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Linking functional composition moments of the sub-mediterranean ecotone with environmental drivers

Verknüpfung von Momenten funktionaler Zusammensetzung des submediterranen Ökotons mit Umweltfaktoren

  • Functional trait-based approaches are extensively applied to the study of mechanisms governing community assembly along environmental gradients. These approaches have been classically based on studying differences in mean values among species, but there is increasing recognition that alternative metrics of trait distributions should be considered to decipher the mechanisms determining community assembly and species coexistence. Under this framework, the main aim of this study is to unravel the effects of environmental conditions as drivers of plant community assembly in sub-Mediterranean ecotones. We set 60 plots in six plant communities of a sub-Mediterranean forest in Central Spain, and measured key above- and belowground functional traits in 411 individuals belonging to 19 species, along with abiotic variables. We calculated community-weighted mean (CWM), skewness (CWS) and kurtosis (CWK) of three plant dimensions, and used maximum likelihood techniques to analyze how variation in these functional community traits was driven byFunctional trait-based approaches are extensively applied to the study of mechanisms governing community assembly along environmental gradients. These approaches have been classically based on studying differences in mean values among species, but there is increasing recognition that alternative metrics of trait distributions should be considered to decipher the mechanisms determining community assembly and species coexistence. Under this framework, the main aim of this study is to unravel the effects of environmental conditions as drivers of plant community assembly in sub-Mediterranean ecotones. We set 60 plots in six plant communities of a sub-Mediterranean forest in Central Spain, and measured key above- and belowground functional traits in 411 individuals belonging to 19 species, along with abiotic variables. We calculated community-weighted mean (CWM), skewness (CWS) and kurtosis (CWK) of three plant dimensions, and used maximum likelihood techniques to analyze how variation in these functional community traits was driven by abiotic factors. Additionally, we estimated the relative contribution of intraspecific trait variability and species turnover to variation in CWM. The first three axes of variation of the principal component analyses were related to three main plant ecological dimensions: Leaf Economics Spectrum, Root Economics Spectrum and plant hydraulic architecture, respectively. Type of community was the most important factor determining differences in the functional structure among communities, as compared to the role of abiotic variables. We found strong differences among communities in their CWMs in line with their biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean), while differences in CWS and CWK indicate different trends in the functional structure among communities and the coexistence of different functional strategies, respectively. Moreover, changes in functional composition were primarily due to intraspecific variability. We observed a high number of strategies in the forest with the different communities spreading along the acquisitive-conservative axis of resource-use, partly matching their Eurosiberian-Mediterranean nature, respectively. Intraspecific trait variability, rather than species turnover, stood as the most relevant factor when analyzing functional changes and assembly patterns among communities. Altogether, our data support the notion that ecotones are ecosystems where relatively minor environmental shifts may result in changes in plant and functional composition.show moreshow less
  • Auf funktionalen Merkmalen basierende Ansätze werden häufig zur Untersuchung von Mechanismen eingesetzt, die den Aufbau von Gemeinschaften entlang von Umweltgradienten steuern. Diese Ansätze basieren klassischerweise auf der Untersuchung von Unterschieden in den Mittelwerten zwischen den Arten, aber es wird zunehmend anerkannt, dass alternative Metriken der Merkmalsverteilungen berücksichtigt werden sollten, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die die Zusammensetzung von Gemeinschaften und die Koexistenz von Arten bestimmen. Vor diesem Hintergrund besteht das Hauptziel dieser Studie darin, die Auswirkungen der Umweltbedingungen als treibende Kraft für die Bildung von Pflanzengemeinschaften in submediterranen Ökotonen zu entschlüsseln. Wir legten 60 Parzellen in sechs Pflanzengemeinschaften eines submediterranen Waldes in Zentralspanien an und maßen die wichtigsten ober- und unterirdischen Funktionsmerkmale von 411 Individuen, die zu 19 Arten gehören, sowie abiotische Variablen. Wir berechneten den gemeinschaftsgewichteten MittelwertAuf funktionalen Merkmalen basierende Ansätze werden häufig zur Untersuchung von Mechanismen eingesetzt, die den Aufbau von Gemeinschaften entlang von Umweltgradienten steuern. Diese Ansätze basieren klassischerweise auf der Untersuchung von Unterschieden in den Mittelwerten zwischen den Arten, aber es wird zunehmend anerkannt, dass alternative Metriken der Merkmalsverteilungen berücksichtigt werden sollten, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die die Zusammensetzung von Gemeinschaften und die Koexistenz von Arten bestimmen. Vor diesem Hintergrund besteht das Hauptziel dieser Studie darin, die Auswirkungen der Umweltbedingungen als treibende Kraft für die Bildung von Pflanzengemeinschaften in submediterranen Ökotonen zu entschlüsseln. Wir legten 60 Parzellen in sechs Pflanzengemeinschaften eines submediterranen Waldes in Zentralspanien an und maßen die wichtigsten ober- und unterirdischen Funktionsmerkmale von 411 Individuen, die zu 19 Arten gehören, sowie abiotische Variablen. Wir berechneten den gemeinschaftsgewichteten Mittelwert (CWM), die Schiefe (CWS) und die Kurtosis (CWK) von drei Pflanzendimensionen und analysierten mit Hilfe von Maximum-Likelihood-Techniken, wie die Variation dieser funktionalen Gemeinschaftsmerkmale durch abiotische Faktoren beeinflusst wurde. Außerdem schätzten wir den relativen Beitrag der intraspezifischen Merkmalsvariabilität und des Artenwechsels zur Variation der CWM. Die ersten drei Variationsachsen der Hauptkomponentenanalysen standen in Zusammenhang mit drei wichtigen pflanzenökologischen Dimensionen: Das ökonomische Blattspektrum, das ökonomische Wurzelspektrum bzw. die hydraulische Architektur der Pflanzen. Die Art der Gemeinschaft war der wichtigste Faktor, der die Unterschiede in der funktionalen Struktur zwischen den Gemeinschaften bestimmte, verglichen mit der Rolle der abiotischen Variablen. Wir fanden starke Unterschiede zwischen den Gemeinschaften in ihren CWMs entsprechend ihrer biogeografischen Herkunft (eurosibirisch vs. mediterran), während Unterschiede in CWS und CWK unterschiedliche Trends in der funktionalen Struktur zwischen den Gemeinschaften bzw. die Koexistenz verschiedener funktionaler Strategien anzeigen. Darüber hinaus waren die Veränderungen in der funktionellen Zusammensetzung in erster Linie auf die intraspezifische Variabilität zurückzuführen. Wir beobachteten eine große Anzahl von Strategien im Wald, wobei sich die verschiedenen Gemeinschaften entlang der Achse der Ressourcennutzung (akquisitorisch-konservativ) ausbreiteten, was teilweise ihrer eurosibirischen bzw. mediterranen Natur entspricht. Bei der Analyse der funktionellen Veränderungen und der Zusammensetzungsmuster zwischen den Gemeinschaften war die Variabilität der intraspezifischen Merkmale und nicht der Artenumsatz der wichtigste Faktor. Insgesamt unterstützen unsere Daten die Vorstellung, dass Ökotone Ökosysteme sind, in denen relativ geringe Umweltveränderungen zu Veränderungen in der Pflanzen- und Funktionszusammensetzung führen können.show moreshow less

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Metadaten
Author: Sergio de Tomás MarínORCiD, Javier Galán DíazORCiD, Jésus Rodríguez-CalcerradeORCiD, Iván PrietoORCiD, Enrique G. de la RivaORCiD
DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1303022
ISSN:1664-462X
Parent Title (English):Frontiers in Plant Science
Publisher:Frontiers
Place of publication:Lausanne
Document Type:Scientific article
Language:English
Year of Completion:2023
Year of first Publication:2023
Release Date:2024/04/11
Tag:Artengemischter Wald; Funktionelle Struktur; Intraspezifische Variabilität; Submediterran; Ökoton
Ecotone; Functional structure; Intraspecific variability; Mixed-species forest; Sub-mediterranean
GND Keyword:Spanien; Meseta; Ökoton; Wald; Pflanzengesellschaft; Umweltveränderung; Maximum-Likelihood-Technik
Volume:14
Article Number:1303022
Fundername (not EU):Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / Open-Access-Publikationskosten (2023 -2025) / 512881332
Fundername (not EU):Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / ECOFUMER / 441909701
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Ökologie
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
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