High elevation pioneer plants are sensitive to mineral nutrient addition

Abstract

Alpine pioneer plant species on recently deglaciated land reach low levels of ground cover and receive lots of nutrients with meltwater over a very short season. Whether such high elevation ruderals might still respond to further nutrient addition was unknown. Their ruderal nature predestines them to high responsiveness, but the cold climate and short seasonal cycle may constrain such responses, which are well documented for late successional well-established alpine vegetation. After three seasons of fertilizer application (NPK and trace elements, 100–200 kg N ha −1 a −1 ), we found pioneer plant communities at 2500 m a.s.l. in the Swiss Central Alps to exhibit massive biomass stimulations (+177%). This response was largely due to increased fractions of plant-covered ground (gap filling). On patches, which had nearly full plant cover already before the treatment, biomass was not significantly affected by additional nutrients. Graminoids took the greatest advantage from elevated nutrient availability. The relative biomass contributions and reproduction efforts differed in extent and direction from species to species, with tall species such as Poa alpina being most responsive. Thus, we conclude that many of the studied alpine pioneers can indeed utilize more nutrients for enhanced growth including their investments in reproductive structures. Given that our third and last experimental season was very untypical, with late snowcover until early August, we consider our results as conservative, with even more pronounced effects to be expected in average seasons. Alpine Pionierpflanzen auf Flächen, welche erst vor kurzem vom Gletscher freigegeben wurden und wo die Bodenbedeckung mit Pflanzen gering ist, werden während einer sehr kurzen Vegetationszeit aus dem Schmelzwasser reichlich mit Nährstoffen versorgt. Bisher war es unbekannt, ob solche Ruderalpflanzen auf zusätzliche Nährstoffzufuhr reagieren können. Der ruderale Charakter dieser Pflanzen scheint sie für eine starke Reaktionsfähigkeit zu prädestinieren, das kalte Klima und die kurze Saison hingegen könnten derartige Reaktionen, wie sie für alpine Vegetationen in späten Sukzessionsstadien gut dokumentiert sind, stark einschränken. Drei Jahre Düngung (NPK und Spurenelemente, 100–200 kg N ha −1 a −1 ) bewirkten bei Pionierpflanzengesellschaften in den Schweizer Zentralalpen auf 2500 m ü. M. eine massive Erhöhung der Biomasse (+177%), welche vor allem durch erhöhten Anteil der pflanzenbedeckten Bodenfläche verursacht wurde (Auffüllen von Lücken). An Stellen, welche vor der Düngung bereits beinahe vollständig mit Pflanzen bedeckt waren, hatte die erhöhte Nährstoffzufuhr keinen signifikanten Einfluss auf die Biomasse. Grasartige konnten von der erhöhten Nährstoffverfügbarkeit am meisten profitieren. Die untersuchten Arten reagierten bezüglich ihres Anteils an der Gesamtbiomasse und der Investition in die Reproduktion unterschiedlich, wobei große Arten wie Poa alpina die stärkste Düngereaktion zeigten. Viele der untersuchten alpinen Pionierpflanzen können in der Tat zusätzliche Nährstoffe für erhöhtes Wachstum und Reproduktion nutzen. Da die dritte und letzte Saison dieses Experiments sehr untypisch war (Schnee bis in den frühen August), beurteilen wir unsere Ergebnisse eher als konservativ und würden in einer durchschnittlichen Saison noch ausgeprägtere Reaktionen erwarten.