Effects of experimental warming and nitrogen enrichment on leaf and litter chemistry of a wetland grass, Phragmites australis

As global climate is warming and the nitrogen cycle accelerates, plants are likely to respond not only by shifting community composition, but also by adjusting traits such as tissue chemistry. We subjected a widespread wetland plant, Phragmites australis, to increased nitrate supply and elevated temperature in enclosures that were established in a littoral permanently submerged freshwater marsh. The nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations in green leaves ranged from 11.4 to 13.8 mg N and from 1.5 to 2.0 mg P g−1 dry mass. While the N concentration changed little in brown litter, the P concentration decreased to 0.53–0.65 mg P g−1 litter dry mass. Neither experimental warming of the water and sediment surface, nor nitrate enrichment during the growing season affected nitrogen or phosphorus concentrations in green leaves. Concentrations of the two major structural carbon compounds in plant litter, cellulose and lignin, were also unaffected, ranging from 32.1 to 34.2% of dry mass for cellulose and from 16.3 to 17.7% of dry mass for lignin. Warming, however, significantly increased the nitrogen concentration of fully brown leaf litter. Thus, temperature appears to be more important than the supply of dissolved N in the water, especially in affecting leaf litter N concentrations in P. australis, even when only water but not air temperature is increased. This result may have implications for decomposition processes and decomposer food webs, which both depend on the quality of plant litter.

ZusammenfassungIm Zuge der globalen Klimaerwärmung und der Beschleunigung des Stickstoffkreislaufs ist es wahrscheinlich, dass die Vegetation nicht nur durch Veränderungen der derzeit etablierten Artengemeinschaften, sondern auch durch Verschiebung von Pflanzenmerkmalen wie der chemischen Gewebezusammensetzung reagieren. In einem permanent überfluteten natürlichen Uferröhricht errichteten wir Mesokosmen, um die Reaktion einer weit verbreiteten Feuchtgebietspflanze (Phragmites australis) auf erhöhte Nitratverfügbarkeit und erhöhte Wassertemperaturen zu testen. Die Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen der grünen Blätter variierten zwischen 11.4 und 13.8 mg N bzw. zwischen 1.5 und 2.0 mg P g−1 Trockenmasse. Während sich der P-Gehalt in den braunen Blättern auf 0.53–0.65 mg P g−1 Trockenmasse verringerte, blieb der N Gehalt während der Seneszenz weitgehend unverändert. Weder die experimentelle Erwärmung des Wassers noch die Erhöhung des Nitratangebots während der Wachstumsperiode hatte einen Einfluss auf die Stickstoff- oder Phosphorkonzentrationen grüner Blätter. Ebenfalls unbeeinflusst war der Gehalt der wichtigsten Kohlenstoffverbindungen – Cellulose und Lignin – in der Blattstreu, wobei der Cellulose- und Ligningehalt zwischen 32.1 und 34.2% bzw. 16.3 und 17.7% der Trockenmasse schwankte. Erwärmung des Wassers führte dagegen zu einem signifikanten Anstieg des Stickstoffgehalts der Blattstreu. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Temperatur eine wichtigere Rolle für die Stickstoffkonzentration in Blattstreu spielt als die Verfügbarkeit von gelöstem Stickstoff im Wasser, selbst wenn nur die Wasser-, nicht aber die Lufttemperatur direkt erhöht ist. Daraus ergeben sich mögliche Konsequenzen für Abbauprozesse und Nahrungsnetze von Destruenten, die beide maßgeblich von der Qualität der Pflanzenstreu abhängen.