Functional traits across primary producer groups and their effects on tundra ecosystem processes

Høyere planter, moser og laver dominerer vegetasjonen over tregrensen. Individuelle arter innen disse gruppene er karakterisert av bestemte egenskaper, slik som næringsinnhold, høyde, veksthastighet og bladstørrelse. Disse egenskapene kan variere både innen den enkelte art og mellom arter. Når, for eksempel, temperaturen øker, vil vegetasjonen generelt bli høyere. Dette skjer enten fordi individene vokser seg høyere (variasjon innen art) og/eller fordi lavtvoksende arter blir erstattet av mer høytvoksende arter (variasjon mellom arter). I dette prosjektet studerte vi om egenskaper til høyere planter, moser og laver endres på samme måte når klimaet endres, og om den relative betydningen av variasjon innen og mellom arter er den samme i de tre organismegruppene. Å studere slike egenskaper er viktig fordi disse kan påvirke viktige økosystemprosesser, som nærings- og karbonsyklus. Vi studerer derfor også sammenhengen mellom ulike egenskaper hos planter, med nedbrytning av plantemateriale og frigjøring av næringsstoffer. Smådyr som midd og spretthaler spiser og deler opp plantemateriale, og endrer det mikrobielle samfunnet gjennom beiting og produksjon av avføring. For å forstå sammenhengen mellom planters egenskaper og økosystemprosesser, har vi studert den direkte effekten av slike egenskaper på disse viktige nedbryterne. I et studie publisert i Functional Ecology, fant vi at inomartsvariasjon er viktig for nitrogen och fosfor i karplanter og laver men ikke i moser. For andre trekk er endringer i artssammensetning mer viktig for trekk på samfunnsnivå. Vi har sammenfattet den viktige, men ofte oversette, rollen til lav i landbaserte økosystemer (Asplund & Wardle 2017 Biological Reviews 92: 1720-1738). Først oppsummerte vi karaktertrekk som varierer mellom lav og som kan ha en direkte betydning for lavenes økologiske funksjon. Deretter gikk vi gjennom hvordan disse karakterene faktisk påvirket lavenes funksjon i økosystemene. Spesielt fokuserte vi på hvorvidt ulike karaktertrekk hadde betydning for lavens tilførsel av næring til omgivelsene, tap av masse, nedbrytning av thallus og i hvilken grad lavspisende virvelløse dyr påvirket nedbrytningen. Deretter diskuterte vi hvorvidt forskjeller mellom lav har betydning for de artene som spiser lav og i hvilken grad forskjellene har betydning for høyere planter næringstilgang og frøspiring i primærsuksesjoner. Til slutt peker vi på områder der det trengs flere studier for å forstå lavenes rolle i landbaserte økosystemer. Vi har gjennomført et nedbrytningstudie basert på teposer i plot som tidligere har vært eksponert for fire ulike behandlinger: oppvarming (OTCs), gjødsling (med N, P og K), oppvarming + gjødsling og kontrol. Disse behandlingene stoppet i 2007, ni år før dette eksperimentet. Vi fant at plottene som har vært oppvarmet og gjødslet hadde høyere nedbrytningsrate enn de andre. Mest sannsynlig er årsaken til denne effekten basert på endringer i vegetasjon og mikroorganismer og ikke endringer i jordkjemi. Kvitkrull vokser i store matter og er viktig mat for reinsdyr. Den produserer usninsyre i det ytre barklaget og perlatorlic syre litt lengre inn i laven (i medulla). I et studie publisert i the Lichenologist studerte vi effektene av simulert global oppvarming på nettopp disse syrene i kvitkrull. Vi sammenlignet normaltemperatur og normaltemperatur + 4 grader C i regulerte klimaskap. Vi simulerte en gjennomsnittlig 10-åring vekstsesongsdynamikk basert på data fra en langtidsovervåket boreal myr i det nordlige Sverige. Etter to måneder med akklimatisering, hadde en økning på 4 grader i en simulert vekstsesong økt konsentrasjonene av usninsyre med 31% sammenlignet med lav som vokste på normaltemperatur. Konsentrasjonen av perlatolic syre gikk derimot ned med 14% ved den samme behandlingen. Vi har manipulert lavsamfunn for å finne ut hvordan de påvirker invertebrater (spretthaler og midd), nedbrytning og mikroklima. Vi fant at lavenes vannholdningskapasitet er viktig for invertebrater og for jordtemperatur. Effekten på nedbrytning av plantestrø er også avhengig av lavart. Ved å blande flere lavarter fant vi synergistiske effekter på invertebratsamfunnene. Det vil si at, hvis en lavmatte inneholder to lavarter så finnes det flere dyr i den enn hva vi kan forvente utefra hva som finnes i de enkelte lavarter når de vokser hver for seg. Denne effekten ble også større jo flere lavarter som blandes.

One outcome with this project is that we have shown the research community that it actually is possible to measure functional traits in lichens and mosses, which if often neglected by plant ecologists. Other studies prior to our (although not many) have measured functional traits on bryophytes or lichens. However, but studying these three organism groups simultaneously, we have managed to reach a broader audience for the often-neglected groups. As such, I think that the project has increased the understanding of the importance of including lichens and bryophytes in studies on alpine vegetation, also among plant ecologists. This knowledge allows us to better understand how important ecosystem processes, i.e. those regulating nutrient- and carbon cycling, as well as vegetation-climate feedbacks are driven by photoautotroph communities. In particular, our findings underline the importance of functional traits for understanding these relationships.

Functional traits are important drivers of ecosystem processes such as herbivory and decomposition and thus in regulating ecosystem nutrient and carbon fluxes. There has been much recent interest in understanding variation in vascular plant functional traits at the whole community level, and new methods have recently been developed to study the relative importance of within and across species trait variability in determining community level traits. As such, for vascular plants, community level traits are commonly found to be primarily driven by changes in species composition across environmental gradients, while changes in intraspecific traits are of lesser importance. Meanwhile, the relative importance of inter- and intraspecific trait variability for other functionally important groups of biota, such as lichens and bryophytes, are poorly understood. However, a recent study suggests that community-level responses of boreal forest epiphytic lichens are driven by intraspecific variability and that species turnover is unimportant. There has been growing recognition that for vascular plants, functional traits can drive the community composition of both herbivores and decomposers. Meanwhile, our knowledge of the role lichen and bryophyte traits play on consumer and decomposer communities are limited. Further, climate change is most likely to influence the relative abundance of lichens, bryophytes and vascular plants and their community level traits and thus the trait-driven ecosystem processes. In this light, we aim to study the link between primary producer traits, abundance of micro-arthropods and decomposition. Further, we are interested in how these links are influenced by climate change in alpine environments. The proposed project will be highly novel as bryophyte- and lichen-specific traits and their linkages to ecosystem processes such as decomposition have hardly been investigated.