Increased biodiversity generally enhances terrestrial ecosystem productivity. While niche-use efficiency is thought to drive the biodiversity-productivity relationship, the mechanisms within niche-use efficiency are not well understood. A potential mechanism for niche-use efficiency is nutrient-use efficiency. To measure nutrient-use efficiency, we calculated nitrogen-resorption efficiencies (NRE) because nitrogen is an important growth limiting nutrient for forest productivity. We used a plantation implemented as a full factorial design that included two levels of competition, implemented as different planting densities (one- and two-meter planting densities), and three diversity levels (monocultures, two-, and three-species plantings) that included three hardwood tree species (northern red oak (<i>Quercus rubra</i>), black cherry (<i>Prunus serotin</i><i>a</i>), and American chestnut (<i>Castanea dentata</i>). For our nitrogen-resorption efficiency data, we found that NRE increased as diversity and planting density decreased, but the magnitude of the response varied among species. This outcome suggests that while increased diversity likely provides a release from intra-specific competition, different combinations of species will play a critical role in shaping biodiversity-productivity relationships. Forest nutrient cycling can also be influenced by herbivory. To address the effects of forest diversity on herbivory rates, we monitored rates of foliar damage along with foliar nitrogen content. To measure foliar nitrogen content, we collected spectral data from early, midseason, and late season foliar samples. To assess foliar damage, we collected and imaged leaves from two canopy positions in order to measure late season foliar area and estimate pre damaged foliar area. We found that diversity and foliar nitrogen content have a positive relationship, and diversity does influence canopy damage but the effects vary among species and density. Upon further analysis, we found that foliar nitrogen content and canopy damage are correlated. Meaning individual trees showed a release from intraspecific competition, which lead to an increase in available nutrients and higher canopy quality, showing that stands with higher canopy quality experienced higher levels of damage.<br>

About 70% of the plant species in the temperate zone are characterised by clonal growth, clonal species are also in majority in the Arctic and Subarctic where they affect the structure and composition of the vegetation. It is therefore of great importance to increase our knowledge about clonal plants and their growth and life histories. I have investigated how ramets of the stoloniferous plant Linnaea borealis are affected by the naturally occurring variation in environmental factors, such as: light, nutrient and water availability. Moreover, I examined the seed set and how supplemental hand pollination affects seed set in L. borealis, and also investigated the significance of the apical meristem for shoot population fitness. All studies were performed under field conditions in northern Sweden in a Subarctic environment and most are experimental. The results show that nutrient resorption from senescing leaves is not significantly affecting the growth and nutrient pools of the ramet. This implies that the growth of L. borealis ramets is not governed by micro-site resource availability. However, removal of light competition resulted in increased branching and number of lateral meristems produced, reduced growth, and decreased root:shoot ratio on a per ramet basis. Thus, ramets of L. borealis can efficiently exploit favourable light patches through plastic growth. Apical dominance exerts a significant effect on shoot population fitness and can be lost through rodent grazing. However, loss of apical dominance is dependent on the timing of grazing, if the apical meristem is removed early in the autumn the ramet can repair the loss until the next summer. If grazing occur during spring the dry weight and leaf area production is affected negatively. Seed production in L. borealis in the Abisko area varies between years and sites, and was unaffected by supplemental hand pollination treatment, implying that there is no lack of pollinator activity.

<p>About 70% of the plant species in the temperate zone are characterised by clonal growth, clonal species are also in majority in the Arctic and Subarctic where they affect the structure and composition of the vegetation. It is therefore of great importance to increase our knowledge about clonal plants and their growth and life histories. I have investigated how ramets of the stoloniferous plant <i>Linnaea borealis</i> are affected by the naturally occurring variation in environmental factors, such as: light, nutrient and water availability. Moreover, I examined the seed set and how supplemental hand pollination affects seed set in <i>L. borealis</i>, and also investigated the significance of the apical meristem for shoot population fitness. All studies were performed under field conditions in northern Sweden in a Subarctic environment and most are experimental.</p><p>The results show that nutrient resorption from senescing leaves is not significantly affecting the growth and nutrient pools of the ramet. This implies that the growth of<i> L. borealis </i>ramets is not governed by micro-site resource availability. However, removal of light competition resulted in increased branching and number of lateral meristems produced, reduced growth, and decreased root:shoot ratio on a per ramet basis. Thus, ramets of <i>L. borealis </i>can efficiently exploit favourable light patches through plastic growth. Apical dominance exerts a significant effect on shoot population fitness and can be lost through rodent grazing. However, loss of apical dominance is dependent on the timing of grazing, if the apical meristem is removed early in the autumn the ramet can repair the loss until the next summer. If grazing occur during spring the dry weight and leaf area production is affected negatively. Seed production in <i>L. borealis</i> in the Abisko area varies between years and sites, and was unaffected by supplemental hand pollination treatment, implying that there is no lack of pollinator activity.</p>

About 70% of the plant species in the temperate zone are characterised by clonal growth, clonal species are also in majority in the Arctic and Subarctic where they affect the structure and composition of the vegetation. It is therefore of great importance to increase our knowledge about clonal plants and their growth and life histories. I have investigated how ramets of the stoloniferous plant Linnaea borealis are affected by the naturally occurring variation in environmental factors, such as: light, nutrient and water availability. Moreover, I examined the seed set and how supplemental hand pollination affects seed set in L. borealis, and also investigated the significance of the apical meristem for shoot population fitness. All studies were performed under field conditions in northern Sweden in a Subarctic environment and most are experimental. The results show that nutrient resorption from senescing leaves is not significantly affecting the growth and nutrient pools of the ramet. This implies that the growth of L. borealis ramets is not governed by micro-site resource availability. However, removal of light competition resulted in increased branching and number of lateral meristems produced, reduced growth, and decreased root:shoot ratio on a per ramet basis. Thus, ramets of L. borealis can efficiently exploit favourable light patches through plastic growth. Apical dominance exerts a significant effect on shoot population fitness and can be lost through rodent grazing. However, loss of apical dominance is dependent on the timing of grazing, if the apical meristem is removed early in the autumn the ramet can repair the loss until the next summer. If grazing occur during spring the dry weight and leaf area production is affected negatively. Seed production in L. borealis in the Abisko area varies between years and sites, and was unaffected by supplemental hand pollination treatment, implying that there is no lack of pollinator activity.

Altitudinal gradients offer attractive opportunities for studies of population differentiation in response to environmental heterogeneity. In this thesis, I examined population differentiation along altitudinal gradients by combining common-garden experiments with field studies and experiments in alpine, subalpine and boreal populations of the perennial herb Solidago virgaurea. More specifically, I determined whether leaf physiology in terms of nitrogen concentration and resorption, flowering phenology, flower production and reproductive effort vary along altitudinal gradients. Nitrogen concentration in green leaves were higher in alpine than in subalpine and boreal populations. These differences persisted when plants were grown from seeds in a common-garden experiment at two sites, suggesting that the differences have a genetic component. There was mixed support for a trade-off between maximized carbon gain through the maintenance of high nitrogen concentration, and minimized nitrogen loss through high resorption. In their natural habitats alpine populations began flowering later than subalpine populations, but this difference was reversed when plants were grown in a common environment. This suggests that genetic differences among populations counteract environmental effects and reduce phenotypic variation in flowering time among populations. Flowering time thus shows countergradient genetic variation in S. virgaurea. In a common-garden experiment, boreal populations produced more flowers and had a higher reproductive effort than subalpine and alpine populations indicating habitat-specific genetic differences in reproductive allocation. In a field study, which included three populations, seed set was close to zero in the alpine population, intermediate in the subalpine population, and high in the boreal population. Experimental flower removal showed that seed production was associated with a considerable cost in terms of reduced flowering propensity the following year, but did not support the hypothesis that a large floral display is important for pollination success.

In den meisten Ländern Mitteleuropas gilt weniger als ein Prozent des verbleibenden Laubwaldes als ungestört und temperierte Wälder sind Herausforderungen wie Arteninvasion, Klimawandel und steigender Stickstoff(N)-Deposition ausgesetzt. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass hohe N-Einträge N-Limitierungen verringern, Phosphor(P)aufnahme behindern und P-Mängel in der Buche auslösen können. Die Artendiversität von Bäumen kann die Bestandsproduktivität durch die Prozesse Komplementarität und Facilitation (Wachstumserleichterung) erhöhen, wenn diese einen wachstumslimitierenden Nährstoff betreffen. Ein Schlüsselprozess im Nährstoffkreislauf ist der Weg von Nährstoffen durch die mikrobielle Biomasse während der Dekomposition. Es wurde gezeigt, dass die mikrobielle Biomasse um N bspw. mit Buchen und um P mit tropischen Moorpflanzen konkurriert. Die Buche ist eine sehr konkurrenzfähige Baumart in temperierten Waldökosystemen aber kann von der Eiche in trockenen Bereichen übertrumpft werden, während Hainbuche und Linde eine geringere Rolle spielen. Eichen erfahren jedoch in der jüngsten Vergangenheit in europäischen Wäldern einen Rückgang, der womöglich auf hohe N-Einträge zurückzuführen ist. Für diese Arbeit untersuchten wir die Nährstoff-, Konkurrenz- und strukturelle Dynamik eines unbewirtschafteten, sehr naturnahen Laubwaldes in Mitteldeutschland, der aus Buche (Fagus sylvatica), Eiche (Quercus petraea und Quercus robur), Hainbuche (Carpinus betulus) und Linde (Tilia cordata und Tilia platyphyllus) aufgebaut ist. Unsere Ziele waren (1) zu erforschen, ob Komplementarität und/oder Facilitation die Produktivität in diesem Waldökosystem erhöht, (2) festzustellen, ob es Konkurrenz um die Nährstoffe N, P und K zwischen Bäumen und mikrobieller Biomasse gibt und, (3) die Nachbarschaftsdynamik der genannten Baumarten zu untersuchen und herauszufinden, ob der Eichenrückgang mit hoher N-Deposition einhergeht. In Beständen einer Art sowie verschiedenen Mischbeständen aus je drei Arten ermittelten wir Biomasseproduktion und Nährstoffverfügbarkeit. Nährstoffnutzungseffizienzkurven (Nährstoffnutzungseffizienz = Biomasseproduktion pro verfügbare Nährstoffe) wurden genutzt um festzustellen, ob ein bestimmter Nährstoff das Baumwachstum limitiert. Die jährliche Netto-Nährstoffveränderung wurde in einer Laubbeutel-Studie als Differenz zwischen ursprünglichem und verbleibendem Nährstoffgehalt des sich zersetzenden Laubfalls nach einem Jahr kalkuliert. Die Nährstoffresorptionseffizienz berechneten wir über die Ermittlung der N-, P- und Kalium(K)-Konzentrationen in sonnenexponierten Blättern und im gefallenen Laub. Die Nachbarschaftsdynamik von Bäumen wurde über die Durchmesserverteilung, überirdische Holzbiomasse für jede Artenkombination sowie eine Polygon-Abschätzung von Wachstumsräumen erforscht. Zusätzlich wurde eine durchmesserbasierte nearest neighbor(nächster-Nachbar)-Analyse für Baumpaare durchgeführt. Ein Geographisches Informationssystem (GIS) wurde genutzt um Wachstumsraum-Polygone zu erstellen und nächste Nachbarn zu bestimmen. Auf Einzelbaum-Level, ermittelt durch einen Nachbarschaftsansatz, waren relative Wachstumsraten von Buchen im Einzelbestand geringer als in der Mischung mit Linde und Hainbuche während das Wachstum von Linde im Einzelbestand größer war als in Mischung mit Buche und Eiche. Die Nährstoffnutzungseffizienzkurve für Buche zeigte optimale P- und K-Nutzungseffizienz für die Art in Mischbeständen, während sie in Einzelbeständen  P- und K-limitiert war. Während die jährliche Netto-Nährstoffveränderung in sich zersetzendem Blattlaub die Verfügbarkeit von P und K im Boden beeinflusste, war dies für N nicht der Fall. Resorptionseffizienzen von N, P und K hingen negativ mit der jährlichen Netto-Nährstoffveränderung zusammen. In unserer Studie zur Nachbarschaftsdynamik von Bäumen fanden wir heraus, dass intraspezifische nearest neighbors gleiche Durchmesser aufwiesen und ihren Durchmesser gleichzeitig mit dem des Nachbarn vergrößerten. Im Gegensatz dazu waren die Durchmesser von interspezifischen nearest neighbors im Allgemeinen unterschiedlich und der Durchmesser des Nachbarn verringerte sich mit zunehmendem Durchmesser des Zielbaums. Eichen konnten ihren Wachstumsraum mit zunehmendem Durchmesser nicht vergrößern, aber dominierten ihre nearest neighbor über die Größe. Unsere Ergebnisse zeigten, dass im untersuchten Waldökosystem Nährstofflimitierungen artabhängig waren und dass die Nutzung von Nährstoffnutzungseffizienz und Nachbarschaftsansatz geeignete Mittel sind, den Einfluss einzelner Baumarten auf die Produktivität einer Art im Rein- und Mischbestand zu ermitteln – so wie die beobachtete Facilitation der Buche im Mischbestand. Diese Werkzeuge stellen eine wichtige Basis zur verbesserten Bewirtschaftung typischer temperierter Mischwälder dar. Wir schlussfolgerten weiterhin, dass Konkurrenz zwischen mikrobieller Biomasse und Bäumen für P und K hoch, aber für N weniger bedeutend war, was wahrscheinlich in hoher N-Deposition in diesem Waldökosystem begründet liegt, welche den internen N-Kreislauf entkoppelte. Die hohe N-Deposition trug wahrscheinlich auch zu geringer Verjüngung der Eiche bei, während ältere Eichen in unserem Untersuchungsgebiet im Wettbewerb um Licht erfolgreich waren. Die Bestandsstruktur war charakterisiert durch stärkere interspezifische verglichen mit intraspezifischer Konkurrenz. Daraus resultierend bildeten Reinbestände aus Buche, Eiche und Linde Klimaxbestände hoher Biomasse innerhalb eines sich verändernden, kleinskaligen Mosaiks verschiedener Artenzusammensetzungen. In Reaktion auf neue Bewirtschaftungsanforderungen des Globalen Wandels sind weiterführende Forschungen zu Nutzungseffizienz unterschiedlicher Ressourcen für Baumarten in verschiedenen Zusammensetzungen empfehlenswert.