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Cost-effectiveness of leaf energy and resource investment of invasive Berberis thunbergii and co-occurring native shrubs

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Photosynthetic energy gain and biomass energy and resource investment represent trade-offs between potential enhancements and limitations to plant productivity, respectively. We compared these characteristics in the exotic invasive Berberis thunbergii DC. with that of co-occurring natives Kalmia latifolia L. and Vaccinium corymbosum L. in a northeastern United States forest. We hypothesized that invasion by B.thunbergii could be facilitated by a lower leaf construction cost (CC) and reduced leaf nitrogen content (N) relative to photosynthetic rate (A) and maximum photosynthetic capacity (Amax), which would afford it greater energy-use efficiency (EUE) and nitrogen-use efficiency (NUE), and maximums of these variables (EUEmax and NUEmax), compared with native shrubs. Although B.thunbergii and K.latifolia exhibited similar peak-season A and Amax, EUE, EUEmax, and NUEmax were greater in B.thunbergii, which exhibited lower leaf CC and density. In contrast, EUE, EUEmax, NUE, and NUEmax did not differ between B.thunbergii and V.corymbosum given their similar A, Amax, and area-based leaf CC and leaf N. Considered with leaf phenology, our results suggest two distinct physiological mechanisms could influence B.thunbergii invasion. Specifically, deciduous B.thunbergii exhibited greater cost-effectiveness than evergreen K.latifolia, while a longer payback time for photosynthetic energy gain could offset instantaneous similarities in cost-effectiveness of earlier leafing B.thunbergii and deciduous V.corymbosum.

Le gain en énergie produit par la photosynthèse et l’énergie de la biomasse ainsi que l’investissement en ressources sont respectivement le résultat de compromis entre les améliorations et les limites de la productivité végétale. Nous avons comparé ces caractéristiques chez une espèce exotique invasive, Berberis thunbergii DC., et deux espèces indigènes co-occurrentes, Kalmia latifolia L. et Vaccinium corymbosum L. dans une forêt du nord-est des États-Unis. Nous avons formulé l’hypothèse que l’invasion de B.thunbergii pourrait être facilitée par un coût de construction des feuilles (CC) et une teneur en azote (N) plus faibles relativement au taux de photosynthèse (A) et à la capacité photosynthétique maximale (Amax) qui se traduiraient par une plus grande efficacité d’utilisation de l’énergie (EUE) et de l’azote (EUN), ainsi que par des valeurs maximales plus élevées de ces variables (EUEmax et EUNmax) comparativement aux arbustes indigènes. Bien qu’en pleine saison les valeurs de A et A max soient similaires chez B.thunbergii et K.latifolia, les valeurs de EUE, EUEmax et EUNmax sont plus élevées chez B.thunbergii dont le CC et la densité des feuilles sont plus faibles. Par contre, les valeurs de EUE, EUEmax, EUN et EUNmax chez B.thunbergii et V. corymbosum sont semblables étant donné qu’ils ont des valeurs de A, Amax, ainsi qu’un CC et une teneur en N des feuilles par unité de surface similaires. En tenant compte de la phénologie des feuilles, nos résultats indiquent que deux mécanismes physiologiques distincts pourraient influencer l’invasion de B.thunbergii. En particulier, B.thunbergii, une espèce décidue, a un rapport coût-efficacité plus élevé que K. latifolia, une espèce sempervirente, tandis qu’une période de récupération plus longue pour le gain en énergie produit par la photosynthèse pourrait compenser les similarités instantanées des rapports coût-efficacité de B.thunbergii dont la feuillaison est plus hâtive et de K. latifolia qui est une espèce décidue.

Document Type: Research Article

Publication date: 2009-11-01

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