Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2025. Preprint
Article first published online: 03 APR 2025 | DOI: 10.17581/bp.2025.14114
The contribution of intraspecific trait variability to the functional diversity of herbaceous vegetation along a local environmental gradient
Tatiana G. Elumeeva
,
Tatiana M. Gavrilova &
Oxana V. Cherednichenko Department of Plant Ecology and Geography, Moscow State University, Moscow, Russia
Intraspecific trait variability reflects plant acclimation to habitats. In Central Forest Reserve (Tver’ Region, Russia) we studied four herbaceous communities with several common species: managed and abandoned mesic meadows, tall-herb subruderal communities and Filipendula ulmaria communities. To estimate the contribution of intraspecific variability to community weighted means (CWM) and indices of functional richness, evenness and divergence, we used the data on leaf area, specific leaf area (SLA) and vegetative height, measured per community type and their mean values across communities. Plant height had a positive covariation with CWMs, while SLA mostly had a negative covariation. For CWMs of leaf area, the species turnover was more important than the intraspecific variability. The highest functional richness by all the traits was observed in abandoned meadows. In subruderal communities the intraspecific variability of SLA can compensate for the losses in species and functional richness.
Елумеева Т.Г., Гаврилова Т.М., Чередниченко О.В. Вклад внутривидовой изменчивости признаков в функциональное разнообразие травяных сообществ на локальном экологическом градиенте. Внутривидовая изменчивость признаков отражает акклимацию растений к условиям местообитаний. В Центрально-Лесном заповеднике (Тверская область, Россия) мы исследовали четыре типа травяных сообществ с рядом общих видов: используемые и неиспользуемые мезофитные луга, субрудеральные высокотравные сообщества и таволговые сообщества. Чтобы оценить вклад внутривидовой изменчивости в средневзвешенные значения и индексы функционального богатства, выравненности и дивергенции, мы использовали данные по площади листа, удельной листовой поверхности (УЛП) и высоте вегетативных органов, измеренные в каждом типе сообществ, и их средние значения для всех сообществ. Для высоты растений отмечена положительная ковариация со средневзвешенными значениями, тогда как для УЛП ковариация была в основном отрицательной. Для средневзвешенных значений площади листа изменение видового состава было важнее, чем внутривидовая изменчивость. Наибольшее функциональное богатство по всем признакам отмечено на неиспользуемых лугах. В субрудеральных сообществах внутривидовая изменчивость УЛП может компенсировать потери видового и функционального разнообразия.
Keywords: plant height, leaf area, specific leaf area, biomass, functional diversity indices, высота растений, площадь листа, удельная листовая поверхность, биомасса, индексы функционального разнообразия
PDF SUPPLEMENTARY MATERIALS: Electronic Appendix 1
References
Albert, C.H., W. Thuiller, N.G. Yoccoz, A. Soudant, F. Boucher, P. Saccone & S. Lavorel 2010. Intraspecific functional variability: extent, structure and sources of variation. Journal of Ecology 98:604-613. CrossRef
Butterfield, B.J. & K.N. Suding 2013. Single-trait functional indices outperform multi-trait indices in linking environmental gradients and ecosystem services in a complex landscape. Journal of Ecology 101(1):9-17. CrossRef
Chelli, S., M. Marignani, E. Barni, A. Petraglia, G. Puglielli, C. Wellstein, A.T.R. Acosta, ... & B.E.L. Cerabolini 2019. Plant-environment interactions through a functional traits perspective: a review of Italian studies. Plant Biosystems 153(6):853-869. CrossRef
Cherednichenko, O. & V. Borodulina 2018. Biodiversity of herbaceous vegetation in abandoned and managed sites under protection regime: a case study in the Central Forest Reserve, NW Russia. Hacquetia 17(1):35-59. CrossRef
Cherednichenko, O.V., T.M. Gavrilova, V.P. Borodulina, S.D. Zhelezova & T.G. Elumeeva 2021. Structure of aboveground phytomass of abandoned and managed mesic meadows in the forest zone: a case sudy from the Central Forest Reserve, Russia. Botany Letters 168(2):297-309. CrossRef
Dalke, I.V., A.B. Novakovskiy, S.P. Maslova & Y.A. Dubrovskiy 2018. Morphological and functional traits of herbaceous plants with different functional types in the European Northeast. Plant Ecology 219:1295-1305. CrossRef
Dengler, J., I. Biurrun, I. Apostolova, E. Baumann, T. Becker, A. Berastegi, S. Boch, I. Dembicz, Y.P. Didukh, ... & F. Weiser 2016. Scale-dependent plant diversity in Palaearctic grasslands: a comparative overview. Bulletin of the Eurasian Dry Grassland Group 31:12-26.
Dengler, J., M. Janišová, P. Török & C. Wellstein 2014. Biodiversity of Palearctic grasslands: a synthesis. Agriculture, Ecosystems & Environment 182:1-14. CrossRef
Dong, N., I.C. Prentice, I.J. Wright, B.J. Evans, H.F. Togashi, S. Caddy-Retalic, F.A. McInerney, ... & A.J. Lowe 2020. Components of leaf-trait variation along environmental gradients. New Phytologist 228:82-94. CrossRef
Dudova, K.V., G.G. Ataballyev, A.A. Akhmetzhanova, D.M. Gulov, S.V. Dudov, T.G. Elumeeva, A.M. Kipkeev, ... & V.G. Onipchenko 2019. Functional diversity of alpine plant communities: a case study of plant height. Zhurnal Obshchei Biologii 80(6):439-450 (in Russian). [Дудова К.В., Атабаллыев Г.Г., Ахметжанова А.А., Гулов Д.М., Дудов С.В., Елумеева Т.Г., Кипкеев А.М., ... В.Г. Онипченко 2019. Опыт изучения функционального разнообразия альпийских сообществ на примере анализа высоты растений // Журнал общей биологии. Т. 80, № 6. С. 439-450]. CrossRef
Elumeeva, T.G., T.M. Gavrilova, V.P. Borodulina & O.V. Cherednichenko. 2024. Phytomass and soil temperature in herbaceous communities of the Central Forest Reserve. Contemporary Problems of Ecology 17(6):918-927. CrossRef
Elumeeva, T.G., V.G. Onipchenko, E.N. Rovnaia, Y. Wu & M.J.A. Werger. 2015. Alpine plant communities of Tibet and Caucasus: in quest of functional convergence. Botanica Pacifica 4(1):7-16. CrossRef
Funk, J.L., J.E. Larson, G.M. Ames, B.J. Butterfield, J. Cavender-Bares, J. Firn, D.C. Laughlin, ... & J. Wright 2017. Revisiting the Holy Grail: using plant functional traits to understand ecological processes. Biological Reviews 92:1156-1173. CrossRef
Govaert, S., C. Meeussen, T. Vanneste, K. Bollmann, J. Brunet, K. Calders, S.A.O. Cousins, ... & P. De Frenne 2024. Trait-micro-environment relationships of forest herb communities across Europe. Global Ecology and Biogeography 33:286-302. CrossRef
Habel, J.C., J. Dengler, M. Janišová, P. Török, C. Wellstein & M. Wiezik 2013. European grassland ecosystems: Threatened hotspots of biodiversity. Biodiversity Conservation 22:2131-2138. CrossRef
Kichenin, E., D.A. Wardle, D.A. Peltzer, C.W. Morse & G.T. Freschet 2013. Contrasting effects of plant interand intraspecific variation on community-level trait measures along an environmental gradient. Functional Ecology 27:1254-1261. CrossRef
Kurayeva, E.N., T.Y. Minayeva & E.S. Shaposhnikov 1999. Typological structure and floristic diversity of forest communities. In: Forest successions in protected areas of Russia and problems of biodiversity conservation (O.V. Smirnova & E.S. Shaposhnikov, eds), pp. 314-323, Russian Botanical Society, St. Petersburg (in Russian). [Кураева Е.Н., Минаева Т.Ю., Шапошников Е.С. 1999. Типологическая структура и флористическое разнообразие лесных сообществ // Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия / под ред. О.В. Смирновой, Е.С. Шапошникова. СПб.: РБО. С. 314-323].
Ladouceur, E., C. Bonomi, H. Bruelheide, J. Klimešova, S. Burrascano, P. Poschlod, M. Tudela-Isanta, ... & B. Jiménez-Alfaro 2019. The functional trait spectrum of European temperate grasslands. Journal of Vegetation Science 30:12784. CrossRef
Laliberté E., P. Legendre & B. Shipley 2014. FD: measuring functional diversity from multiple traits, and other tools for functional ecology. R package version 1.0-12.
Lavorel, S., K. Grigulis, S. McIntyre, N.S.G. Williams, D. Garden, J. Dorrough, S. Berman, ... & A. Bonis 2008. Assessing functional diversity in the field - methodology matters! Functional Ecology 22:134-147. CrossRef
Legras, G., N. Loiseau, J.-C. Gaertner, J.-C. Poggiale & N. Gaertner-Mazouni 2020. Assessing functional diversity: the influence of the number of the functional traits. Theoretical Ecology 13(1):117-126. CrossRef
Lepš J., F. de Bello, P. Šmilauer & J. Doležal 2011. Community trait response to environment: disentangling species turnover vs intraspecific trait variability effects. Ecography 34:856-863. CrossRef
Mason, N.W.H., D. Mouillot, W.G. Lee & J.B. Wilson 2005. Functional richness, functional evenness and functional divergence: the primary components of functional diversity. Oikos 111:112-118. CrossRef
Milla, R., P.B. Reich, Ü. Niinemets & P. Castro-Díez 2008. Environmental and developmental controls on specific leaf area are little modified by leaf allometry. Functional Ecology 22:565-576. CrossRef
Minayeva, T.Y. & E.S. Shaposhnikov 1999. Characteristic of the region and nature conditions of the Nature Reserve territory. In: Forest successions in protected areas of Russia and problems of biodiversity conservation (O.V. Smirnova & E.S. Shaposhnikov, eds), pp. 296-299, Russian Botanical Society, St. Petersburg (in Russian) [Минаева Т.Ю., Шапошников Е.С. 1999. Характеристика региона и природные условия территории заповедника // Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия / под ред. О.В. Смирновой, Е.С. Шапошникова. СПб: РБО. С. 269-310].
Onipchenko, V.G., K.V. Dudova, D.M. Gulov, A.A. Akhmetzhanova, D.K. Tekeev & T.G. Elumeeva 2022. Leaf functional traits are important for the formation of alpine plant communities composition. Zhurnal Obshchei Biologii 83(2):127-137 (in Russian). [Онипченко В.Г., Дудова К.В., Гулов Д.М., Ахметжанова А.А., Текеев Д.К., Елумеева Т.Г. 2022. Функциональные признаки листьев растений важны для формирования состава альпийских растительных сообществ // Журнал общей биологии. Т. 83, № 2. С. 127-137].
Onipchenko, V.G., A.O. Rozhin, V.E. Smirnov, A.A. Akhmetzhanova, T.G. Elumeeva, O.P. Khubieva, K.V. Dudova, N.A. Soudzilovskaia & J.H.C. Cornelissen 2020. Do patterns of intra-specific variability and community-weighted means of leaf traits correspond? An example from alpine plants. Botanica Pacifica 9(1):53-61. CrossRef
Pérez-Harguindeguy, N., S. Díaz, E. Garnier, S. Lavorel, H. Poorter, P. Jaureguiberry, M.S. Bret-Harte, ... & J.H.C. Cornelissen 2013. New handbook for standardized measurement of plant functional traits worldwide. Australian Journal of Botany 61:167-234. CrossRef
POWO 2025. Plants of the World Online. Facilitated by the Royal Botanic Gardens, Kew. https://powo.science.kew.org/ Accessed 10.02.2025.
Schleuter, D., M. Daufresne, F. Massol & C. Argillier 2010. A user's guide to functional diversity indices. Ecological Monographs 80(3):469-484. CrossRef
Shuyskaya, E.A. 2022. Meteorological characteristics of the seasons 2021 year. Dinamika yavleniy i protsessov v prirodnom komplekse zapovednika. Letopis prirody Tsentralno-Lesnogo zapovednika 61(2022):41-63 (in Russian). [Шуйская Е.А. 2022. Метеорологические характеристики сезонов 2021 г. // Динамика явлений и процессов в природном омплексе. Летопись природы. Книга 61. 2021 г. Пос. Заповедный, 2022. С. 41-63.]. CrossRef
Siefert, A., C. Violle, L. Chalmandrier, C.H. Albert, A. Taudiere, A. Fajardo, L.W. Aarssen, ... & D.A. Wardle 2015. A global meta-analysis of the relative extent of intraspecific trait variation in plant communities. Ecology Letters 18:1406-1419. CrossRef
Valkó, O., S. Venn, M. Żmihorski, I. Biurrun, R. Labadessa & J. Loos 2018. The challenge of abandonment for the sustainable management of Palaearctic natural and seminatural grasslands. Hacquetia 17:5-16. CrossRef
Volf, M., C. Redmond, Á.J. Albert, Y. Le Bagousse-Pinguet, P. Biella, L. Götzenberger, Z. Hrázský, ... & F. de Bello 2016. Effects of long- and short-term management on the functional structure of meadows through species turnover and intraspecific trait variability. Oecologia 180:941-950. CrossRef
van Zuijlen, K., K. Klanderud, O.S. Dahle, Å. Hasvik, M.S. Knutsen, S.L. Olsen, S. Sundsbø & J. Asplund 2022. Community-level functional traits of alpine vascular plants, bryophytes, and lichens after long-term experimental warming. Arctic Science 8:843-857. CrossRef
Wehn, S., S. Taugourdeau, L. Johansen & K.A. Hovstad 2017. Effects of abandonment on plant diversity in seminatural grasslands along soil and climate gradients. Journal of Vegetation Science 28:838-847. CrossRef
Wu, Y., T.G. Elumeeva, E.S. Kazantseva, Y. Wu, Q. Wang, K.V. Dudova & V.G. Onipchenko 2023. The CSR strategies of alpine plants and community functional diversity in the Eastern Qinghai-Tibetan mountains. Botanica Pacifica 12(1):47-54. CrossRef
|
|