The allometry of reproductive allocation in a Chloris virgata population in response to simulated atmospheric nitrogen deposition

The quantitative relationship between the size of a plant and its reproductive output is a central aspect of its reproductive strategy. Resource availability influences plant size and the allocation of biomass to different structures. Here we investigate how variation in nitrogen (N) addition affects the allocation of biomass to vegetative and reproductive structures in a population of Chloris virgata. We used four levels of N addition to simulate atmospheric N deposition in the field, and evaluated size-dependent and size-independent effects on reproductive allocation. Total biomass of C. virgata increased with increasing N levels but decreased at the highest level (20 g m−2 N). Reproductive output (mass of seeds produced) was higher when plants were fertilized with 2.5 g m−2 N than in the control treatment (no N addition), but further increases in N did not result in a significant further increase in seed production. The relationship between size and reproduction in C. virgata in response to different N levels was largely allometric (size dependent), but there were also size-independent effects. C. virgata allocated absolutely more, but proportionally less, biomass to reproduction in response to increased N availability, except at the very highest level of N addition, where biomass production was lower. C. virgata is adapted to low nutrient levels, and this limits its ability to utilize high N levels to produce more offspring.

ZusammenfassungDie quantitative Beziehung zwischen der Größe einer Pflanze und ihrer reproduktiven Leistung ist ein zentraler Aspekt ihrer Reproduktionsstrategie. Die Ressourcenverfügbarkeit beeinflusst die Größe der Pflanze und die Verteilung der Biomasse auf unterschiedliche Strukturen. Wir untersuchen hier an einer Population von Chloris virgata, wie die Veränderung der Stickstoffgabe (N) die Allokation der Biomasse auf vegetative und reproduktive Strukturen beeinflusst. Wir stellten vier Stufen der Stickstoffgabe her, um den atmosphärischen N-Eintrag im Freiland zu simulieren, und werteten größenabhängige und größenunabhängige Effekte auf die reproduktive Allokation aus. Die Gesamtbiomasse von C. virgata stieg mit zunehmender Stickstoffgabe, ging bei der höchsten Dosis (20 g N/m2) aber zurück. Die reproduktive Leistung (Masse der produzierten Samen) war bei einer Stickstoffgabe von 2.5 g N/m2 höher als bei der Kontrolle ohne Stickstoffgabe, aber weitere Erhöhungen der Dosis erbrachten keine zusätzliche Steigerung der Samenproduktion. Die Beziehung zwischen Größe und Reproduktion als Reaktion auf unterschiedliche Stickstoffgaben war bei C. virgata weitgehend allometrisch, also größenabhängig, es gab aber auch größenunabhängige Effekte. C. virgata investierte als Antwort auf erhöhte Stickstoffgaben absolut mehr, aber proportional weniger, Biomasse in die Reproduktion, außer bei der höchsten N-Dosis, bei der die Biomasseproduktion geringer war. C. virgata ist adaptiert an ein geringes Nährstoffangebot, und dieser Umstand begrenzt ihre Fähigkeit, hohe Stickstoffgehalte für eine höhere Produktion von Nachkommen auszunutzen.