Ecosystem Structure and Function across Western Dryland Ecosystems: A Cross-Site Comparison of Semiarid Ecosystem Types in Colorado and Wyoming

Abstract

Abstract. Drylands extend over large portions of the globe, including a significant share of the western United States, yet they remain understudied. We examined ecosystem structure and function at 3 semiarid dryland sites in Colorado and Wyoming, each of which was dominated by a different ecosystem type and plant community—shortgrass steppe, mixed-grass prairie, and sagebrush steppe. This initial study was conducted to fill gaps in knowledge about how sagebrush steppe compares to dryland grasslands in the western United States. Soil respiration was higher at the sagebrush steppe than at the 2 grassland sites (P = 0.001). Aboveground biomass, microbial abundance, and soil inorganic nitrogen were not significantly different among ecosystem types after the 2017 summer season. Soil carbon was largely similar across all ecosystem types down to 5 cm, with more widespread differences among all sites in the 5–10 cm depth. Plant, bacterial, and fungal communities all differ between sites (P < 0.001), though they have large numbers of shared species among the sites. Despite these differences in ecosystem structure between ecosystem types, we found only a single significant difference in ecosystem function: soil respiration was higher at the sagebrush steppe than at the other 2 sites. Given the importance of global drylands, broad and high-powered systematic sampling across dryland types would be beneficial to understanding the extent of similarities and ability to extrapolate across and within dryland ecosystem types. Resumen. Si bien gran parte del mundo está compuesto de tierras áridas, incluida una parte significativa del oeste de los Estados Unidos, estas aún permanecen sin ser estudiadas. Examinamos la estructura y función de los ecosistemas en tres sitios de tierras áridas semiáridas en Colorado y Wyoming, cada uno de los cuales estaba dominado por un tipo de ecosistema y una comunidad de plantas diferentes: la estepa de pasto corto, la pradera de pasto mixto y la estepa de artemisa. El estudio inicial se llevó a cabo para conocer cómo se compara la estepa de artemisa con los pastizales de tierras áridas en el oeste de los Estados Unidos. La respiración del suelo fue mayor en la estepa de artemisa que en los dos sitios de pastizales (P = 0.001). La biomasa aérea, la abundancia microbiana y el nitrógeno inorgánico del suelo no fueron significativamente diferentes entre los tipos de ecosistemas después de la temporada del verano de 2017. El carbono del suelo fue similar en todos los tipos de ecosistemas hasta 5 cm, con diferencias más generalizadas entre todos los sitios a una profundidad de 5 a 10 cm. Las comunidades de plantas, bacterias y hongos difirieron entre los sitios (P < 0.001), aunque comparten un gran número de especies. A pesar de estas diferencias en la estructura del ecosistema entre los tipos de ecosistemas, encontramos solo una única diferencia significativa en la función del ecosistema: la respiración del suelo fue más alta en la estepa de artemisa que en los otros dos sitios. Debido a la importancia de las tierras áridas a nivel mundial, sería beneficioso realizar un muestreo sistemático amplio y de gran potencia entre los tipos de tierras áridas para comprender el alcance de las similitudes y la capacidad de extrapolar entre y dentro de los tipos de ecosistemas de tierras áridas.