Long-term aridity shapes grassland drought resistance and modulates the roles of plant diversity and functional composition
- Autores
- Bertuol-Garcia, Diana; Brink, Liesbeth van den; Carbognani, Michele; Chandregowda, Manjunatha H.; Churchill, Amber C.; Cusack, Daniela F.; Dubbert, Maren; Dukes, Jeffrey S.; DuPre, Mary Ellyn; Eisenhauer, Nico; Peri, Pablo Luis; Shackelford, Nancy
- Año de publicación
- 2026
- Idioma
- inglés
- Tipo de recurso
- artículo
- Estado
- versión publicada
- Descripción
- Understanding the drivers of plant community stability is crucial for predicting ecosystem responses to extreme drought events. In grasslands, drought resistance supports the maintenance of key functions such as above-ground primary productivity, making the identification of resistance drivers essential to guide management under climate change. Proposed factors contributing to grassland stability include multiple diversity facets, functional traits and long-term climate, but most assessments focus on temporal invariability under historical disturbance regimes, leaving mechanisms of extreme drought resistance and their variation across climatic contexts relatively underexplored. Here, we analysed data from 54 grassland sites of the International Drought Experiment to examine the resistance of above-ground net primary productivity to a short-term (i.e. 1 year) extreme drought. We investigated the relative importance and joint influence of functional composition (i.e. community-weighted means of leaf and root traits), plant diversity facets (taxonomic, functional and phylogenetic) and climate (aridity and rainfall variability) on drought resistance. We used structural equation models to disentangle direct, indirect, and moderating pathways linking these drivers to drought resistance. Long-term aridity appeared as one of the most important drivers of grassland resistance to drought, with more arid sites showing lower resistance. Moreover, aridity impacted resistance through indirect effects by shaping functional composition and plant diversity, and by moderating the influence of plant diversity and functional composition. Functional composition related to dehydration avoidance and dehydration tolerance was also positively associated with resistance, while diversity had a weaker relationship with resistance, mostly through functional and phylogenetic facets. Interannual rainfall variability also influenced resistance, with different effects in more arid versus humid and less arid sites. Synthesis. Widely studied stability drivers such as plant diversity and functional composition have only partial explanatory power for short-term drought resistance of above-ground productivity in grasslands at a global scale. The abiotic context, particularly long-term aridity, is crucial for understanding ecosystem responses to rainfall variation and can improve predictive models for advancing the study of ecosystem resistance to drought. Along with management practices that target high species diversity or specific traits, restoration and conservation practices should support vulnerable sites experiencing high aridity
Compreender os fatores que determinam a estabilidade de comunidades vegetais é fundamental para prever as respostas dos ecossistemas a eventos de seca extrema. Em ecossistemas dominados por gramíneas, a resistência à seca é importante para a manutenção de funções como a produtividade primária aérea. Assim, identificar os fatores que promovem essa resistência é crucial para orientar o manejo em um cenário de mudanças climáticas. Entre os principais determinantes da estabilidade em sistemas dominados por gramíneas estão diferentes facetas da diversidade, atributos funcionais das espécies e o clima. No entanto, a maioria dos estudo foca na invariabilidade temporal sob regimes históricos de distúrbio, enquanto os mecanismos de resistência à seca extrema e a sua variação ao longo de gradientes climáticos permanecem relativamente pouco explorados. Neste estudo, analisamos dados de 54 sítios do Experimento Internacional de Seca para avaliar a resistência da produtividade primária líquida aérea a uma seca extrema de curta duração (um ano). Investigamos a importância relativa e os efeitos conjuntos da composição funcional (isto é, médias ponderadas da comunidade de atributos funcionais de folhas e raízes), de diferentes facetas da diversidade de plantas (taxonômica, funcional e filogenética) e do clima (aridez e variabilidade interanual da precipitação) sobre a resistência à seca. Usamos modelos de equações estruturais para discriminar os efeitos diretos, indiretos e de moderação que conectam esses fatores à resistência à seca. A aridez destacou-se como um dos principais fatores geradores de resistência à seca, com locais mais áridos apresentando menor resistência. Além disso, a aridez também influenciou a resistência de forma indireta, ao afetar a composição funcional e a diversidade de plantas, além de moderar a efeito da diversidade de plantas e da composição funcional na resistência. A composição funcional associada a estratégias de evitação e tolerância à desidratação também apresentou relação positiva com a resistência, enquanto a diversidade de plantas mostrou associação mais fraca, contribuindo principalmente por meio das facetas funcionais e filogenéticas. A variabilidade interanual da precipitação também influenciou a resistência, com efeitos distintos entre locais mais áridos e locais húmidos ou menos áridos Síntese. Fatores amplamente estudados como determinantes da estabilidade, como a diversidade das plantas e a composição funcional, explicam apenas parcialmente a resistência da produtividade aérea a secas de curta duração em ecossistemas dominados por gramíneas. O contexto abiótico, especialmente a aridez de longo prazo, é crucial para compreender as respostas dos ecossistemas à variabilidade da precipitação e pode aprimorar os modelos preditivos e avançar o estudo da resistência dos ecossistemas à seca. Em conjunto com práticas de manejo voltados ao aumento da diversidade de espécies ou à promoção de determinados atributos funcionais, ações de restauração e conservação devem focar em áreas mais vulneráveis sob maior aridez.
EEA Santa Cruz
Fil: Bertuol-Garcia, Diana. University of Victoria. School of Environmental Studies; Canadá
Fil: Brink, Liesbeth van den. University of Concepcion. School of Biological Sciences; Chile
Fil: Brink, Liesbeth van den. University of Tubingen. Faculty of Science. Department of Biology; Alemania
Fil: Carbognani, Michele. University of Parma. Department of Chemistry, Life Sciences and Environmental Sustainability; Italia
Fil: Chandregowda, Manjunatha H. Western Sydney University. Hawkesbury Institute for the Environment; Australia
Fil: Churchill, Amber C. Binghamton University. Environmental Studies Program; Estados Unidos
Fil: Cusack, Daniela F. Colorado State University. Ecosystem Science & Sustainability; Estados Unidos
Fil: Dubbert, Maren. Leibniz Center for Agricultural Landscape Research (ZALF). Isotope Biogeochemistry and Gas Fluxes; Alemania
Fil: Dubbert, Maren. University of Freiburg. Ecosystem Physiology; Alemania
Fil: Dukes, Jeffrey S. Carnegie Institution for Science; Estados Unidos
Fil: DuPre, Mary Ellyn. MPG Ranch, Missoula; Estados Unidos
Fil: Eisenhauer, Nico. Leipzig University. Institute of Biology; Alemania
Fil: Eisenhauer, Nico. German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig; Alemania
Fil: Peri, Pablo Luis. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Santa Cruz; Argentina.
Fil: Peri, Pablo Luis. Universidad Nacional de la Patagonia Austral; Argentina.
Fil: Peri, Pablo Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.
Fil: Shackelford, Nancy. University of Victoria. School of Environmental Studies; Canadá - Fuente
- Journal of Ecology 114 (7) : e70384. (July 2026)
- Materia
-
Servicios de los Ecosistemas
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- acceso abierto
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Proposed factors contributing to grassland stability include multiple diversity facets, functional traits and long-term climate, but most assessments focus on temporal invariability under historical disturbance regimes, leaving mechanisms of extreme drought resistance and their variation across climatic contexts relatively underexplored. Here, we analysed data from 54 grassland sites of the International Drought Experiment to examine the resistance of above-ground net primary productivity to a short-term (i.e. 1 year) extreme drought. We investigated the relative importance and joint influence of functional composition (i.e. community-weighted means of leaf and root traits), plant diversity facets (taxonomic, functional and phylogenetic) and climate (aridity and rainfall variability) on drought resistance. We used structural equation models to disentangle direct, indirect, and moderating pathways linking these drivers to drought resistance. Long-term aridity appeared as one of the most important drivers of grassland resistance to drought, with more arid sites showing lower resistance. Moreover, aridity impacted resistance through indirect effects by shaping functional composition and plant diversity, and by moderating the influence of plant diversity and functional composition. Functional composition related to dehydration avoidance and dehydration tolerance was also positively associated with resistance, while diversity had a weaker relationship with resistance, mostly through functional and phylogenetic facets. Interannual rainfall variability also influenced resistance, with different effects in more arid versus humid and less arid sites. Synthesis. Widely studied stability drivers such as plant diversity and functional composition have only partial explanatory power for short-term drought resistance of above-ground productivity in grasslands at a global scale. The abiotic context, particularly long-term aridity, is crucial for understanding ecosystem responses to rainfall variation and can improve predictive models for advancing the study of ecosystem resistance to drought. Along with management practices that target high species diversity or specific traits, restoration and conservation practices should support vulnerable sites experiencing high aridityCompreender os fatores que determinam a estabilidade de comunidades vegetais é fundamental para prever as respostas dos ecossistemas a eventos de seca extrema. Em ecossistemas dominados por gramíneas, a resistência à seca é importante para a manutenção de funções como a produtividade primária aérea. Assim, identificar os fatores que promovem essa resistência é crucial para orientar o manejo em um cenário de mudanças climáticas. Entre os principais determinantes da estabilidade em sistemas dominados por gramíneas estão diferentes facetas da diversidade, atributos funcionais das espécies e o clima. No entanto, a maioria dos estudo foca na invariabilidade temporal sob regimes históricos de distúrbio, enquanto os mecanismos de resistência à seca extrema e a sua variação ao longo de gradientes climáticos permanecem relativamente pouco explorados. Neste estudo, analisamos dados de 54 sítios do Experimento Internacional de Seca para avaliar a resistência da produtividade primária líquida aérea a uma seca extrema de curta duração (um ano). Investigamos a importância relativa e os efeitos conjuntos da composição funcional (isto é, médias ponderadas da comunidade de atributos funcionais de folhas e raízes), de diferentes facetas da diversidade de plantas (taxonômica, funcional e filogenética) e do clima (aridez e variabilidade interanual da precipitação) sobre a resistência à seca. Usamos modelos de equações estruturais para discriminar os efeitos diretos, indiretos e de moderação que conectam esses fatores à resistência à seca. A aridez destacou-se como um dos principais fatores geradores de resistência à seca, com locais mais áridos apresentando menor resistência. Além disso, a aridez também influenciou a resistência de forma indireta, ao afetar a composição funcional e a diversidade de plantas, além de moderar a efeito da diversidade de plantas e da composição funcional na resistência. A composição funcional associada a estratégias de evitação e tolerância à desidratação também apresentou relação positiva com a resistência, enquanto a diversidade de plantas mostrou associação mais fraca, contribuindo principalmente por meio das facetas funcionais e filogenéticas. A variabilidade interanual da precipitação também influenciou a resistência, com efeitos distintos entre locais mais áridos e locais húmidos ou menos áridos Síntese. Fatores amplamente estudados como determinantes da estabilidade, como a diversidade das plantas e a composição funcional, explicam apenas parcialmente a resistência da produtividade aérea a secas de curta duração em ecossistemas dominados por gramíneas. O contexto abiótico, especialmente a aridez de longo prazo, é crucial para compreender as respostas dos ecossistemas à variabilidade da precipitação e pode aprimorar os modelos preditivos e avançar o estudo da resistência dos ecossistemas à seca. Em conjunto com práticas de manejo voltados ao aumento da diversidade de espécies ou à promoção de determinados atributos funcionais, ações de restauração e conservação devem focar em áreas mais vulneráveis sob maior aridez.EEA Santa CruzFil: Bertuol-Garcia, Diana. University of Victoria. School of Environmental Studies; CanadáFil: Brink, Liesbeth van den. University of Concepcion. School of Biological Sciences; ChileFil: Brink, Liesbeth van den. University of Tubingen. Faculty of Science. Department of Biology; AlemaniaFil: Carbognani, Michele. University of Parma. Department of Chemistry, Life Sciences and Environmental Sustainability; ItaliaFil: Chandregowda, Manjunatha H. Western Sydney University. Hawkesbury Institute for the Environment; AustraliaFil: Churchill, Amber C. Binghamton University. Environmental Studies Program; Estados UnidosFil: Cusack, Daniela F. Colorado State University. Ecosystem Science & Sustainability; Estados UnidosFil: Dubbert, Maren. Leibniz Center for Agricultural Landscape Research (ZALF). Isotope Biogeochemistry and Gas Fluxes; AlemaniaFil: Dubbert, Maren. University of Freiburg. Ecosystem Physiology; AlemaniaFil: Dukes, Jeffrey S. Carnegie Institution for Science; Estados UnidosFil: DuPre, Mary Ellyn. MPG Ranch, Missoula; Estados UnidosFil: Eisenhauer, Nico. Leipzig University. Institute of Biology; AlemaniaFil: Eisenhauer, Nico. 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We investigated the relative importance and joint influence of functional composition (i.e. community-weighted means of leaf and root traits), plant diversity facets (taxonomic, functional and phylogenetic) and climate (aridity and rainfall variability) on drought resistance. We used structural equation models to disentangle direct, indirect, and moderating pathways linking these drivers to drought resistance. Long-term aridity appeared as one of the most important drivers of grassland resistance to drought, with more arid sites showing lower resistance. Moreover, aridity impacted resistance through indirect effects by shaping functional composition and plant diversity, and by moderating the influence of plant diversity and functional composition. Functional composition related to dehydration avoidance and dehydration tolerance was also positively associated with resistance, while diversity had a weaker relationship with resistance, mostly through functional and phylogenetic facets. Interannual rainfall variability also influenced resistance, with different effects in more arid versus humid and less arid sites. Synthesis. Widely studied stability drivers such as plant diversity and functional composition have only partial explanatory power for short-term drought resistance of above-ground productivity in grasslands at a global scale. The abiotic context, particularly long-term aridity, is crucial for understanding ecosystem responses to rainfall variation and can improve predictive models for advancing the study of ecosystem resistance to drought. Along with management practices that target high species diversity or specific traits, restoration and conservation practices should support vulnerable sites experiencing high aridity Compreender os fatores que determinam a estabilidade de comunidades vegetais é fundamental para prever as respostas dos ecossistemas a eventos de seca extrema. Em ecossistemas dominados por gramíneas, a resistência à seca é importante para a manutenção de funções como a produtividade primária aérea. Assim, identificar os fatores que promovem essa resistência é crucial para orientar o manejo em um cenário de mudanças climáticas. Entre os principais determinantes da estabilidade em sistemas dominados por gramíneas estão diferentes facetas da diversidade, atributos funcionais das espécies e o clima. No entanto, a maioria dos estudo foca na invariabilidade temporal sob regimes históricos de distúrbio, enquanto os mecanismos de resistência à seca extrema e a sua variação ao longo de gradientes climáticos permanecem relativamente pouco explorados. Neste estudo, analisamos dados de 54 sítios do Experimento Internacional de Seca para avaliar a resistência da produtividade primária líquida aérea a uma seca extrema de curta duração (um ano). Investigamos a importância relativa e os efeitos conjuntos da composição funcional (isto é, médias ponderadas da comunidade de atributos funcionais de folhas e raízes), de diferentes facetas da diversidade de plantas (taxonômica, funcional e filogenética) e do clima (aridez e variabilidade interanual da precipitação) sobre a resistência à seca. Usamos modelos de equações estruturais para discriminar os efeitos diretos, indiretos e de moderação que conectam esses fatores à resistência à seca. A aridez destacou-se como um dos principais fatores geradores de resistência à seca, com locais mais áridos apresentando menor resistência. Além disso, a aridez também influenciou a resistência de forma indireta, ao afetar a composição funcional e a diversidade de plantas, além de moderar a efeito da diversidade de plantas e da composição funcional na resistência. A composição funcional associada a estratégias de evitação e tolerância à desidratação também apresentou relação positiva com a resistência, enquanto a diversidade de plantas mostrou associação mais fraca, contribuindo principalmente por meio das facetas funcionais e filogenéticas. A variabilidade interanual da precipitação também influenciou a resistência, com efeitos distintos entre locais mais áridos e locais húmidos ou menos áridos Síntese. Fatores amplamente estudados como determinantes da estabilidade, como a diversidade das plantas e a composição funcional, explicam apenas parcialmente a resistência da produtividade aérea a secas de curta duração em ecossistemas dominados por gramíneas. O contexto abiótico, especialmente a aridez de longo prazo, é crucial para compreender as respostas dos ecossistemas à variabilidade da precipitação e pode aprimorar os modelos preditivos e avançar o estudo da resistência dos ecossistemas à seca. 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