Integrated long-term responses of an arctic–alpine willow and associated ectomycorrhizal fungi to an altered environment

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Abstract

We evaluated ectomycorrhizal (ECM) colonization and morphotype community composition together with growth response and biomass distribution in the arctic–alpine, prostrate willow Salix herbacea L. × Salix polaris Wahlenb. after 11 seasons of shading, warming, and fertilization at a fellfield in subarctic Sweden. The aim was to assess responses of the integrated plant–fungal system to long-term field experiments simulating expected environmental changes. Warming more than doubled aboveground S.herbacea × S. polaris biomass and shoot growth, whereas shading and nutrient addition had less influence on these variables. In shaded plants, adjustments at leaf level probably buffered major changes in plant biomass allocation. Fertilization increased the root mass fraction and changed root system morphology by decreasing the number of root tips per unit root mass. While no long-term changes in total ECM colonization (%ECM root tips) in response to the treatments were identified, ECM colonization in June just after snowmelt was positively correlated with root density. Changes in densities of potential host plants may therefore be of great importance for ECM colonization intensity in this ecosystem type. The ECM morphotype community changed through the season, and frequencies of some ECM morphotypes (Cortinarius saturninus and Clavulina spp.) changed more with season than with the treatments. Warming only slightly affected ECM morphotype frequencies, which implies a balanced increase in root tip numbers of most ECM morphotypes in warmed plants. Fertilization changed ECM morphotype community composition mainly because of a decrease in Cenococcum geophilum frequency and an increase in Tomentella stuposa frequency. We hypothesize that a shift from drought stress-tolerant fungi towards a dominance of minerogenic fungi may take place if nutrient availability increases substantially because of anthropogenic disturbances.

Pendant 11 saisons, les auteurs ont soumis le Salix herbacea L. × S. polaris Wahlenb. à des traitements d'ombrage, de réchauffement et de fertilisation, sur un fellfield du sub-arctique de la Suède. Ils ont suivi la réaction de croissance et la distribution de la biomasse de ce saule arctique-alpin prostré et ils en ont évalué la colonisation ectomycorhizienne (ECM) ainsi que la composition communautaire des morphotypes. L'objectif était d'évaluer les réactions du système intégré plante–champignon à des expériences à long terme, simulant les changements environnementaux appréhendés. Le réchauffement a plus que doublé la biomasse épigée et la croissance des tiges du S. herbacea × S. polaris, alors que l'ombrage et l'addition de nutriments ont eu moins d'effets sur ces variables. Chez les plantes ombragées, il est probable que des ajustements à l'échelle des feuilles ont tamponné les changements importants dans l'allocation de la biomasse de la plante. La fertilisation a augmenté la masse de la fraction racinaire et a changé la morphologie du système racinaire, en diminuant le nombre d'apex racinaires par unité de masse racinaire. Bien qu'il ne fût pas possible d'identifier des changements à long terme dans la colonisation ectomycorhizienne totale (% d'apex ECM) en réaction aux traitements, on a observé une corrélation positive, en juin, immédiatement après la fonte des neiges, entre la colonisation ECM et la densité racinaire. Les changements de densités des plantes hôtes potentielles pourraient conséquemment être d'une grande importance pour l'intensité de la colonisation ECM dans ce type d'écosystème. La communauté des morphotypes ECM change au cours de la saison, et les fréquences de certains morphotypes ECM (Cortinarius saturninus et Clavulina spp.) se modifient plus avec la saison, que selon les traitements. Le réchauffement n'affecte que faiblement les fréquences des morphotypes ECM, ce qui indique une augmentation balancée du nombre d'apex racinaires de la plupart des morphotypes ECM, chez les plantes chauffées. La fertilisation a modifié la composition communautaire des morphotypes, surtout suite à une diminution de la fréquence du Cenococcum geophyllum et une augmentation de la fréquence du Tomentella stuposa. Les auteurs formulent l'hypothèse qu'un déplacement de champignons tolérant les stress hydriques vers une dominance de champignons minérogènes, pourrait s'effectuer si la disponibilité en nutriments devait augmenter sensiblement, suite aux perturbations anthropogènes.

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