Intraspecific trait diversity in plants: characterizing effects of trait variation on community assembly and ecosystem functioning

Abstract

Kliimamuutuste tagajärjel intensiivistuvad kogu maailmas põuaperioodid. Muutunud keskkonnatingimused on ohuks nii ökosüsteemide toimimisele kui ka taimede elurikkusele, muutes koosluste liigilist koosseisu ja tunnuste väärtusi. Seetõttu on oluline uurida taimede funktsionaalseid tunnuseid, mis määravad üksikisendite edukuse ja mõjutavad seeläbi ka ökosüsteemide toimimist. Kuigi traditsiooniline ökoloogia on keskendunud tunnuste erinevustele liikide vahel, siis olulist rolli taimeliikide ökoloogiliste strateegiate kujunemisel, üksikisendi edukusel, koosluste moodustumisel ja ökosüsteemide toimimisel mängib ka tunnuste liigisisene varieeruvus. See doktoritöö annabki uusi teadmisi taimede maapealsete ja -aluste tunnuste liigisisesest varieeruvusest põuatingimustes. Kasvuhoonekatses rohttaimedega selgus, et taimetunnuste liigisisene varieeruvus on maa all suurem kui maa peal. Tõenäoliselt erinevad sama liigi üksikisendite juured üksteisest ebaühtlaste mullatingimuste tõttu. Kuigi põuaperiood ei mõjutanud liigisisest tunnuste varieeruvust, põhjustas see mitmete tunnuste väärtuste muutusi ning taimeliigid muutusid üksteisega sarnasemaks, omades siiski erinevaid strateegiaid põua talumiseks. Uurides tunnuste liigisisest varieeruvust Colombia troopilistes kuivades metsades, ei leidnud me tugevat ennustuslikku seost puittaimede tunnuste ja kasvu vahel, kuna nii üksikisendi tunnuseid kui ka kasvu mõjutab lisaks veel keskkonna varieerumine uurimisalal. Nendes metsades on liikidel kindlad tunnused, et hakkama saada sademete hooajalisuse ja kõrgete temperatuuridega ning uuringutes on oluline arvestada tunnuste vastastikmõjusid, seda eriti heitlehiste puude puhul. Kokkuvõttes parandavad doktoritöö tulemused meie arusaama taimede maapealsete ja -aluste osade keerukatest strateegiatest vee kättesaamisel põuatingimustes. Doktoritöös saadud tulemused on vajalikud arendamaks sobivaid looduskaitsemeetmeid ning ennustamaks kliimamuutuste mõju ökosüsteemide toimimisele.

Climate change will intensify droughts, threatening ecosystem functions and plant diversity by altering species composition and trait values. This highlights the importance of studying plant functional traits, which shape individual performance and ecosystem functioning. Traditionally, ecology has focused on trait differences among species, but intraspecific trait variation (ITV) is crucial in ecological strategies, individual performance, formation of communities (community assembly), and ecosystem functioning. This thesis contributes to the knowledge of ITV above- and belowground and its implications under drought. In a greenhouse experiment with herbaceous species, ITV was greater belowground than aboveground. The roots of individuals within the same species probably differ from each other due to soil heterogeneity. Although ITV remains stable with drought, it triggers changes in values of several traits which reduce the functional space among species, suggesting a convergence towards mixed strategies to withstand drought, knowledge that is essential for understanding community assembly. Extending within-species trait exploration to a natural environment with drought conditions, no strong predictive relationship was found between woody plant traits and individual growth in the Colombian tropical dry forest, as each plant responds uniquely to microenvironmental variation. In these forests, precipitation seasonality and high temperatures select species adapted to these conditions, and it is important for studies to consider trait interactions, especially for deciduous species (those dropping their leaves in the dry season). Overall, the results of this thesis enhance our understanding of the complex dynamics shaping plant strategies above- and belowground in response to water availability. This knowledge is crucial for guiding conservation strategies and predicting the impacts of climate change on the ecosystem functioning.