Published May 28, 2021
| Version v1
Publication
Open
Effects of three-dimensional soil heterogeneity and species composition on plant biomass and biomass allocation of grass-mixtures
- 1. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 2. Lanzhou University
Description
Abstract Soil heterogeneity significantly affects plant dynamics such as plant growth and biomass. Most studies developed soil heterogeneity in two dimensions, i.e. either horizontally or vertically. However, soil heterogeneity in natural ecosystems varies both horizontally and vertically, i.e. in three dimensions. Previous studies on plant biomass and biomass allocation rarely considered the joint effects of soil heterogeneity and species composition. Thus, to investigate such joint effects on plant biomass and biomass allocation, a controlled experiment was conducted, where three levels of soil heterogeneity and seven types of species compositions were applied. Such soil heterogeneity was developed by filling nutrient-rich and nutrient-poor substrates in an alternative pattern in pots with different patch sizes (small, medium or large), and species compositions was achieved by applying three plant species (i.e. Festuca elata, Bromus inermis, Elymus breviaristatus) in all possible combinations (growing either in monoculture or in mixtures). Results showed that patch size significantly impacted plant biomass and biomass allocation, which differed among plant species. Specially, at the pot scale, with increasing patch size, shoot biomass decreased, while root biomass and R:S ratio increased, and total biomass tended to show a unimodal pattern, where the medium patch supported higher total biomass. Moreover, at the substrate scale, more shoot biomass and total biomass were found in nutrient-rich substrate. Furthermore, at the community scale, two of the three target plant species growing in monoculture had more shoot biomass than those growing together with other species. Thus, our results indicate soil heterogeneity significantly affected plant biomass and biomass allocation, which differ among plant species, though more research is needed on the generalization on biomass allocation. We propose that soil heterogeneity should be considered more explicitly in studies with more species in long-term experiments.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يؤثر عدم تجانس التربة التجريدي بشكل كبير على ديناميكيات النبات مثل نمو النبات والكتلة الحيوية. طورت معظم الدراسات عدم تجانس التربة في بعدين، أي إما أفقيًا أو رأسيًا. ومع ذلك، يختلف عدم تجانس التربة في النظم الإيكولوجية الطبيعية أفقيًا وعموديًا، أي في ثلاثة أبعاد. نادرًا ما نظرت الدراسات السابقة حول الكتلة الحيوية النباتية وتخصيص الكتلة الحيوية في الآثار المشتركة لعدم تجانس التربة وتكوين الأنواع. وهكذا، للتحقيق في هذه التأثيرات المشتركة على الكتلة الحيوية النباتية وتخصيص الكتلة الحيوية، تم إجراء تجربة خاضعة للرقابة، حيث تم تطبيق ثلاثة مستويات من عدم تجانس التربة وسبعة أنواع من تركيبات الأنواع. تم تطوير هذا التباين في التربة عن طريق ملء الركائز الغنية بالمغذيات والفقيرة بالمغذيات في نمط بديل في الأواني ذات أحجام التصحيح المختلفة (صغيرة أو متوسطة أو كبيرة)، وتم تحقيق تركيبات الأنواع من خلال تطبيق ثلاثة أنواع نباتية (أي Festuca elata و Bromus inermis و Elymus breviaristatus) في جميع التوليفات الممكنة (تنمو إما في زراعة أحادية أو في مخاليط). أظهرت النتائج أن حجم الرقعة أثر بشكل كبير على الكتلة الحيوية النباتية وتخصيص الكتلة الحيوية، والتي اختلفت بين أنواع النباتات. على وجه الخصوص، على مقياس القدر، مع زيادة حجم الرقعة، انخفضت الكتلة الحيوية، بينما زادت الكتلة الحيوية للجذر ونسبة R:S، ومالت الكتلة الحيوية الإجمالية إلى إظهار نمط أحادي النمط، حيث دعمت الرقعة المتوسطة كتلة حيوية كلية أعلى. علاوة على ذلك، على مقياس الركيزة، تم العثور على المزيد من الكتلة الحيوية والكتلة الحيوية الكلية في الركيزة الغنية بالمغذيات. علاوة على ذلك، على نطاق المجتمع، كان لدى اثنين من الأنواع النباتية الثلاثة المستهدفة التي تنمو في الزراعة الأحادية كتلة حيوية أكثر من تلك التي تنمو جنبًا إلى جنب مع الأنواع الأخرى. وبالتالي، تشير نتائجنا إلى أن عدم تجانس التربة أثر بشكل كبير على الكتلة الحيوية النباتية وتخصيص الكتلة الحيوية، والتي تختلف بين الأنواع النباتية، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث حول تعميم تخصيص الكتلة الحيوية. نقترح أنه ينبغي النظر في عدم تجانس التربة بشكل أكثر وضوحًا في الدراسات مع المزيد من الأنواع في التجارب طويلة الأجل.Translated Description (French)
Résumé L'hétérogénéité du sol affecte de manière significative la dynamique des plantes telles que la croissance et la biomasse des plantes. La plupart des études ont développé une hétérogénéité du sol en deux dimensions, c'est-à-dire horizontalement ou verticalement. Cependant, l'hétérogénéité des sols dans les écosystèmes naturels varie à la fois horizontalement et verticalement, c'est-à-dire en trois dimensions. Les études antérieures sur la biomasse végétale et l'allocation de la biomasse ont rarement pris en compte les effets conjoints de l'hétérogénéité des sols et de la composition des espèces. Ainsi, pour étudier ces effets conjoints sur la biomasse végétale et l'allocation de la biomasse, une expérience contrôlée a été menée, où trois niveaux d'hétérogénéité du sol et sept types de compositions d'espèces ont été appliqués. Une telle hétérogénéité du sol a été développée en remplissant des substrats riches en nutriments et pauvres en nutriments selon un modèle alternatif dans des pots de différentes tailles de parcelles (petites, moyennes ou grandes), et les compositions des espèces ont été obtenues en appliquant trois espèces végétales (à savoir Festuca elata, Bromus inermis, Elymus breviaristatus) dans toutes les combinaisons possibles (culture en monoculture ou en mélanges). Les résultats ont montré que la taille des parcelles avait un impact significatif sur la biomasse végétale et l'allocation de la biomasse, qui différait selon les espèces végétales. En particulier, à l'échelle du pot, avec l'augmentation de la taille des parcelles, la biomasse des pousses a diminué, tandis que la biomasse racinaire et le rapport R :S ont augmenté, et la biomasse totale a eu tendance à montrer un modèle unimodal, où la parcelle moyenne supportait une biomasse totale plus élevée. De plus, à l'échelle du substrat, plus de biomasse de pousses et de biomasse totale ont été trouvées dans le substrat riche en nutriments. En outre, à l'échelle de la communauté, deux des trois espèces de plantes cibles cultivées en monoculture avaient plus de biomasse de pousses que celles cultivées avec d'autres espèces. Ainsi, nos résultats indiquent que l'hétérogénéité du sol a affecté de manière significative la biomasse végétale et l'allocation de la biomasse, qui diffèrent selon les espèces végétales, bien que davantage de recherches soient nécessaires sur la généralisation de l'allocation de la biomasse. Nous proposons que l'hétérogénéité du sol soit prise en compte plus explicitement dans les études avec plus d'espèces dans les expériences à long terme.Translated Description (Spanish)
Resumen La heterogeneidad del suelo afecta significativamente la dinámica de las plantas, como el crecimiento de las plantas y la biomasa. La mayoría de los estudios desarrollaron la heterogeneidad del suelo en dos dimensiones, es decir, ya sea horizontal o verticalmente. Sin embargo, la heterogeneidad del suelo en los ecosistemas naturales varía tanto horizontal como verticalmente, es decir, en tres dimensiones. Estudios previos sobre la biomasa vegetal y la asignación de biomasa rara vez consideraron los efectos conjuntos de la heterogeneidad del suelo y la composición de las especies. Por lo tanto, para investigar tales efectos conjuntos sobre la biomasa vegetal y la asignación de biomasa, se realizó un experimento controlado, donde se aplicaron tres niveles de heterogeneidad del suelo y siete tipos de composiciones de especies. Dicha heterogeneidad del suelo se desarrolló llenando sustratos ricos en nutrientes y pobres en nutrientes en un patrón alternativo en macetas con diferentes tamaños de parche (pequeño, mediano o grande), y las composiciones de las especies se lograron aplicando tres especies de plantas (es decir, Festuca elata, Bromus inermis, Elymus breviaristatus) en todas las combinaciones posibles (que crecen en monocultivo o en mezclas). Los resultados mostraron que el tamaño del parche afectó significativamente la biomasa vegetal y la asignación de biomasa, que diferían entre las especies de plantas. Especialmente, a escala de maceta, con el aumento del tamaño del parche, la biomasa del brote disminuyó, mientras que la biomasa de la raíz y la relación R:S aumentaron, y la biomasa total tendió a mostrar un patrón unimodal, donde el parche medio soportó una mayor biomasa total. Además, a escala de sustrato, se encontró más biomasa de brotes y biomasa total en el sustrato rico en nutrientes. Además, a escala comunitaria, dos de las tres especies de plantas objetivo que crecen en monocultivo tenían más biomasa de brotes que las que crecen junto con otras especies. Por lo tanto, nuestros resultados indican que la heterogeneidad del suelo afectó significativamente la biomasa vegetal y la asignación de biomasa, que difieren entre las especies de plantas, aunque se necesita más investigación sobre la generalización de la asignación de biomasa. Proponemos que la heterogeneidad del suelo debe considerarse más explícitamente en estudios con más especies en experimentos a largo plazo.Files
plab033.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار عدم تجانس التربة ثلاثي الأبعاد وتكوين الأنواع على الكتلة الحيوية النباتية وتخصيص الكتلة الحيوية للمخاليط العشبية
- Translated title (French)
- Effets de l'hétérogénéité tridimensionnelle du sol et de la composition des espèces sur la biomasse végétale et l'allocation de la biomasse des mélanges d'herbes
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la heterogeneidad tridimensional del suelo y la composición de las especies en la biomasa vegetal y la asignación de biomasa de las mezclas de pastos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3169975915
- DOI
- 10.1093/aobpla/plab033
References
- https://openalex.org/W117322111
- https://openalex.org/W129997434
- https://openalex.org/W1513946959
- https://openalex.org/W1526539608
- https://openalex.org/W1551955680
- https://openalex.org/W1594032928
- https://openalex.org/W1650912349
- https://openalex.org/W176397900
- https://openalex.org/W1977026075
- https://openalex.org/W1991045663
- https://openalex.org/W1992498641
- https://openalex.org/W1994964155
- https://openalex.org/W1996594801
- https://openalex.org/W2011919173
- https://openalex.org/W2043804520
- https://openalex.org/W2047728205
- https://openalex.org/W2050805698
- https://openalex.org/W2058118623
- https://openalex.org/W2063479777
- https://openalex.org/W2076091985
- https://openalex.org/W2083978522
- https://openalex.org/W2094184759
- https://openalex.org/W2101521284
- https://openalex.org/W2107862765
- https://openalex.org/W2114973404
- https://openalex.org/W2134351926
- https://openalex.org/W2135083240
- https://openalex.org/W2135937504
- https://openalex.org/W2141484921
- https://openalex.org/W2143557441
- https://openalex.org/W2154247351
- https://openalex.org/W2156534226
- https://openalex.org/W2160601111
- https://openalex.org/W2164667185
- https://openalex.org/W2174213553
- https://openalex.org/W2325965102
- https://openalex.org/W2334088611
- https://openalex.org/W2339598086
- https://openalex.org/W2471118683
- https://openalex.org/W2547834792
- https://openalex.org/W2563411369
- https://openalex.org/W2586708471
- https://openalex.org/W2766573127
- https://openalex.org/W2775463375
- https://openalex.org/W2796714292
- https://openalex.org/W2883138169
- https://openalex.org/W2888324977
- https://openalex.org/W2909401332
- https://openalex.org/W2987652514
- https://openalex.org/W3103293609
- https://openalex.org/W3116173273
- https://openalex.org/W4232915940