Elevated atmospheric CO₂ interacts with drought and competition to produce complex results in plant quality and subsequent microbial aquatic decomposition

Abstract

Human activities enhance the atmospheric CO 2 concentration and modify climatic patterns, which could change the growth and quality of plant materials, as well as their subsequent decomposition, thus altering stream ecosystem functioning. These effects could be modulated by interactions between plant species differing in biological traits and competitive capacity. We cultivated the forb Trifolium pratense and the grass Agrostis capillaris under different CO 2 concentration (ambient or elevated), water availability (control or drought), and competition (monoculture or mixture). The material thus grown was conditioned in a stream for microbial colonization, and its subsequent decomposition was measured in laboratory microcosms. Elevated CO 2 reduced the quality of T. pratense but not that of A. capillaris. Water shortage limited plant quality but did not interact with CO 2 concentration. Interspecific competition only affected nitrogen concentration in A. capillaris. Elevated CO 2 did not affect decomposition rate, and A. capillaris, the species richer in nutrients, decomposed more slowly. Our results showed that the decomposition rates of plant materials grown under elevated CO 2 are difficult to predict due to species-specific responses and interactions with other factors.Résumé : Les activités humaines accroissent les concentrations atmosphériques de CO 2 et modifient le climat, ce qui peut influencer la croissance et la qualité du matériel végétal, ainsi que sa décomposition subséquente, altérant ainsi le fonctionnement des écosystèmes lotiques. Ces effets pourraient être modulés par les interactions entre des espèces de plantes présentant des caractères biologiques et capacités concurrentielles différents. Nous avons cultivé l'herbe non graminéenne Trifolium pratense et la graminée Agrostis capillaris dans différentes conditions de concentration de CO 2 (ambiante ou élevée), de disponibilité d'eau (témoin ou sécheresse) et de concurrence (monoculture ou mélange). Le matériel ainsi produit a été conditionné dans un cours d'eau pour produire une colonisation microbienne, et sa décomposition subséquente a été mesurée dans des microcosmes en laboratoire. Une concentration élevée de CO 2 entraînait une réduction de la qualité de T. pratense, mais non d'A. capillaris. La pénurie d'eau limitait la qualité des plantes, mais n'interagissait pas avec la concentration de CO 2 . La concurrence entre espèces avait une incidence sur la concentration d'azote dans A. capillaris. Une concentration élevée de CO 2 n'avait pas d'incidence sur le taux de décomposition, et A. capillaris, l'espèce la plus riche en nutriments, se décomposait plus lentement. Nos résultats démontrent que les taux de décomposition de matériels végétaux cultivés à des concentrations de CO 2 élevées sont difficiles à prédire en raison de réactions qui varient selon l'espèce et d'interactions avec d'autres facteurs. [Traduit par la Rédaction]

Effects of elevated atmospheric CO2 concentration and temperature on litter decomposition in streams: A meta‐analysis

“…However, studies that addressed the effects of elevated [CO 2 ] on litter decomposition rates have found contrasting results. Although plants grown under elevated [CO 2 ] were reported to produce slow‐decomposing litter (i.e., higher concentrations of phenolic compounds, condensed tannins, lignin, and C:N; Rier et al, ; Tuchman et al, ) some authors have reported that although phytochemical composition was affected by increases in [CO 2 ], this did not result in measurable changes on litter decomposition rates (Ferreira & Chauvet, ; Martins, Melo, Gonçalves, Campos, & Hamada, ; Monroy et al, ).…”