Soil resource acquisition mechanisms, nutrient concentrations and growth in perennial grasses

Abstract

Species historically heavily grazed may have been selected for grazing-resistance traits associated with improved nutrient use efficiency (Chapin and Slack, 1979). Higher root length density (RLD) and vesicular-arbuscular mycorrhizae (VAM) colonization have been associated with greater nutrient acquisition in perennial grasses, thus contributing to competitive ability (Jackson and Caldwell, 1996). This is especially true in unproductive environments where competition for belowground resources is strong (Jackson and Caldwell, 1996). Mycorrhizal fungi can affect competitive interactions among plants by improving soil nutrient uptake (Marschner and Dell, 1994; Mohammad et al., 1998). However, lack of or even negative responses have been obtained under increased levels of mycorrhizal colonization (Fitter and Hay, 1983).

Relationships among soil resource acquisition mechanisms and components of shoot tissue production were studied in the late-seral, grazing tolerant and competitive Stipa clarazii Ball and in the earlier-seral, less grazing tolerant and competitive S. tenuis Phil and S. ambigua Speg. History of grazing and/or fire determines abundance of these C3 perennial tussock grasses in temperate, semiarid rangelands of Argentina. We hypothesized lower values for root length density (RLD) and percentage vesicular-arbuscular mycorrhizal (%VAM) colonization on defoliated than on undefoliated plants, and also greater values for RLD and %VAM colonization on defoliated and undefoliated plants of S. clarazii than on those of the other two species, because of its greater competitive ability and defoliation tolerance. Field study was conducted within a 2-year exclosure to domestic herbivory. One group of plants was defoliated once to 5cm stubble height in early spring, while another group was defoliated twice, in early and mid-spring. A third group remained undefoliated (control). Measurements were conducted 6-10 days after each defoliation, and at the end of the growing season. RLD and %VAM colonization were similar on defoliated plants and on undefoliated controls in all three species. Greater regrowth production in S. clarazii was not associated with higher RLD and %VAM colonization in the more competitive species. The positive relationship between RLD and either dry weight production or tissue N and P concentration in these species suggests that their root activity must be maintained after defoliation to rapidly reestablish a photosynthetic canopy and keep resource supply at equilibrium. All perennial grasses showed consistently high %VAM colonization, suggesting they may function as obligate mycotrophs. The negative correlation between %VAM colonization and RLD or soil available P for S. clarazii could represent a mechanism to avoid shifts from mutualism to parasitism in the plant-mycorrhizae relationship.

Estudaram-se as relações entre os mecanismos de aquisição de recursos do solo e os componentes de produção de tecido foliar na espécie de etapas serais tardias, tolerante ao pastoreio e competitiva Stipa clarazii Ball e nas espécies de etapas serais mais prematuras, menos tolerantes ao pastoreio e competitivas S. tenuis Phil. e S. ambigua Speg. A história de pastoreio e/ou fogo determina a abundância destas gramíneas perenes cespitosas C3 nos pastizais temperados semi-áridos da Argentina. A hipótese de trabalho foi de que as plantas desfolhadas teriam menor densidade de longitude de raízes (DLR) e porcentagem de colonização por micorrizas vesiculares-arbusculares (%MAV) que aquelas não desfolhadas, e também que as plantas desfolhadas e não desfolhadas de S. clarazii teríam maiores valores de DLR y %MAV que aquelas das outras espécies, por sua maior capacidade competitiva e tolerância à desfolhação. Se conduziu um estudo sob condições de campo em uma área excluída ao pastoreio por herbívoros domésticos durante 2 anos. Um grupo de plantas foi desfolhado uma vez a 5 cm do solo no início da primavera, enquanto que outro grupo foi desfolhado duas vezes, no início e na metade da primavera. Um terceiro grupo permaneceu não desfolhado. As medições se conduziram 6-10 dias depois de cada desfolhação, e no final da estação de crescimento. DLR y %MAV foram similares em plantas desfolhadas e não desfolhadas nas três espécies. A maior produção de rebrote em S. clarazii não esteve associado com maiores DLR y %MAV na espécie mais competitiva. A relação positiva entre DLR e produção de peso seco, ou a concentração de N e P no tecido nestas espécies, sugere que sua atividade radical deve se manter após a desfolhação para restabelecer uma superficie fotossintética e manter a distribuição de recursos em equilíbrio. Todas as espécies mostraram valores consistentemente altos de % MAV, sugerindo que podem ter uma associação mutualística obrigada com as micorrizas. A correlação negativa entre %MAV e DLR ou P disponível do solo para S. clarazii poderia representar um mecanismo para evitar mudanças de associação mutualística a parasítica na relação planta-micorriza.