Global Ecosystem Analysis The relationship between species richness and the functional properties of their ecosystems has often been studied at small scales in experimental plots. Maestre et al. (p. 214 ; see the Perspective by Midgley ) performed field measurements at 224 dryland sites from six continents and assessed 14 ecosystem functions related to carbon, nitrogen, and phosphorus cycling. Positive relationships were observed between perennial plant species richness and ecosystem functionality. The relative importance of biodiversity was found to be as large as, or larger than, many key abiotic variables. Thus, preservation of plant biodiversity is important to buffer negative effects of climate change and desertification in drylands, which collectively cover 41% of Earth's land surface and support over 38% of the human population.

Soil samples collected from 224 dryland sites around the world show that aridity affects the concentration of organic carbon and total nitrogen differently from the concentration of inorganic phosphorus, suggesting that any predicted increase in aridity with climate change could uncouple the carbon, nitrogen and phosphorus cycles in drylands and negatively affect the services provided by these ecosystems. It is thought likely that climatic change, such as the increased aridity predicted for many drylands, could disrupt the biogeochemical cycles of carbon, nitrogen and phosphorus during the twenty-first century. These elements are essential nutrients for biomass production in terrestrial ecosystems. This study finds that aridity has a negative effect on the concentration of global dryland soil organic carbon and nitrogen, but a positive effect on the concentration of inorganic phosphorus. This suggests a decoupling of nutrient cycles in response to an increase in aridity that could have a negative impact on biogeochemical reactions that control key ecosystem functions such as primary productivity. The biogeochemical cycles of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) are interlinked by primary production, respiration and decomposition in terrestrial ecosystems1. It has been suggested that the C, N and P cycles could become uncoupled under rapid climate change because of the different degrees of control exerted on the supply of these elements by biological and geochemical processes1,2,3,4,5. Climatic controls on biogeochemical cycles are particularly relevant in arid, semi-arid and dry sub-humid ecosystems (drylands) because their biological activity is mainly driven by water availability6,7,8. The increase in aridity predicted for the twenty-first century in many drylands worldwide9,10,11 may therefore threaten the balance between these cycles, differentially affecting the availability of essential nutrients12,13,14. Here we evaluate how aridity affects the balance between C, N and P in soils collected from 224 dryland sites from all continents except Antarctica. We find a negative effect of aridity on the concentration of soil organic C and total N, but a positive effect on the concentration of inorganic P. Aridity is negatively related to plant cover, which may favour the dominance of physical processes such as rock weathering, a major source of P to ecosystems, over biological processes that provide more C and N, such as litter decomposition12,13,14. Our findings suggest that any predicted increase in aridity with climate change will probably reduce the concentrations of N and C in global drylands, but increase that of P. These changes would uncouple the C, N and P cycles in drylands and could negatively affect the provision of key services provided by these ecosystems.

Abstract Current climatic trends involve both increasing temperatures and climatic variability, with extreme events becoming more frequent. Increasing concern on extreme climatic events has triggered research on vegetation shifts. However, evidences of vegetation shifts resulting from these events are still relatively rare. Empirical evidence supports the existence of stabilizing processes minimizing and counteracting the effects of these events, reinforcing community resilience. We propose a demographic framework to understand this inertia to change based on the balance between adult mortality induced by the event and enhanced recruitment or adult survival after the event. The stabilizing processes potentially contributing to this compensation include attenuation of the adult mortality caused by the event, due to site quality variability, to tolerance, phenotypic variability, and plasticity at population level, and to facilitative interactions. Mortality compensation may also occur by increasing future survival due to beneficial effect on growth and survival of the new conditions derived from global warming and increased climatic variability, to lowered competition resulting from reduced density in affected stands, or to antagonistic release when pathogens or predators are vulnerable to the event or the ongoing climatic conditions. Finally, mortality compensation may appear by enhanced recruitment due to release of competition with established vegetation, for instance as a consequence of gap openings after event‐caused mortality, or to the new conditions, which may be more favorable for seedling establishment, or to enhanced mutualistic interactions (pollination, dispersal). There are important challenges imposed by the need of long‐term studies, but a research agenda focused on potentially stabilizing processes is well suited to understand the variety of responses, including lack of sudden changes and community inertia that are frequently observed in vegetation under extreme events. This understanding is crucial for the establishment of sound management strategies and actions addressed to improve ecosystem resilience under climate change scenarios.

Abstract The worldwide phenomenon of shrub encroachment in grass‐dominated dryland ecosystems is commonly associated with desertification. Studies of the purported desertification effects associated with shrub encroachment are often restricted to relatively few study areas, and document a narrow range of possible impacts upon biota and ecosystem processes. We conducted a study in degraded Mediterranean grasslands dominated by Stipa tenacissima to simultaneously evaluate the effects of shrub encroachment on the structure and composition of multiple biotic community components, and on various indicators of ecosystem function. Shrub encroachment enhanced vascular plant richness, biomass of fungi, actinomycetes and other bacteria, and was linked with greater soil fertility and N mineralization rates. While shrub encroachment may be a widespread phenomenon in drylands, an interpretation that this is an expression of desertification is not universal. Our results suggest that shrub establishment may be an important step in the reversal of desertification processes in the Mediterranean region.

Abstract Interactions among species determine local‐scale diversity, but local interactions are thought to have minor effects at larger scales. However, quantitative comparisons of the importance of biotic interactions relative to other drivers are rarely made at larger scales. Using a data set spanning 78 sites and five continents, we assessed the relative importance of biotic interactions and climate in determining plant diversity in alpine ecosystems dominated by nurse‐plant cushion species. Climate variables related with water balance showed the highest correlation with richness at the global scale. Strikingly, although the effect of cushion species on diversity was lower than that of climate, its contribution was still substantial. In particular, cushion species enhanced species richness more in systems with inherently impoverished local diversity. Nurse species appear to act as a ‘safety net’ sustaining diversity under harsh conditions, demonstrating that climate and species interactions should be integrated when predicting future biodiversity effects of climate change.

Biological soil crusts (BSCs), composed of lichens, cyanobacteria, mosses, liverworts and microorganisms, are key biotic components of arid and semi-arid ecosystems worldwide. Despite they are widespread in Spain, these organisms have been historically understudied in this country. This trend is beginning to change as a recent wave of research has been identifying BSCs as a model ecological system. Many studies and research projects carried out in Spain have explored the role of BSCs on water, carbon and nitrogen fluxes, the interactions between BSCs and vascular plants, their dynamics after disturbances, and their response to global change, among other topics. In this article we review the growing body of research on BSCs available from semi-arid areas of Spain, highlighting its importance for increasing our knowledge on this group of organisms. We also discuss how it is breaking new ground in emerging research areas on the ecology of BSCs, and how it can be use to guide management and restoration efforts. Finally, we provide directions for future research on the ecology of BSCs in Spain and abroad.

Abstract Cliff ecosystems provide refuge to 35%–66% of the world's endemic plants. However, they face growing threats from sport climbing. Evidence suggests that unclimbed cliffs harbour approximately twice the plant richness compared with climbed cliffs, with increasing impact as climbing intensity increases. Unfortunately, it remains unknown whether the climbing impact on cliff vegetation originates from the development (opening) of climbing routes or from temporal changes resulting from subsequent climbing. We recorded cliff vascular plants and lichens at the protected natural area of El Potrero Chico (Mexico) before and after the development of new climbing routes. Subsequently, we re‐recorded the routes at sequential timepoints after 10, 20, and 30 ascents. Additionally, we examined whether the abundance of cliff vegetation influences the extent of climbing impact and whether the surroundings of the routes were also affected. We found that the opening of climbing routes exerted the strongest negative effects on cliff plants, reducing species richness by 38%, while subsequent ascents generated a minimal impact. Worryingly, route opening affected not only species richness in the route itself but also the surroundings of the routes. After 30 ascents, cliff plant abundance decreased by 60.6% within the bolted routes, whereas it decreased by 42.3% in the surroundings. However, this impact depended on the original cliff vegetation abundance. Lichen cover showed a gradual decrease, indicating that cliff‐dwelling lichens are affected not only by the opening of the route but also by subsequent ascents. Synthesis and applications : Given the almost non‐existent regulation of outdoor climbing activities in most countries, we urge the implementation of a conservation management protocol that defines clear strategies to regulate climbing activities and preserve pristine cliffs. On yet unclimbed cliffs with narrow endemic, rare, or threatened species, we propose banning the establishment of new climbing areas. On climbed cliffs lacking protected species, dynamic management actions should be implemented, such as setting a maximum number of routes that can be established and defining limits of acceptable change as climbing intensity increases. The proposed conservation management should help to halt the loss of unique cliff biodiversity and safeguard pristine cliff ecosystems.

Ecologists have recognised the effects of biotic interactions on the spatial distribution of living organisms. Yet, the spatial structure of plant interaction networks in real-world ecosystems has remained elusive so far. Using spatial pattern and network analyses, we found that alpine plant communities are organised in spatially variable and complex networks. Specifically, the cohesiveness of complex networks is promoted by short-distance positive plant interactions. At fine spatial scale, where positive mutual interactions prevailed, networks were characterised by a large connected component. With increasing scale, when negative interactions took over, network architecture became more hierarchical with many detached components that show a network collapse. This study highlights the crucial role of positive interactions for maintaining species diversity and the resistance of communities in the face of environmental perturbations.

The recent Global Drylands Assessment of forests is based on both an incomplete delimitation of dry forests distribution and on an old and incorrect delimitation of drylands. Its sampling design includes a large proportion of plots located in humid ecosystems and ignores critical areas for the conservation of dry forests. Therefore its results and conclusions are unreliable.

Abstract Despite decades of research, a comprehensive understanding of trait coordination at the whole‐plant level remains elusive. Furthermore, while the link between above‐ground growth rates and leaf traits related to nutrient use is well established, much less is known about the below‐ground compartment. Herbs and woody species exhibit distinct above‐ground growth and nutrient‐use strategies, but whether these differences extend to root traits below‐ground remains unclear. We carried out a common garden experiment with 23 perennials (7 herbs and 16 woody species) coexisting in a Mediterranean shrubland and measured 17 above‐ground and below‐ground traits related to growth, nutrient use and size. We analysed the links between growth rate and nutrient use focusing especially on roots and considering potential differences between herbs and woody species. We also combined plant size data from experimental juveniles and field‐sampled adults to determine the effects of life stage on whole‐plant phenotypic integration. We found a significant relationship between growth rates (both above‐ground and below‐ground) and root nutrient‐use strategies. Root diameter was negatively associated to growth rate only in herbs. Specific root area and root tissue density were positively and negatively correlated with growth rate, respectively, in both herbs and woody species. Moreover, we found significant differences in roots traits between herbs and woody species. Plant growth rate and root nutrient‐use strategies were both positively associated to plant size (height and above‐ground diameter) in juveniles, while a negative relationship was observed in adults. Our work provides insights on the links between whole‐plant growth rate and nutrient‐use strategies in species from a dry Mediterranan shrubland. Specifically, we show that whole‐plant growth rate is strongly associated to root traits, with more acquisitive root nutrient‐use strategies related to faster growth rates, which in turn translated to greater plant size in juveniles but smaller in adults. Our results also highlight root functional differences and contrasting patterns of whole‐plant phenotypic integration between herbs and woody species, offering deeper insights into species coexistence in species‐rich dry Mediterranean environments. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog.