What role do plant–soil interactions play in the habitat suitability and potential range expansion of the alpine dwarf shrub Salix herbacea?

Mountain plants may respond to warming climates by migrating along altitudinal gradients or, because climatic conditions on mountain slopes can be locally very heterogeneous, by migrating to different microhabitats at the same altitude. However, in new environments, plants may also encounter novel soil microbial communities, which might affect their establishment success. Thus, biotic interactions could be a key factor in plant responses to climate change. Here, we investigated the role of plant–soil feedback for the establishment success of the alpine dwarf shrub Salix herbacea L. across altitudes and late- and early snowmelt microhabitats. We collected S. herbacea seeds and soil from nine plots on three mountain-slope transects near Davos, Switzerland, and we transplanted seeds and seedlings to substrate inoculated with soil from the same plot or with soils from different microhabitats, altitudes and mountains under greenhouse conditions. We found that, on average, seeds from higher altitudes (2400–2700 m) and late-exposed snowbeds germinated better than seeds from lower altitudes (2200–2300 m) and early-exposed ridges. However, despite these differences in germination, growth was generally higher for plants from low altitudes, and there were no indications for a an home-soil advantage within the current range of S. herbacea. Interestingly, seedlings growing on soil from above the current altitudinal distribution of S. herbacea grew on average less well than on their own soil. Thus, although the lack of a home-soil advantage in the current habitat might be beneficial for S. herbacea in a changing environment, migration to habitats beyond the current altitudinal range might be limited, probably due to missing positive soil-feedback.

ZusammenfassungPflanzen in Gebirgen können sich an ein wämeres Klima anpassen, indem sie entweder in andere Höhenlagen, oder, da die klimatischen Bedingungen an Gebirgshängen lokal sehr heterogen sein können, in unterschiedliche Mikrohabitate auf gleicher Höhe wandern. An neuen Standorten treffen Pflanzen auch neuartige Gesellschaften von Bodenorganismen an, welche deren Etablierung beeinflussen können. Biotische Interaktionen stellen deshalb einen möglicher Schlüsselfaktor bei der Anpassung von Pflanzen an den Klimawandeld dar. In unsererem Experiment untersuchen wir, welche Rolle das Pflanze-Boden-Feedback für die Etablierung des Alpinen Zwergstrauchs Salix herbacea L. entlang eines Höhengradienten und zwischen Mikrohabitaten mit früher und später Schneeschmelze spielt. Wir haben Samen von S. herbacea und Bodenmaterial an neun Standorten gesammelt, die auf Transekte an drei Bergen in der Nähe von Davos, Schweiz, verteilt waren. Unter Gewächshausbedingungen haben wir die Samen und Keimlinge in Substrat verpflanzt, das mit dem Boden desselben Standorts oder mit dem Boden von unterschiedlichen Mikrohabitaten, Höhenstufen und Bergen inokuliert wurde. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Samen von hohen Standorten (2400-2700 m) und von spät ausapernden Schneetälchen durchschnittlich besser keimten als Samen von niedrigen Standorten (2200-2300 m) und früh ausapernden Kämmen. Trotz dieser Unterschiede in der Keimung, war das Wachstum von Pflanzen von niedrigen Standorten im Allgemeinen stärker. Innerhalb des heutigen Verbreitungsgebiets von S. herbacea konnten wir keine Hinweise darauf finden, dass Pflanzen einen Vorteil hatten, wenn sie auf Substrat vom eigenen Standort wuchsen. Interessanterweise wuchsen Keimlinge auf Substrat von überhalb des heutigen Verbreitungsgebietes, schlechter als auf Substrat vom eigenen Standort. Obwohl das Fehlen eines Heim-Boden-Vorteils für S. herbacea unter sich ändernden Umweltbedingungen möglicherweise von Vorteil ist, könnte die Migration zu Standorten überhalb des heutigen Verbreitungsgebietes, aufgrund von fehlendem positivem Pflanze-Boden-Feedback, eingeschränkt sein.