzen Einblicke in die ökologische Strategie von Pflanzen geben und so die Eigenschaften eines Ökosystems und seiner lokalen Prozesse erfassen. In dieser Arbeit verwende ich funktionelle Merkmale auf individueller Ebene, um den Einfluss der lokalen Baumartenvielfalt auf die Anpassungsfähigkeit und die Ressourcenallokationsstrategie einzelner Bäume zu entschlüsseln und zu untersuchen, wie diese durch lokale Bodenbedingungen verändert werden. Die Ergebnisse, die sowohl aus dem subtropischen Baumdiversitätsexperiment BEF-China als auch aus einem kontrollierten Gewächshausexperiment gewonnen wurden, zeigen, dass 1) die lokale Artenvielfalt die Ressourcenallokationsstrategie der einzelnen Bäume tendenziell in Richtung einer schnell wachsenden Strategie verschiebt, 2) mehr als 25 % der Merkmalsvariation innerhalb der Einzel-Bäume zu finden ist, und diese Variation auf ein komplexes Zusammenspiel von Artenvielfalt und Bodennährstoffen reagiert, 3) Bodennährstoffe und Bodenmikrobiota in Wechselwirkung mit der Artenvielfalt entgegengesetzte Auswirkungen auf die Wachstumsstrategie der Bäume und die Merkmalsvariation haben. Diese Arbeit unterstreicht die Bedeutung der Komplementarität von Arten in Baum-Baum-Interaktionen und plädiert für die Einbeziehung von Individuum-basierten Aspekten in merkmalsbasierten Ansätzen sowie für die Berücksichtigung der komplexen Wechselwirkungen zwischen ober- und unterirdischen, lokalen Prozessen.