Soil conditions drive below‐ground trait space in temperate agricultural grasslands.

Plant below‐ground organs perform essential functions, including water and nutrient uptake, anchorage, vegetative reproduction and recruitment of mutualistic soil microbiota. Recently, multivariate analyses showed that root traits of species can largely be linked to a 'conservation' and a 'collaboration' gradient. Here, we tested whether this species‐level bidimensional below‐ground trait space also exists at the community level in grasslands. Furthermore, we tested whether the position of grassland communities in below‐ground trait space relates to environmental variables.For a total of 313 species, we collected data on eight below‐ground traits in greenhouse and common garden experiments and supplemented it with data on bud‐bank size and specific leaf area from databases. We calculated community weighted means (CWMs) of these 10 traits for 150 temperate grassland plots to investigate below‐ground plant‐trait dimensionality and its variation along 10 soil and land‐use parameters.Using PCA, we found that about 55% of variance in CWMs was explained by two main dimensions, corresponding to a mycorrhizal 'collaboration' and a resource 'conservation' gradient. Frequently overlooked traits such as rooting depth, bud‐bank size and root‐branching intensity were largely integrated in this trait space. The two plant‐strategy gradients were partially dependent on each other, with communities that do 'outsourcing' of resource uptake to mycorrhizal fungi along the collaboration gradient also being more 'slow' along the conservation gradient. (i.e. high root tissue density and high root weight ratio). 'Outsourcing' communities were also more often deep rooting and associated with soil parameters, such as low moisture and sand content, high topsoil pH, high C:N and low δ15N. 'Slow' communities had large bud banks and were associated with low land‐use intensity, high topsoil pH and low nitrate but high ammonium concentration in the soil. Surprisingly, we did not find an association of phosphorus availability with the mycorrhizal 'collaboration' gradient.Synthesis. The 'collaboration' and 'conservation' gradients previously identified among species scale up to the community level in grasslands, encompass more traits than previously described, and vary with the environment. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Zusammenfassung: Die unterirdischen Organe von Pflanzen erfüllen wichtige Funktionen, darunter die Wasser‐ und Nährstoffaufnahme, die Verankerung, die vegetative Vermehrung und die Rekrutierung mutualistischer Bodenmikrobiota. Kürzlich haben multivariate Analysen gezeigt, dass Wurzelmerkmale von Arten weitgehend mit einem "Conservation"‐ und einem "Collaboration"‐Gradienten verbunden werden können. Hier haben wir getestet, ob dieser zweidimensionale unterirdische Merkmalsraum auf Artniveau auch auf Gemeinschaftsebene im Grünland existiert. Außerdem haben wir untersucht, ob die Position von Grünlandgemeinschaften im Raum der unterirdischen Merkmale mit standörtlichen Umweltbedingungen zusammenhängt.Für insgesamt 313 Arten sammelten wir in Gewächshaus‐ und "common garden"‐Experimenten Daten zu acht unterirdischen Merkmalen und ergänzten sie mit Daten zur Größe der Diasporenbank und der spezifischen Blattfläche aus Datenbanken. Wir berechneten abundanzgewichtete Mittelwerte (CWMs) dieser zehn Merkmale für 150 Untersuchungsflächen im Wirtschaftsgrünland, um die Dimensionalität der unterirdischen Pflanzeneigenschaften und ihre Variation entlang von zehn Boden‐ und Landnutzungsparametern zu untersuchen.Mit Hilfe einer PCA fanden wir heraus, dass etwa 55% der Varianz in den CWMs durch zwei Hauptkomponenten erklärt wurde, die einem Mykorrhiza‐"Collaboration"‐ und einem Ressourcen‐"Conservation"‐Gradienten entsprechen. Häufig übersehene Merkmale wie die Bewurzelungstiefe, die Größe der Diasporenbanken und die Intensität der Wurzelverzweigung wurden weitgehend in diesem Merkmalsraum integriert. Die beiden Pflanzenstrategie‐Gradienten waren teilweise voneinander abhängig, wobei Gemeinschaften, die die Ressourcenaufnahme an Mykorrhizapilze entlang des "Collaboration"‐Gradienten auslagern, auch entlang des "Conservation"‐Gradienten durch langsameres Wachstum gekennzeichnet sind (d. h. höhere Wurzelgewebedichte und höhres Wurzelgewichtsverhältnis). Gemeinschaften, die die Ressourcenaufnahme auslagern, waren auch häufiger tief wurzelnd und mit Bodenparametern wie niedriger Bodenfeuchte und niedrigerem Sandgehalt, hohem pH‐Wert des Oberbodens, hohem C:N und niedrigem δ15N verbunden. Langsam wachsende Gemeinschaften wiesen große Diasporenbanken auf und standen in Zusammenhang mit einer geringen Landnutzungsintensität, einem hohen pH‐Wert des Oberbodens und einer niedrigen Nitrat‐, aber hohen Ammoniumkonzentration im Boden. Überraschenderweise fanden wir keinen Zusammenhang zwischen der Phosphorverfügbarkeit und dem Gradienten der Mykorrhiza‐"Collaboration".Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gradienten "Collaboration" und "Conservation", die zuvor auf Artebene identifiziert wurden, im Grünland auch auf Ebene der Pflanzengemeinschaften zu beobachten sind, mehr Merkmale als zuvor beschrieben umfassen und entsprechend unterschiedlicher Standortbedingungen variieren. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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