Invasion by Hyptis suaveolens modifies the effects of altered rainfall variability on nutrient cycling across seasons in a dry tropical grassland experiment

ABSTRACT

Ecosystems often recover rapidly when changes in climatic conditions are moderate, but extreme changes may push the ecosystem beyond its biological threshold, resulting in rather profound changes in its functioning and species composition. We experimentally evaluated how the ecosystem functioning of tropical grassland may change under changing precipitation variability by investigating shifts in soil properties and their relation to plant invasions. We found that soil moisture, soil pH, inorganic N content (NO₃ - N + NH₄ - N), N mineralization rate, and soil CO₂ flux increase with a rise in rainfall. Moreover, the grassland plots invaded by Hyptis suaveolens, particularly those with increased precipitation, demonstrated elevated mineralization rates, substantial nutrient accumulation, and a reduced microbial biomass in comparison to the uninvaded plots. Our study highlighted that, following soil moisture (SM) and soil temperature (ST), N mineralization emerged as the third primary driver of soil CO₂ flux. Enhanced precipitation led to increased N mineralization and subsequent CO₂ emissions. The results indicate that escalated CO₂ flux in invaded plots could be linked to invasive H. suaveolens adverse effects on soil processes, potentially leading to short-term inefficient nutrient cycling and elevated CO₂ emissions, with potential consequences for the overall stability of the ecosystem.

Résumé

Les écosystèmes récupèrent souvent rapidement après des changements modérés de conditions climatiques, mais des changements extrêmes peuvent pousser un écosystème au-delà d’un seuil biologique, entraînant des changements profonds de fonctionnement et de composition spécifique. Nous avons évalué expérimentalement comment le fonctionnement d’un écosystème de prairie tropicale pouvait changer en réponse à des changements de variabilité de précipitations en étudiant les changements de propriétés du sol et leur relation aux invasions végétales. Nous avons trouvé que l’humidité, le pH, le contenu en azote inorganique (NO₃ et NH₄), la minéralisation de l’azote et le flux de CO₂ dans le sol augmentent avec l’augmentation des précipitations de pluie. De plus, les parcelles de prairies envahies par Hyptis suaveolens, particulièrement celles avec plus de précipitations, avaient des taux de minéralisation élevés, une accumulation importante de nutriments et une réduction de la biomasse microbienne comparativement aux parcelles non-envahies. Notre étude a montré qu’après l’humidité et la température du sol, la minéralisation de l’azote est le troisième facteur primaire affectant les flux de CO₂ dans le sol. Une augmentation des précipitations causait une augmentation de la minéralisation de l’azote et, conséquemment, une augmentation des émissions de CO₂. Les résultats indiquent que les flux de CO₂ plus importants dans les parcelles envahies pourraient être liés aux effets de H. suaveolens sur les propriétés du sol, pouvant mener à un recyclage des nutriments inefficace à court terme et à des émissions élevées de CO₂, avec des conséquences potentielles sur la stabilité de l’écosystème.

KEYWORDS:

• Climate change
• ecological functioning
• nutrient cycling
• precipitation
• tropical grassland

MOTS ClÉS:

• Changement climatique
• fonctionnement écologique
• recyclage des nutriments
• précipitations
• prairies tropicales

Acknowledgments

TA is thankful to the University Grant Commission (UGC, New Delhi) for providing the Maulana Azad National Fellowship. We also thank the coordinator, CAS, Department of Botany, Banaras Hindu University, for providing research facilities to carry out this research. We also thank and appreciate the editor and two anonymous reviewers for their valuable suggestions for improving the manuscript.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Supplementary material

Supplemental data for this article can be accessed online at https://doi.org/10.1080/11956860.2024.2311824

Additional information

Funding

HS acknowledges DST-SERB and IoE, BHU for funding.