Defoliation and plant-soil interactions in grasslands

Abstract

FM Katja Ilmarinen tutki väitöskirjassaan, mitä kasveissa ja maaperässä tapahtuu kasvien versomassan poiston eli defoliaation seurauksena. Ilmarisen tutkimissa niittyekosysteemeissä defoliaatio tarkoittaa tyypillisimmin niittoa tai laidunnusta.Kasvilaji, versomassan poiston ajoitus kasvukaudella ja maaperän ravinnepitoisuus vaikuttavat siihen, mitä muutoksia kasveissa tapahtuu versomassan poiston seurauksena. Niitto vähentää juurten massaa olosuhteista riippumatta, mutta sen vaikutus juurten typpipitoisuuteen vaihtelee sen sijaan tutkimusoloista riippuen. Esimerkiksi, vähäravinteisessa maassa kasvavien kasvien typpipitoisuus kasvaa versomassan poiston seurauksena, kun taas runsasravinteisessa maassa vaikutus voi olla päinvastainen.Ilmarinen tutki, miten niitto tai laidunnus vaikuttaa maaperäeliöstön populaatiokokoihin ja toimintaan. Tämä on tärkeä kysymys niittyekosysteemin rakenteen ja toiminnan kannalta sillä maaperäeliöt ovat vastuussa orgaanisen aineksen hajotuksesta ja ne myös vaikuttavat kasvien ravinteiden saantiin. Oli yllättävää, että defoliaatio ei vaikuttanut maaperän eliöihin. Näin ollen myöskään hajotus ja ravinteiden kierto eivät nopeutuneet tai hidastuneet. Kasvien ravinteiden otto heikentyi defoliaation jälkeen, mutta tämä näytti johtuvan juuriston vähenemisestä defoliaation seurauksena.Laidunnuksen tai niittämisen seurauksena lajienvälinen kilpailu ja niityn kasviyhteisön rakenne muuttuvat. Niitto muuttaa kasviryhmien suhteellisia runsauksia: puuvartiset kasvit taantuvat ja palkokasvit, erityisesti apilat, lisääntyvät niiton seurauksena. Koska maaperässä ei havaittu merkittäviä muutoksia niiton seurauksena, näyttää siltä että versomassan poiston seurauksena maan päällä tapahtuvat muutokset, esimerkiksi lisääntyvä valon määrä, näyttävät olevan siis maan alla tapahtuvia muutoksia merkityksellisempiä tekijöitä kasviyhteisöjen muokkaajina.

To understand the structure and functioning of grassland ecosystems it is crucial to investigate how defoliation of plants (usually by herbivores or mowing) affects plants and belowground organisms and biologically regulated processes in soil. In this thesis I studied a) the impacts of defoliation on plant growth and plant-derived resources entering the soil; b) whether changes following defoliation have effects on the activity and abundances of soil organisms in different trophic groups and if these changes are long-lasting; c) the role of soil organisms in plant responses to defoliation and d) the effects of mowing on species-rich grasslands. Experiments were conducted in a field and in a greenhouse and plants were defoliated with scissors. The results show that defoliation affects the quantity and quality of plant-derived resources entering the soil. These effects, however, were highly context-dependent varying with plant species identity, the timing of defoliation in a growing season and soil nutrient status. In contrast, no widespread effects of defoliation on the components of soil food webs or soil nutrient amounts were found. Consequently, soil decomposer organisms seemed to have little importance in influencing plant nutrient acquisition, growth and recovery following defoliation under the experimental conditions I used. It was shown that defoliation can generate changes in soil that affect plant N allocation after a longer period. Moreover, by decreasing root mass and AM fungal colonization, defoliation can depress plant nutrient acquisition from soil organic matter. In species-rich grasslands mowing altered the plant community structure but did not create long-lasting changes in the grassland soil that could affect the growth of plants that subsequently colonize the site. My results emphasise, contrary to the majority of previous studies, that defoliation of plants does not always cause extensive changes in grassland soil