Environmental heterogeneity increases complementarity in experimental grassland communities

Previous grassland biodiversity experiments were carried out in uniform environments. It is conceivable, however, that biodiversity effects on community characteristics such as primary productivity might be enhanced under more realistic levels of environmental heterogeneity, if this allows complementary resource use by different species in mixture. Therefore, we would expect larger complementarity effects between species in a heterogeneous environment than in a uniform environment. We tested these hypotheses with experiments in four non-overlapping species pools containing the three functional groups grasses, herbs and legumes. We established all species in monoculture, 3- and 6-species mixture on plots with horizontally heterogeneous or uniform distribution of the same total amount of soil nutrients. The positive net biodiversity effects on aboveground biomass production were similar in both heterogeneous and uniform environment. When the net biodiversity effects were partitioned into components, however, it became clear that in the heterogeneous environment they were due to increased complementarity among species whereas in the uniform environment dominance of species with high monoculture yield played also an important role.

ZusammenfassungFrühere Biodiversitätsexperimente wurden unter uniformen Umweltbedingungen durchgeführt. Es ist jedoch denkbar, daß die Auswirkungen der Biodiversität auf Leistungsmerkmale der Pflanzengesellschaft wie die Primärproduktion unter realistischeren heterogenen Umweltbedingungen verstärkt werden können, wenn dadurch eine komplementäre Ressourcennutzung der unterschiedlichen Arten in einer Mischung ermöglicht wird. Daher würden wir größere Komplementaritätseffekte zwischen den Arten in einer heterogenen Umwelt erwarten als in einer uniformen Umwelt. Wir haben diese Hypothesen mit vier nicht überlappenden Pflanzenartenpools getestet, welche die drei funktionellen Gruppen Gräser, Kräuter und Leguminosen enthielten. Alle Arten wurden in Monokultur, 3er- und 6er-Mischung auf Versuchsflächen mit einer uniformen oder heterogenen horizontalen Verteilung der identischen Gesamtmenge an Bodennährstoffen angepflanzt. Die positiven Nettobiodiversitätseffekte auf die oberirdische Biomasseproduktion waren ähnlich unter uniformen und heterogenen Umweltbedingungen. Beim Aufteilen der Nettobiodiversitätseffekte in ihre Komponenten wurde jedoch klar, daß sie unter heterogenen Umweltbedingungen auf Komplementarität zwischen den Arten zurückzuführen waren, während unter uniformen Umweltbedingungen die Dominanz von Arten mit hohem Ertrag in Monokultur auch eine wichtige Rolle spielte.