Interacción entre los recursos y el pastoreo como controles de la estructura y la dinámica de pastizales naturales

La estructura y el funcionamiento de las comunidades vegetales dependen de la disponibilidad de nutrientes para las plantas y del consumo de biomasa por los herbívoros, que generan efectos opuestos sobre la vegetación. Para comprender el resultado de la interacción entre el pastoreo y los nutrientes sobre la vegetación es necesario considerar las distintas vías que son modificadas en simultáneo por ambos controles. El objetivo general fue estudiar la interacción entre el pastoreo doméstico y la disponibilidad de nutrientes sobre la estructura, el funcionamiento y la estabilidad temporal de la vegetación de pastizales y los mecanismos involucrados en su respuesta. Se realizó un experimento factorial en el que se manipuló la presencia de ganado doméstico y la disponibilidad de nutrientes (fertilización con N, P y K + micronutrientes; n = 6 bloques) durante 5 años en un pastizal natural bajo uso ganadero (Pampa Deprimida, Argentina). La fertilización incrementó la productividad primaria neta aérea (PPNA) bajo pastoreo, lo que combinado con aumentos en la calidad de los tejidos vegetales intensificó el consumo por el ganado y redujo la biomasa vegetal en pie. En cambio, en las exclusiones al ganado la fertilización no produjo cambios, posiblemente porque el crecimiento vegetal se encontraba limitado por la luz. Los cambios de la composición vegetal debidos al pastoreo y la fertilización, principalmente incrementos de la dominancia, se relacionaron con aumentos de la biomasa aérea. Por último, el pastoreo y la diversidad de especies y grupos funcionales de plantas promovieron la estabilidad de la PPNA, mientras que los niveles intermedios de dominancia de especies la disminuyeron. Esta tesis avanzó en el conocimiento de los mecanismos que regulan la interacción entre el pastoreo doméstico y los aumentos crónicos de nutrientes sobre la estructura, funcionamiento y estabilidad de la vegetación, lo que va a permitir mejorar las estrategias de manejo y conservación de los pastizales templados

Interacción entre los recursos y el pastoreo como controles de la estructura y la dinámica de pastizales naturales

La estructura y el funcionamiento de las comunidades vegetales dependen de la disponibilidad de nutrientes para las plantas y del consumo de biomasa por los herbívoros, que generan efectos opuestos sobre la vegetación. Para comprender el resultado de la interacción entre el pastoreo y los nutrientes sobre la vegetación es necesario considerar las distintas vías que son modificadas en simultáneo por ambos controles. El objetivo general fue estudiar la interacción entre el pastoreo doméstico y la disponibilidad de nutrientes sobre la estructura, el funcionamiento y la estabilidad temporal de la vegetación de pastizales y los mecanismos involucrados en su respuesta. Se realizó un experimento factorial en el que se manipuló la presencia de ganado doméstico y la disponibilidad de nutrientes (fertilización con N, P y K + micronutrientes; n = 6 bloques) durante 5 años en un pastizal natural bajo uso ganadero (Pampa Deprimida, Argentina). La fertilización incrementó la productividad primaria neta aérea (PPNA) bajo pastoreo, lo que combinado con aumentos en la calidad de los tejidos vegetales intensificó el consumo por el ganado y redujo la biomasa vegetal en pie. En cambio, en las exclusiones al ganado la fertilización no produjo cambios, posiblemente porque el crecimiento vegetal se encontraba limitado por la luz. Los cambios de la composición vegetal debidos al pastoreo y la fertilización, principalmente incrementos de la dominancia, se relacionaron con aumentos de la biomasa aérea. Por último, el pastoreo y la diversidad de especies y grupos funcionales de plantas promovieron la estabilidad de la PPNA, mientras que los niveles intermedios de dominancia de especies la disminuyeron. Esta tesis avanzó en el conocimiento de los mecanismos que regulan la interacción entre el pastoreo doméstico y los aumentos crónicos de nutrientes sobre la estructura, funcionamiento y estabilidad de la vegetación, lo que va a permitir mejorar las estrategias de manejo y conservación de los pastizales templados

Livestock exclusion reduces the temporal stability of grassland productivity regardless of eutrophication

Changes in livestock loads and eutrophication associated with human activities can modify the stability of grassland's aboveground net primary productivity (ANPP), by modifying the mean (μ) and/or standard deviation (σ) of ANPP. The changes in attributes of the plant community (i.e., species richness, species asynchrony, dominance) might in turn explain the ecosystem temporal (inter-annual) stability of grassland production. Here, we evaluated the interactive effects of changes in livestock loads and chronic nutrient addition on the temporal stability of ANPP (estimated as μ/σ) in temperate grasslands. We also assessed the role of different attributes of the plant community on ecosystem stability. We carried out a factorial experiment of domestic livestock exclusion and nutrient addition (10 g.m−2.year−1 of nitrogen, phosphorus, and potassium; n = 6 blocks) during five consecutive years in a natural grassland devoted to cattle production (Flooding Pampa, Argentina). Domestic livestock exclusion reduced ANPP stability by 65%, regardless of nutrient load, mainly by the increase of ANPP standard deviation. This reduction in ANPP stability after livestock exclusion was associated mostly with higher plant species dominance and also with reductions in plant effective richness and in the asynchrony of grassland's species. Despite not finding direct negative effects of eutrophication on ANPP stability, chronic nutrient addition decreased effective species richness and asynchrony, which may translate into reductions in ANPP stability in the future. Our findings highlight that the presence of livestock maintains the temporal stability of ANPP mainly by lowering the dominance of the plant community. However, increases in nutrient loads in grasslands devoted to livestock production may threaten grassland's stability.Fil: Campana, María Sofía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Recursos Naturales y Ambiente; ArgentinaFil: Tognetti, Pedro Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Métodos Cuantitativos y Sistemas de Información; ArgentinaFil: Yahdjian, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Recursos Naturales y Ambiente; Argentin

Arid community responses to nitrogen and carbon addition depend on dominant species traits and are decoupled between above- and below-ground biomass

Questions: Arid communities are strongly limited by soil resources including water and nitrogen (N). Plants compete for N with other plants and microorganisms, which are also limited by carbon (C). We propose that above- and below-ground plant responses to soil resources are modulated by community structure (species relative abundances, “mass ratio hypothesis”) and species traits (relative growth rates — RGRs). We evaluated the single and combined effects of soil N and C addition on the above- and below-ground biomass accumulation of perennial grass patches in an arid community, and the mechanisms involved in their responses. Location: Patagonian steppe, Argentina. Methods: We added N (2 g N m−2; NH4NO3) and C (330 g C m−2; sucrose) to 1-m2 field plots in a factorial design. After two years, we harvested above-ground (n = 5 plots) and below-ground biomass (n = 10 soil cores) and sorted it by species. We measured potential soil respiration as a proxy of microbial activity. Results: Total above-ground biomass increased by 55% as a result of N and decreased by 45% as a result of C addition, in relation to controls. C addition reduced total below-ground biomass by 42%. The above-ground differences were associated with changes in the biomass of dominant species according to their RGRs. Poa ligularis (dominant, high RGR) increased by 92% as a result of N addition while Pappostipa speciosa (dominant, low RGR) decreased by 55% as a result of C addition. Intermediate and subordinate grasses did not modify their biomass, independently of their RGR. Potential soil respiration was three times higher in plots with C addition than in control plots. Conclusions: Community biomass was explained by a combination of mass ratio hypothesis and specific RGR, as dominant grasses controlled above-ground community responses to N (high-RGR species) and C addition (low-RGR species). Our findings highlight the independence between the above- and below-ground processes and the importance of considering community equitability and species characteristics to predict plant community responses to changes in soil resources.Fil: Campana, María Sofía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Reyes, María Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Aguiar, Martin Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentin

Plant quality and primary productivity modulate plant biomass responses to the joint effects of grazing and fertilization in a mesic grassland

Questions: Human activities are increasing the density of domestic grazers and global nutrient loads, modifying the main determinants of vegetation community dynamics. Grazing (top-down control) and nutrient availability (bottom-up control) may interactively modify plant biomass, which is particularly important in grasslands devoted to livestock production. Here, we aim to understand the interactive effects of grazing and fertilization on grassland plant biomass. We hypothesized that the joint effects of nutrient addition and domestic grazing on above-ground plant biomass are not additive, but they modify each other through changes in ground-level light, leaf nutritional quality, above-ground net primary productivity (ANPP), and below-ground plant allocation. Location: Flooding Pampa (Buenos Aires, Argentina). Methods: We carried out a factorial experiment of grazing exclusion and fertilization with nitrogen, phosphorus, and potassium + micronutrients during ​several years in a mesic grassland devoted to livestock production. Results: After four years, grazing reduced live above-ground plant biomass by 52%, and when combined with fertilization this reduction was 70%. Nutrient addition in the grazed grassland increased ANPP and leaf nutrient concentration. These changes in turn intensified grazing pressure and cattle’s plant consumption. By contrast, fertilization did not produce any significant effect on plant biomass or ANPP inside the exclosures, where ground-level light was low. A structural equation model revealed that the increase in ANPP fostered above-ground and reduced below-ground plant biomass. Conclusions: This is the first study conducted in the Pampas grasslands that evaluated the effect of cattle grazing and fertilization on plant communities under field conditions over several years. Grazing and nutrient addition synergistically controlled grassland plant biomass, as the reduction in above-ground biomass by cattle consumption was greater in fertilized plots. Our results provided empirical evidence that leaf nitrogen and ANPP modulated plant biomass dynamics in grasslands devoted to livestock production in the context of increased nutrient loads in terrestrial ecosystems.Fil: Campana, María Sofía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Yahdjian, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentin