Δομή ποωδών φυτοκοινοτήτων σε μη παραγωγικά εδάφη: επίδραση του ανταγωνισμού για θρεπτικά στοιχεία

Abstract

The main objective of the thesis was to study the effects of nutrient competition on the structure of grassland communities growing in non-productive soils. It was tested whether: (a) species that lower more the concentration of the limiting nutrient in the soil solution or use the limiting nutrients more efficiently tend to dominate in plant communities and (b) interspecific competition is less intense by species temporal differentiation of their root activity. A second objective of the thesis was to investigate whether N and P limitation in herbaceous grasslands can be predicted by the N:P ratio in biomass, as it was observed in wetland plant communities of Northern Europe. A pot experiment was conducted to examine whether species that lower more the soil solution concentration of the most limiting nutrient tend to dominate in plant communities growing in non-productive soils. The soil was taken from a lowland grassland, where N and P are limiting for plant growth. Four of the most abundant species in the grassland, Anthoxanthum odoratum, Dactylis glomerata, Poa nemoralis and Poa trivialis, were grown in monocultures and in mixture, in the six combinations of three N and two P levels. After biomass was harvested, soil solution was collected and critical concentrations of N and P (R* values) were estimated. All species had higher biomass in monocultures than in mixtures. Phosphorus was the most limiting nutrient. Poa trivialis in monocultures lowered P to the lowest level when P was not added and, moreover, Poa was the most competitive species in the Plimited mixtures. Results agree with the initial assumption and suggest that species using more efficiently the most liming nutrient have a competitive superiority in low-nutrient grasslands. The effects of N and P additions were examined on plant productivity and species diversity for 2 years in two upland grasslands of Northern Greece, in Tetralofos (Kozani Prefecture) and Metsovo (Ioannina Prefecture). Nutrient addition increased productivity of both grasslands, but it also altered species composition and diversity. Grasses were most favored by nutrient enrichment and suppressed the other species, leading generally to a decline in species diversity. It was further examined, in both grasslands, whether plant species are temporally differentiated in maximum productivity and maximum rates of N, P and K accumulation in aboveground biomass. Seven biomass samplings in Tetralofos and six samplings in Metsovo were performed, in unfertilized plots of each grassland, during which aboveground biomass of all species, as well as N, P and K biomass concentrations of the most abundant species, were measured. The times, when productivity and N, P and K accumulation rates maximize, were calculated for the most abundant species. Maxima of N and P accumulation rates preceded productivity maximum in both grasslands. Maxima exhibition differed between species for both productivity and nutrient accumulation rates. Species differentiation was more pronounced in Metsovo grassland, where growth period was longer, giving indications that these temporal differences reduce the intensity of interspecific competition.

Κύριος σκοπός της διατριβής ήταν να μελετηθεί η επίδραση του ανταγωνισμού για θρεπτικά στοιχεία στη διαμόρφωση της δομής ποωδών φυτοκοινοτήτων που αναπτύσσονται σε μη παραγωγικά εδάφη. Πιο συγκεκριμένα εξετάσθηκαν εάν: (α) τα είδη, που μειώνουν περισσότερο τη συγκέντρωση του περιοριστικού θρεπτικού στοιχείου στο εδαφικό διάλυμα ή χρησιμοποιούν αποτελεσματικότερα τα περιοριστικά θρεπτικά στοιχεία, τείνουν να κυριαρχήσουν σε μία φυτοκοινότητα και (β) τα είδη αμβλύνουν τον διειδικό ανταγωνισμό με τις διαφορές τους ως προς τον χρόνο δραστηριότητας των ριζών. Ένας δεύτερος σκοπός της διατριβής ήταν να εξακριβωθεί εάν οι λόγοι των συγκεντρώσεων Ν προς Ρ στη φυτομάζα παρέχουν ενδείξεις για το ποιο στοιχείο είναι περιοριστικό σε ποολίβαδα, κάτι που φαίνεται να συμβαίνει σε φυτοκοινότητες υγροτόπων στη βόρεια Ευρώπη. Για να εξεταστεί αν τα είδη που μειώνουν περισσότερο τη συγκέντρωση του πλέον περιοριστικού θρεπτικού στοιχείου στο εδαφικό διάλυμα τείνουν να κυριαρχήσουν σε φυτοκοινότητες που φύονται σε μη παραγωγικά εδάφη, έγινε ένα πείραμα σε γλάστρες. To έδαφος πάρθηκε από πεδινό ποολίβαδο, στο οποίο το N και ο P είναι περιοριστικά στοιχεία για την αύξηση των φυτών. Τέσσερα από τα αφθονότερα είδη στο ποολίβαδο, τα Anthoxanthum odoratum, Dactylis glomerata, Poa nemoralis και Poa trivialis, αναπτύχθηκαν σε μονοκαλλιέργειες και σε συγκαλλιέργεια, σε έξι μεταχειρίσεις λίπανσης που προέκυψαν από τον συνδυασμό τριών επιπέδων Ν και δύο επιπέδων Ρ. Μετά τη συγκομιδή της φυτομάζας έγινε παραλαβή του εδαφικού διαλύματος και προσδιορίστηκαν οι κρίσιμες συγκεντρώσεις Ν και Ρ (τιμές R*). Σε όλες τις μεταχειρίσεις λίπανσης, τα τέσσερα είδη είχαν τη μεγαλύτερη φυτομάζα στις μονοκαλλιέργειες, σε σχέση με τις συγκαλλιέργειες. Το πλέον περιοριστικό θρεπτικό στοιχείο ήταν ο Ρ. Το Poa trivialis κατέβασε χαμηλότερα τη συγκέντρωση του Ρ στις μονοκαλλιέργειες, στις οποίες δεν προστέθηκε Ρ και ταυτόχρονα ήταν το ανταγωνιστικότερο σε ανεπάρκεια Ρ. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με την αρχική υπόθεση και δείχνουν ότι, σε μη παραγωγικά εδάφη, τα είδη που χρησιμοποιούν αποτελεσματικότερα τον πλέον περιοριστικό εδαφικό πόρο έχουν ανταγωνιστική υπεροχή. Σε δυο ορεινά ποολίβαδα της Βόρειας Ελλάδας, στον Τετράλοφο (Νομός Κοζάνης) και στο Μέτσοβο (Νομός Ιωαννίνων), εξετάσθηκε για 2 έτη πώς επηρεάζουν οι προσθήκες Ν και Ρ την παραγωγικότητα και την ποικιλότητα των φυτοκοινοτήτων. Η προσθήκη Ν και Ρ αύξησε την παραγωγικότητα των δύο ποολίβαδων, ταυτόχρονα όμως προκάλεσε μεταβολές στη σύνθεση των ειδών και στην ποικιλότητα. Τα αγρωστώδη ευνοήθηκαν περισσότερο από τη λίπανση, καταπιέζοντας τα υπόλοιπα είδη και οδηγώντας γενικά σε μείωση της ποικιλότητας.