Application of herb chronology: annual fertilization and climate reveal annual ring signatures within the roots of US tallgrass prairie plants

The relatively new field of herbaceous root chronology ('herb chronology') uses the annual rings of secondary xylem in roots of perennial forbs to analyze belowground secondary growth as a function of annual growth environment. By using three tallgrass forb species from long-term experiments within Konza prairie of northeastern Kansas (USA), we aimed to find the effects of fertilization, growing season temperature, and precipitation on annual secondary growth. For two of the three species, we found annual rings were significantly larger among plots that were fertilized annually with phosphorus or nitrogen + phosphorus in contrast to unfertilized control plots. Rings also had significant variation with climatic variables. We found a consistent negative correlation with early season temperature for each species. However, early growing season precipitation proved to be far less consistent, with positive correlations only found in a few cases between species. Overall, we conclude that annual rings in these select tallgrass prairie species may not carry reliable climatic signatures; rather site-specific ecological factors, such as aboveground competition with neighbors, may be more important for annual ring patterns. In our discussion we propose a framework to help better disentangle the effects of site or climatic factors that may affect herbaceous annual ring variation. Keywords: annual rings, herb chronology, grasslands, interannual climatic variability, fertilization, supplemental water. Le champ d'etude relativement nouveau qu'est la dendrochronologie appliquee aux herbacees utilise les anneaux annuels du xyleme secondaire des racines d'herbes non gramineennes vivaces afin d'analyser la croissance secondaire souterraine en fonction de l'environnement de croissance annuel. Les auteurs avaient pour objectif d'examiner les effets de la fertilisation, de la temperature de la saison de croissance et des precipitations sur la croissance annuelle secondaire de trois especes d'herbes non gramineennes de prairies hautes, lors d'experiences a long terme realisees dans la ' Konza Prairie ' dans le nord-est du Kansas, Etats-Unis. Chez deux des trois especes, les auteurs ont trouve que les anneaux de croissance etaient significativement plus larges entre les lots fertilises annuellement au phosphore ou a l'azote + phosphore comparativement aux lots controles non fertilises. Les anneaux presentaient aussi des variations significatives en fonction des variables climatiques. Les auteurs ont trouve une correlation negative constante en fonction de la temperature du debut de la saison chez chaque espece. Cependant, les precipitations en debut de saison de croissance se sont montrees beaucoup moins constantes, des correlations positives n'etant observees dans quelques cas seulement entre les especes. Dans l'ensemble, les auteurs concluent que les anneaux de croissance de ces especes des prairies hautes ne constitueraient pas des signatures climatiques fiables; par ailleurs, des facteurs ecologiques specifiques du site, comme la competition en surface avec des voisins, pourraient etre plus importants dans l'etablissement des patrons des anneaux de croissance. Dans leur discussion, ils proposent un cadre aidant a mieux degager les effets du site ou des facteurs climatiques qui peuvent affecter la variation des anneaux annuels chez les herbacees. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : anneaux annuels, dendrochronologie appliquee aux herbacees, variabilite climatique interannuelle, fertilisation, supplement d'eau.
Introduction Annual growth rings in the secondary xylem of plants may be useful for linking past environmental conditions with annual growth. In the field of dendrochronology, annual ring widths from [...]