Addition of multiple limiting resources reduces grassland diversity

Resumo

A dimensionalidade do nicho fornece uma explicação teórica geral para a biodiversidade (mais nichos), definidos por mais fatores limitantes, permitem mais formas de coexistência entre as espécies. Como as espécies de plantas competem pelo mesmo conjunto de recursos limitantes, a teoria prevê que a adição de um recurso limitante elimina as possíveis compensações, reduzindo o número de espécies que podem coexistir. A limitação da produção vegetal por múltiplos nutrientes é comum e, portanto, a fertilização pode reduzir a diversidade ao diminuir o número ou a dimensão dos fatores limitantes abaixo do solo. Ao mesmo tempo, a adição de nutrientes, ao aumentar a biomassa, deve, em última análise, mudar a competição dos nutrientes abaixo do solo para uma troca competitiva unidimensional por luz. Aqui mostramos que a diversidade de espécies de plantas diminuiu quando um número maior de nutrientes limitantes foi adicionado em 45 locais de pastagens de uma rede experimental multicontinental. O número de nutrientes adicionados previu a perda de diversidade, mesmo após o controle dos efeitos da biomassa da planta, e mesmo quando a produção de biomassa não era limitada por nutrientes. Descobrimos que a oferta elevada de recursos reduziu a dimensionalidade e a diversidade do nicho e aumentou a produtividade e a rotatividade da composição. Nossos resultados apontam para a importância de compreender a dimensionalidade em sistemas ecológicos que estão sofrendo perda de diversidade em resposta a vários fatores de mudança global.

Abstract

Niche dimensionality provides a general theoretical explanation for biodiversity—more niches, defined by more limiting factors, allow for more ways that species can coexist. Because plant species compete for the same set of limiting resources, theory predicts that addition of a limiting resource eliminates potential trade-offs, reducing the number of species that can coexist. Multiple nutrient limitation of plant production is common and therefore fertilization may reduce diversity by reducing the number or dimensionality of belowground limiting factors. At the same time, nutrient addition, by increasing biomass, should ultimately shift competition from belowground nutrients towards a one-dimensional competitive trade-off for light. Here we show that plant species diversity decreased when a greater number of limiting nutrients were added across 45 grassland sites from a multi-continent experimental network. The number of added nutrients predicted diversity loss, even after controlling for effects of plant biomass, and even where biomass production was not nutrient-limited. We found that elevated resource supply reduced niche dimensionality and diversity and increased both productivity and compositional turnover. Our results point to the importance of understanding dimensionality in ecological systems that are undergoing diversity loss in response to multiple global change factors.