The effects of salt stress and arbuscular mycorrhiza on plant neighbour effects and self-thinning

Abiotic and biotic factors can alter the nature and strength of plant–plant interactions and therefore self-thinning (density-dependent mortality), but few studies have looked at how such factors interact. We investigated how salt stress and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) influence plant neighbour effects and self-thinning in experimental populations of Medicago sativa. We obtained two mycorrhizal levels by applying the fungicide benomyl (low AMF) or not (high AMF) at three salinity levels (0.05%, 0.2% and 0.5%). In experiment 1, we investigated how salinity and AMF interact to influence plant interaction intensity using a neighbour removal treatment. In experiment 2, we investigated how self-thinning dynamics vary under salinity conditions and different AMF levels at two initial plant densities (6000 and 17,500 seeds m−2). Shoot biomass and plant density were measured 30, 60 and 90 days after sowing. Standardized major axis regression was used to estimate self-thinning parameters. In experiment 1, AMF increased competitive plant neighbour effects when there was no salinity stress, but this enhancement was not significant with increasing salinity. In experiment 2, there were effects of salinity and AMF on the self-thinning trajectory. The slope of the log (mean shoot biomass per unit area) vs. log density relationship was significantly steeper for the high AMF treatment than for the low AMF treatment without salinity, but the effect of AMF level on the self-thinning exponent was not significant under the two higher salinity levels. The effect of AMF treatments on the intercept of the self-thinning line was not significant at 0.2% salinity but was significant at 0.5% salinity, higher elevation for high AMF treatment. In self-thinning populations, AMF decreased the survival rate without salinity, but increased the survival rate at the highest salinity level. Our results support the hypothesis that salinity and AMF interact to influence plant neighbour effects and self-thinning. Under no-salinity conditions, AMF increased competition, steepened the self-thinning line and decreased survival rate, but these effects of AMF were not significant in the presence of salinity.

ZusammenfassungAbiotische und biotische Faktoren können die Natur und Stärke der Interaktionen zwischen Pflanzen verändern und daher selbstausdünnend wirken (dichteabhängige Mortalität), aber nur wenige Untersuchungen haben darauf geschaut, wie diese Faktoren interagieren. Wir untersuchten wie Salzstress und arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) den Einfluss der pflanzlichen Nachbarn und die Selbstausdünnung bei experimentellen Populationen von Medicago sativa beeinflussen. Wir erreichten zwei Grade von Mykorrhiza, indem wir bei drei Salinitäten (0,05%, 0,2% und 0,5%) das Fungizid Benomyl anwendeten (geringe AMF) oder auch nicht (hohe AMF). In Experiment 1 untersuchten wir, wie Salinität und AMF bei der Beeinflussung der Intensität der Pflanzeninteraktionen interagieren, indem wir die benachbarten Pflanzen entfernten. In Experiment 2 untersuchten wir, wie die Dynamik der Selbstausdünnung unter Salzbedingungen und verschiedenen AMF-Graden bei zwei anfänglichen Pflanzendichten (6000 und 17500 Samen m−2) variiert. Die Biomasse der Schösslinge und die Pflanzendichte wurden 30, 60 und 90 Tage nach der Aussaat gemessen. Um die Parameter der Selbstausdünnung abzuschätzen, wurden standardisierte Hauptachsenregressionen genutzt. In Experiment 1 erhöhte AMF die kompetitiven Nachbareffekte der Pflanzen, wenn es keinen Salzstress gab, aber diese Erhöhung war bei steigender Salinität nicht signifikant. In Experiment 2 gab es Effekte der Salinität auf die Selbstausdünnungsgerade. Ohne Salinität war die Steigung der logarithmischen mittleren Schößlingsbiomasse pro Flächeneinheit gegen die logarithmische Dichtebeziehung bei der hohen AMF-Variante im Gegensatz zur niedrigen AMF-Variante signifikant höher. Aber der Effekt der AMF-Grade auf den Selbstausdünnungsexponenten war bei den zwei höheren Salinitätsgraden nicht signifikant. Der Einfluss der AMF-Varianten auf den Achsenabschnitt der Selbstausdünnungsgeraden war bei 0,2% Salinität nicht signifikant, zeigte aber bei 0,5% Salinität signifikant größere Werte bei der höheren AMF-Variante. In sich selbst ausdünnenden Populationen verminderte AMF die Überlebensrate bei fehlender Salinität, erhöhte die Überlebensrate jedoch bei den höchsten Salinitätsgraden. Unsere Ergebnisse stützen die Hypothese, dass die Salinität und AMF interagieren und die Nachbareffekte der Pflanzen und die Selbstausdünnung beeinflussen. Unter Bedingungen mit fehlender Salinität erhöhte AMF die Konkurrenz, führte zu einer steileren Selbstausdünnungsgeraden und verminderte die Überlebensrate. Diese Effekte der AMF waren jedoch unter Salinitätsbedingungen nicht signifikant.