Interspecific trait differences drive plant community responses on serpentine soils

• Published in: The Journal of ecology
• Main Authors: Delhaye, Guillaume, Dimitrakopoulos, Panayiotis G., Adamidis, George C.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 02-11-2024
• ISSN: 0022-0477; 1365-2745
• DOI: 10.1111/1365-2745.14429

Serpentine ecosystems are characterised by multiple environmental stressors: high levels of trace metals such as nickel (Ni), low availability of macronutrients and low water retention. These harsh environmental conditions exert a strong selective force on the vegetation, but their effect on community assembly processes and the functional trait composition remains unknown. In 26 plots on four serpentine sites on Lesbos Island (Greece), we measured six leaf functional traits related to resource acquisition and stress resistance on the 20 most abundant plant species. We quantified the proportion of variance explained by inter‐ and intraspecific trait differences and tested if individual species showed changes in trait values explained by soil Ni content. We investigated the adaptive value and the community level changes for each trait along the natural soil Ni gradient using a mixed model approach and functional diversity analyses. We tested the role of the abundant serpentine endemic and Ni‐hyperaccumulating species Odontarrhena lesbiaca in driving these patterns. Intraspecific variation explained by soil Ni content is smaller than 4%, and most of the variance is explained by interspecific differences in trait values. Most species do not show significant changes in trait values in response to soil Ni. At the community level, low specific leaf areas, small and thick leaves are selected on high Ni soils. Functional diversity analyses suggest a shift towards a stress tolerance syndrome (thick and small leaves with low SLA values) and an increase in functional diversity on Ni‐rich soils. However, these patterns are driven by the increasing abundance of O. lesbiaca . The endemic Ni hyperaccumulator has a stress tolerance strategy with small thick leaves and low SLA, while the community of broadly distributed species show an increase in trait values related to dominance and fast growth. Synthesis . Intraspecific variation in leaf trait responds little to soil metal toxicity. Endemic species harbour unique trait values compared to species with broad distribution which should justify their conservation as a priority.
Τα σερπεντινικά εδάφη χαρακτηρίζονται από πολλαπλούς περιβαλλοντικούς παράγοντες καταπόνησης για τα φυτικά είδη που υποστηρίζουν: υψηλά επίπεδα μετάλλων όπως το νικέλιο (Ni), χαμηλή διαθεσιμότητα μακροθρεπτικών και μειωμένη ικανότητα συγκράτησης νερού. Αυτές οι αφιλόξενες περιβαλλοντικές συνθήκες ασκούν μια ισχυρή πίεση επιλογής στα είδη, αλλά η επίδρασή τους στη σύνθεση των λειτουργικών χαρακτηριστικών και στις διεργασίες συνάθροισης των βιοκοινοτήτων παραμένει άγνωστη. Επιλέχθηκαν 26 δειγματοληπτικές επιφάνειες, κατανεμημένες σε τέσσερις περιοχές της Λέσβου (Ελλάδα) με σερπεντινικά υποστρώματα, οι οποίες συνιστούν μία φυσική διαβάθμιση εδαφικής συγκέντρωσης Ni. Στα 20 πιο άφθονα είδη αυτών των επιφανειών μετρήθηκαν έξι λειτουργικά χαρακτηριστικά του φύλλου, τα οποία σχετίζονται με την απόληψη των πόρων και την ανοχή σε καταπονήσεις. Ποσοτικοποιήθηκε το ποσοστό της διακύμανσης που εξηγείται από τη διαφορά των χαρακτηριστικών εντός και μεταξύ των ειδών και εξετάσθηκε αν τα επιμέρους είδη παρουσιάζουν αλλαγές στις τιμές των χαρακτηριστικών που ερμηνεύονται από την περιεκτικότητα του εδάφους σε Ni. Διερευνήθηκε η προσαρμοστική τιμή και οι μεταβολές, σε επίπεδο βιοκοινότητας, για κάθε χαρακτηριστικό κατά μήκος της φυσικής διαβάθμισης Ni του εδάφους, μέσω προσεγγίσεων που συνδύαζαν μοντέλα μικτών επιδράσεων και αναλύσεις λειτουργικής ποικιλότητας. Εξετάσθηκε, επίσης, ο ρόλος του ενδημικού είδους και υπερσυσσωρευτή νικελίου Odontarrhena lesbiaca στον καθορισμό αυτών των προτύπων. Η ενδοειδική διακύμανση που εξηγείται από την περιεκτικότητα του εδάφους σε Ni είναι μικρότερη από 4%, με το μεγαλύτερο μέρος της διακύμανσης να εξηγείται από τις διαειδικές διαφορές στις τιμές των χαρακτηριστικών. Τα περισσότερα είδη δεν παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές στις τιμές των χαρακτηριστικών ως απόκριση στην περιεκτικότητα του εδάφους σε Ni. Σε επίπεδο βιοκοινότητας, σε εδάφη με υψηλή περιεκτικότητα σε Ni επιλέγονται χαρακτηριστικά όπως η χαμηλή ειδική φυλλική επιφάνεια (SLA) και τα μικρού μεγέθους και μεγάλου πάχους φύλλα. Οι αναλύσεις λειτουργικής ποικιλότητας υποδηλώνουν μια μετατόπιση προς ένα σύνδρομο ανοχής σε καταπονήσεις (μεγάλου πάχους και μικρού μεγέθους φύλλα, με χαμηλές τιμές SLA) και μια αύξηση της λειτουργικής ποικιλότητας σε εδάφη πλούσια σε Ni. Ωστόσο, τα πρότυπα αυτά καθοδηγούνται από την αυξανόμενη αφθονία του O. lesbiaca . Το ενδημικό είδος και υπερσυσσωρευτής Ni O. lesbiaca παρουσιάζει στρατηγική ανοχής σε καταπονήσεις, με μικρά, μεγάλου πάχους φύλλα και χαμηλές τιμές SLA, ενώ το σύνολο των ειδών με ευρύτερες κατανομές παρουσιάζουν αύξηση των τιμών των χαρακτηριστικών που σχετίζονται με την κυριαρχία και την ταχεία αύξηση.