Functional diversity in root and above-ground traits in a fertile grassland shows a detrimental effect on productivity

Plant community functional structure may drive ecosystem functions in relation with (i) the trait values characterizing dominant species, according to the “biomass ratio hypothesis” proposed by Grime, and (ii) thanks to trait dissimilarity among species, according to the “diversity hypothesis” proposed by Tilman. Both propositions have already yielded support but their relative importance and how they impact biomass production in field situations is still not well known. This study therefore tested (i) whether or not there was a close relationship between biomass production and the community-weighted mean trait values (CWM), as expected from the “biomass ratio hypothesis”, and (ii) the impact of the functional diversity (FDQ) on biomass production, which is expected to be positive according to the “diversity-hypothesis”. The study considered a range of plant assemblages occurring in a wet grassland and five above-ground and four below-ground plant traits were measured to characterize their functional structure. The effects of species diversity, soil water content, soil nitrogen availability and grazing intensity on biomass production were also determined.We showed that biomass production was not related either to species richness and diversity or to any of the resource and disturbance parameters considered. Conversely, the functional structure was found to explain up to 55% of the variability of the biomass production. The results obtained clearly supported the “biomass-ratio hypothesis”. Functional diversity was mainly found to negatively impact biomass production with only poor support to the “diversity hypothesis”. We suggest that such a dilution effect of increasing FDQ on community primary production may be typical of fertile habitats.In order to significantly improve our understanding of the relationship between functional diversity and ecosystem processes, further studies should consider plant assemblages that have been shaped over the long term and habitats across a wide range of productivity.

ZusammenfassungÖkosystemfunktionen werden durch die funktionale Struktur von Pflanzengemeinschaften beeinflusst, und zwar in Bezug auf (i) die Merkmalswerte der dominanten Arten nach der “Biomassen-Verhältnis-Theorie” von Grime und (ii) aufgrund der Verschiedenheit der Merkmale zwischen den Arten nach der “Diversitäts-Hypothese” von Tilman. Beide Hypothesen haben bereits Unterstützung erfahren, aber es ist bisher noch nicht bekannt, wie ihre relative Bedeutung ist und welchen Einfluss sie auf die Biomassenproduktion unter Freilandbedingungen haben. Diese Studie untersuchte deshalb, (i) ob es eine enge Beziehung zwischen der Biomassenproduktion und den gewichteten, durchschnittlichen Merkmalswerten der Lebensgemeinschaften (CWM) gibt, wie es aufgrund der “Biomassen-Verhältnis-Theorie” erwartet werden kann, und (ii) den Einfluss der funktionalen Diversität (FDQ) auf die Biomassenproduktion, der nach der “Diversitäts-Hypothese” positiv sein sollte. Diese Studie berücksichtigte eine Anzahl von Pflanzengemeinschaften, die in feuchten Grünländern vorkommen, und es wurden fünf oberirdische und vier unterirdische Pflanzenmerkmale gemessen, um die funktionale Struktur zu charakterisieren. Die Auswirkungen der Artendiversität, des Bodenwassergehaltes, der Verfügbarkeit von Bodenstickstoff und die Beweidungsintensität auf die Biomassenproduktion wurden ebenfalls gemessen. Wir zeigten, dass die Biomassenproduktion nicht mit dem Artenreichtum und der Diversität oder irgendeinem der Ressourcen- oder Störungsparameter zusammenhing. Im Gegensatz dazu konnte die funktionale Struktur bis zu 55% in der Variation der Biomassenproduktion erklären. Die gewonnenen Ergebnisse stützen eindeutig die “Biomassen-Verhältnis-Theorie”. Wir fanden heraus, dass die funktionale Diversität die Biomassenproduktion vor allem negativ beeinflusste und die “Diversitäts-Hypothese” daher kaum unterstützt wurde. Solch ein Verdünnungseffekt der zunehmenden FDQ auf die primäre Produktion der Gemeinschaft könnte typisch für fruchtbare Habitate sein. Wir schlagen daher vor, dass Untersuchungen, die dazu dienen sollen, unser Verständnis über die Beziehung zwischen der funktionalen Diversität und den Ökosystem-Prozessen signifikant zu verbessern, sowohl die Pflanzenzusammensetzung, die sich langfristig ausgebildet hat, als auch Habitate über eine große Bandbreite der Produktivität berücksichtigt.