Effect of N:K supply ratios on the performance of three grass species from herbaceous wetlands

Shifts from N limitation to P or K limitation in wetlands (e.g. due to mowing and high atmospheric N deposition) are reflected by increased N:P and N:K ratios of plant biomass and changes in species composition. So far, the implications of increased N:K ratios for wetland vegetation have hardly been investigated. We examined how the supply of N and K influences the growth of three wetland grass species (Holcus lanatus, Anthoxanthum odoratum, Deschampsia caespitosa) to determine at what N:K ratios growth is likely to be K limited, how N:K ratios influence biomass allocation and nutrient uptake, and whether the responses to high N:K ratios vary among species. Plants were grown in sand at six N:K supply ratios ranging from 0.17 to 40.5 and combined with two levels of fertility in a factorial design. In 15 weeks of growth, plant biomass increased with increasing N:K supply ratios, indicating that growth was mostly limited by N and not by K across the entire range of N:K ratios. However, there were indications of K deficiency at the highest N:K supply ratio, such as increased leaf mortality and strong reduction of K concentrations during leaf senescence. The response of total plant biomass to nutrient treatments did not differ among the three species. However, other plant traits, such as biomass allocation to roots, leaf senescence and N concentrations, suggested that D. caespitosa is better adapted to extremely low K availability than the other two species.The short-term responses of the three wetland grass species to N and K supply were similar to those found in previous experiments testing different N:P supply ratios. In both cases, growth depended mainly on N supply, despite high N:K or N:P supply ratios and very low K or P concentrations in plant biomass. In those previous experiments, P supply became more important in the second year. There are indications that the same could also be true for K in a longer-term experiment. Hence, the so-called ‘critical’ values for N:K ratios of plant biomass in the field might be lower than indicated by our short-term experiment.

ZusammenfassungIn manchen Feuchtgebieten haben Mahd und atmosphärische Stickstoffeinträge dazu geführt, dass die Biomasseproduktion nicht mehr durch N, sondern durch P oder K limitiert ist. Dies wird durch erhöhte N:P- und N:K-Verhältnisse der Pflanzenbiomasse angezeigt und kann die Artenzusammensetzung der Vegetation verändern. Über die Folgen hoher N:K-Verhältnisse für die Feuchtgebietsvegetation ist jedoch wenig bekannt. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Versorgung mit N und K auf das Wachstum von drei Grasarten aus Feuchtwiesen (Holcus lanatus, Anthoxanthum odoratum, Deschampsia caespitosa). Das Ziel war festzustellen, bei welchem N:K-Verhältnis das Wachstum K-limitiert ist, wie die Verteilung der Biomasse und die Nährstoffaufnahme vom N:K-Verhältnis abhängen, und ob die Pflanzenarten unterschiedlich auf hohe N:K-Verhältnisse reagieren. Junge Pflanzen wurden in Sand mit Nährlösungen kultiviert. Die Behandlungen kombinierten sechs N:K-Verhältnisse (von 0.17 bis 40.5) mit zwei Gesamtmengen (einfach und dreifach). Nach einer 15-wöchigen Wachstumsperiode nahm die Pflanzenbiomasse mit dem N:K-Verhältnis der Nährlösungen zu; das Wachstum war also primär durch N und nicht durch K limitiert. Beim höchsten N:K-Verhältnis wiesen allerdings eine beschleunigte Blattalterung und ein sehr hoher K-Rückzug auf K-Mangel hin. Die Biomasse der drei Grasarten hing in gleicher Weise von den Nährstoffbehandlungen ab; andere Merkmale jedoch, z.B. der Wurzelanteil, die Blattalterung und Nährstoffgehalte wiesen darauf hin, dass Deschampsia caespitosa auf starken K-Mangel weniger empfindlich reagiert als die beiden anderen Arten. Die kurzfristigen Wirkungen der N:K-Verhältnisse auf die drei Grasarten ähneln denjenigen, die in früheren Versuchen mit verschiedenen N:P-Verhältnissen gefunden wurden. In beiden Fällen hing das Wachstum anfangs vor allem von der N-Versorgung ab, auch wenn die K- oder P-Gehalte in der Biomasse sehr tief waren. In den früheren Versuchen wurde im zweiten Jahr aber eine P-Limitierung deutlich. Dies könnte aufgrund unserer Beobachtungen auch für K zutreffen. Deshalb dürften sogenannte “kritische N:K-Verhältnisse” unter Feldbedingungen niedriger liegen als in diesem kurzfristigen Versuch.