Nutrient‐based species selection is a prevalent driver of community assembly and functional trait space in tropical forests
Résumé
Abstract Soil nutrient availability and functional traits interact in complex ways during the assembly of tree communities hindering our understanding of the implications that this may have for their phylogenetic and functional diversity. We combined abundance, taxonomic, phylogenetic and functional trait data of 222 tree species distributed along nutrient concentration gradients at 24 plots in two tropical forest study sites. We analysed micro and macronutrient concentration in organic and topsoil horizons and tested for the following: (1) nutrient‐based species sorting due to contrasting trait–environment relationships, (2) whether nutrient filtering has consequences for phylogenetic and functional diversity, and functional space size and occupancy and (3) we mapped trait distributions across the phylogeny of tree species to track the evolutionary signature of nutrient availability. We found that total nitrogen (N), available phosphorus and total potassium in soil accounted for 68% of the variation in tropical tree species community composition, with strong associations with nutrient concentration for 89% of the tree species included in the analysis. This nutrient‐based species selection was mediated by interactions between the three soil nutrient concentrations with leaf nitrogen, leaf thickness and wood density. Soil N concentration was positively associated with the functional space at site level. At plot level, soil N concentration positively correlated with functional evenness and it was negatively associated with the functional space not occupied by any species in the tree community. Despite the phylogenetic conservatism of leaf N across tree lineages even when not considering legumes, many sister‐species pairs show contrasting values which match with their habitat preferences thus indicating the evolutionary lability of this trait, particularly within recently diversified clades. Synthesis . Our results demonstrate that soil nutrient‐based species selection is a prevalent driver of community assembly in tropical forests, a process mediated by key functional traits within the leaf and wood economics spectrum. Functional space size and its filling increase with soil nutrient concentration, whereas niche vacancy decreases. This selection process has likely influenced tropical tree species diversification patterns via habitat specialization.
Resumen La disponibilidad de nutrientes en el suelo interacciona de manera compleja con los atributos funcionales durante el ensamblado de las comunidades de árboles, dificultando nuestra comprensión de las implicaciones que esto puede conllevar sobre la diversidad funcional y filogenética de estas comunidades. Combinamos datos de abundancia, composición taxonómica, diversidad filogenética y atributos funcionales de 222 especies de árboles distribuidas a lo largo de gradientes naturales de nutrientes en el suelo en 24 parcelas en dos áreas de estudio de bosque tropical. Analizamos la concentración de micro y macro nutrientes en los horizontes orgánico y superior y testamos: (1) el filtrado de especies árboles en función de los nutrientes debido a relaciones atributo‐ambiente contrastantes; (2) si el filtrado por nutrientes tiene consecuencias para la diversidad filogenética y funcional así como para el espacio funcional total y su ocupación; y (3) mapeamos las distribuciones de atributos en la filogenia de las especies de árboles para rastrear el señal evolutivo de la disponibilidad de nutrientes. El nitrógeno total (N), el fósforo disponible (P) y el potasio total (K) dieron cuenta del 68% de la variación composicional de las comunidades de árboles, con el 89% de las especies analizadas mostrando asociaciones fuertes con al menos uno de los nutrientes. Esta selección basada en los nutrientes fue mediada por interacciones entre las concentraciones de estos tres nutrientes con atributos como el N en hoja, el grosor de la hoja o la densidad de la madera. La concentración de N en el suelo estuvo positivamente asociada con el espacio funcional total a nivel de sitio, y a nivel de parcela correlacionó positivamente con la equitatividad funcional y negativamente con la cantidad de espacio funcional vacío no ocupado por ninguna especie. A pesar de la elevada conservación filogenética del contenido de N en hoja, a través de todos los linajes de árboles e incluso sin considerar a las leguminosas, muchos pares de especies hermanas muestran valores contrastantes que encajan con sus preferencias de hábitat indicando así la labilidad evolutiva de este atributo clave, especialmente en los clados de diversificación reciente. Síntesis. Nuestros resultados demuestran que la selección de especies de árboles ejercida por los nutrientes del suelo es un factor director predominante durante el ensamblado de las comunidades de bosques tropicales, un proceso mediado por atributos funcionales clave dentro del espectro económico de hoja y madera. El espacio funcional y su ocupación aumentan con la concentración de N en el suelo, mientras que los nichos vacantes decrecen. Este proceso de selección probablemente ha influido en los patrones de diversificación de las especies tropicales de árboles a través de la especialización por hábitat.