Drought resistance increases with species richness in restored populations and communities

It is unknown to what extent or by what mechanisms introducing biodiversity influences stability of high-stress ecosystems undergoing restoration. Opportunity to investigate patterns of biodiversity and resistance to disturbance in a high-stress environment was presented when severe drought struck a restoration experiment underway on abandoned limestone quarry floors in Ontario, Canada. Experimental communities were previously established within small quarry-floor plots by sowing native grass and forb species considered to be characteristic of rare natural limestone pavements called alvars. Despite adding an identical 18-species seed-mixture to all plots, realized communities varied extensively with respect to the numbers of species established (species richness), the total number of individuals established (community abundance), and the number of individuals belonging to each species (population abundances). We investigated the relationship between species richness and resistance of community abundance to drought, while accounting for background richness–abundance correlation, by contrasting slopes and intercepts of the richness–abundance relationship immediately before vs. 6 weeks after the drought. This relationship was significantly positive prior to drought but 72% steeper in slope following drought, while the abundance intercept exhibited a 44% drop. Plots featuring richer, more abundant communities prior to drought thus suffered considerably less damage than species-poor, low-abundance plots. Population abundance was weakly related to richness prior to drought, but strongly and positively related to richness after the drought. At the individual species level, no species experienced greater losses of abundance with increased plot richness, but six species experienced reduced abundance losses where they co-occurred with more neighbour species. Facilitation or other mechanisms capable of increasing population resistance may thus underlie community resistance in high-stress environments. Though controlled experiments are required to establish causes of relationships reported here, the forms of these relationships suggest that managers may be able to promote resistance in high-stress ecosystems by establishing species-rich communities.

ZusammenfassungBisher ist unbekannt in welchem Ausmaß und durch welche Mechanismen die Einführung von Biodiversität die Stabilität in extremen Ökosystemen, die renaturiert werden, beeinflusst. Es ergab sich die Gelegenheit, die Muster der Biodiversität und die Resistenz gegenüber Störungen in einer extremen Umwelt zu untersuchen, als eine extreme Trockenheit ein laufendes Renaturierungsexperiment in aufgegebenen Kalksteinbrüchen in Ontario, Kanada, traf. Davor wurden experimentelle Gemeinschaften auf kleinen Flächen des Steinbruchbodens etabliert, indem einheimische Gras- und Krautarten ausgesät wurden, die als charakteristisch für seltene offene Kalksteinbereiche gelten, die als Alvare bezeichnet werden. Obwohl alle Flächen mit derselben Samenmischung aus 18 Arten eingesät wurden, unterschieden sich die tatsächlichen Gesellschaften weitgehend in Bezug auf die Anzahl der etablierten Arten (Artenreichtum) als auch in der Gesamtzahl der etablierten Pflanzenindividuen (Gesellschaftsabundanz) und der Anzahl der Individuen, die zu jeder Art gehörten (Populationsabundanz). Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen dem Artenreichtum und der Trockenheitsresistenz der Gesellschaftsabundanz und berücksichtigten die Reichtums-Abundanz-Korrelation im Hintergrund, indem wir die Steigungen und Achsenabschnitte der Reichtums-Abundanz-Korrelation unmittelbar vor und sechs Wochen nach der Trockenheit verglichen. Dieser Zusammenhang war vor der Trockenheit signifikant positiv aber die Steigung war nach der Trockenheit um 72% steiler, während der Achsenabschnitt der Abundanz einen Abfall um 44% zeigte. Flächen, die vor der Trockenheit reichere Gesellschaften mit höheren Abundanzen zeigten, erlitten damit einen wesentlich geringeren Schaden als artenarme Gesellschaften mit geringen Abundanzen. Die Populationsabundanz war geringfügig von dem Artenreichtum vor der Trockenheit abhängig, aber deutlich und positiv mit dem Artenreichtum nach der Trockenheit verbunden. Auf der Ebene der individuellen Arten erfuhr keine Art größere Verluste der Abundanz bei zunehmendem Artenreichtum der Flächen, aber sechs Arten erfuhren eine Reduktion der Abundanz, wenn sie mit mehr Nachbararten vorkamen. Förderung oder andere Mechanismen, die geeignet sind, die Resistenz der Population zu erhöhen, können also der Gesellschaftsresistenz in extremen Umwelten zugrunde liegen. Obwohl kontrollierte Experimente notwendig sind, um die Gründe für die hier genannten Beziehungen zu etablieren, lässt die Form der Beziehungen vermuten, dass die Verantwortungsträger die Resistenz in extremen Lebensräumen fördern können, indem sie artenreiche Gesellschaften etablieren.