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Effects of Mineral Nitrogen Partitioning on Tree–Grass Coexistence in West African Savannas

Authors :
Simon Boudsocq
Sarah Konaré
Jean-Christophe Lata
Sébastien Barot
Xavier Raynaud
Jacques Gignoux
Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (IEES (UMR_7618 / UMR_D_242 / UMR_A_1392 / UM_113) )
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biogéochimie et écologie des milieux continentaux (Bioemco)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-AgroParisTech-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (IEES)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES Paris)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols)
Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES)
Tomsk Polytechnic University [Russie] (UPT)
Ministry of Higher Education and Scientific Research of Côte d’Ivoire
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Ecosystems, Ecosystems, Springer Verlag, 2019, 22 (7), pp.1676-1690. ⟨10.1007/s10021-019-00365-x⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; Coexistence between trees and grasses in savannas is generally assumed to be due to a combination of partial niche separation for water acquisition and disturbances impacting the demography of trees and grasses. We propose a mechanism of coexistence solely based on the partitioning of the two dominant forms of mineral nitrogen (N), ammonium (NH4+) and nitrate (NO3−). We built a mean-field model taking into account the capacity of grasses and trees to alter nitrification fluxes as well as their relative preferences for NH4+ versus NO3−. Two models were studied and parameterized for the Lamto savanna (Côte d’Ivoire): In the first model, the nitrification only depends on the quantity of available NH4+, and in the second model the nitrification rate is also controlled by tree and grass biomass. Consistent with coexistence theories, our results show that taking these two forms of mineral N into account can allow coexistence when trees and grasses have contrasting preferences for NH4+ and NO3−. Moreover, coexistence is more likely to occur for intermediate nitrification rates. Assuming that grasses are able to inhibit nitrification while trees can stimulate it, as observed in the Lamto savanna, the most likely case of coexistence would be when grasses prefer NH4+ and trees NO3−. We propose that mineral N partitioning is a stabilizing coexistence mechanism that occurs in interaction with already described mechanisms based on disturbances by fire and herbivores. This mechanism is likely relevant in many N-limited African savannas with vegetation composition similar to the one at the Lamto site, but should be thoroughly tested through empirical studies and new models taking into account spatiotemporal heterogeneity in nitrification rates.

Details

Language :
English
ISSN :
14329840 and 14350629
Database :
OpenAIRE
Journal :
Ecosystems, Ecosystems, Springer Verlag, 2019, 22 (7), pp.1676-1690. ⟨10.1007/s10021-019-00365-x⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a05977c06dc2860bf6069b76baa2c364
Full Text :
https://doi.org/10.1007/s10021-019-00365-x⟩