Încălzirea iernii este mai relevantă din punct de vedere ecologic decât încălzirea verii într-o pajiște rece-temperată
Subiecte
Abstract
Schimbările climatice afectează toate anotimpurile, dar încălzirea este mai pronunțată iarna decât vara la latitudini medii și înalte. Încălzirea iernii poate avea efecte ecologice profunde, care sunt rareori comparate cu efectele încălzirii de vară, iar explicațiile cauzale nu sunt bine stabilite. Am comparat încălzirea ușoară cu infraroșu suprateran în timpul iernii cu încălzirea în timpul verii într-o pajiște semi-naturală, cu temperaturi răcoroase din Germania, timp de patru ani. Biomasa plantelor supraterane a crescut după încălzirea iernii (+ 18%) și nu a fost afectată de încălzirea de vară. Încălzirea iernii a afectat mai mult compoziția comunității de plante decât încălzirea estivală, favorizând speciile productive. Încălzirea iernii a crescut respirația solului mai mult decât încălzirea de vară. Anotimpurile de creștere prelungite și schimbările în compoziția plantelor-comunitate au reprezentat creșterea producției de biomasă supraterană. Încălzirea iernii a stimulat procesele ecologice, în ciuda faptului că a cauzat deteriorarea înghețului rădăcinilor plantelor și microorganismelor într-o perioadă extrem de rece, când încălzirea a redus izolația termică oferită de zăpadă. Prin urmare, încălzirea viitoare dincolo de astfel de înghețuri intermitente poate crește în continuare efectele accelerate ale încălzirii iernii asupra proceselor ecologice.
Introducere
Se preconizează că încălzirea iernii va depăși încălzirea estivală cu 2 ° C în Europa centrală până în 2071–2100, cu diferențe și mai mari în nord (RCP 8,5 1,2). O înțelegere solidă a proceselor relevante de iarnă și a importanței lor ecologice lipsește încă, deoarece experimentele de manipulare care simulează schimbările climatice aplică de obicei încălzirea uniformă numai în timpul sezonului de creștere 3,4. Prin urmare, prezicerea efectelor ecologice ale încălzirii neuniforme sezoniere este extrem de incertă 5 .
Rezultate
Încălzirea iernii este mai relevantă din punct de vedere ecologic decât încălzirea de vară. (A) Producția primară netă supraterană (ANPP, suma a două recolte distructive de 0,2 m² y −1), () modificări ale compoziției plante-comunitate pe parcela comparativ cu compoziția sa inițială în 2009 exprimate ca distanță Bray-Curtis (pe baza estimărilor acoperirii specifice speciei (1 m²) în iunie) șic,d) respirația solului (medie a măsurătorilor lunare separate de iarnă (c) și vara (d) pentru întreaga perioadă de studiu). Mărimile efectului în comparație cu condițiile de referință sunt afișate ca Hedges ’g (n = 10) pe data eșantionării și tratament și intervalele sale de încredere de 95%. Un tratament este considerat semnificativ dacă banda de încredere nu include zero (linia orizontală gri). Rețineți că anul 2009 afișează condiții de pre-tratament.
Creșterea producției de biomasă la suprafață și a respirației solului din cauza încălzirii iernii s-ar fi putut datora schimbării compoziției plante-comunitate, dar și a altor procese ecologice de iarnă, cum ar fi performanța plantelor (verdeață, lungimea și mortalitatea rădăcinii și frunza C: N raportul) și procesele biotice ale solului (respirația solului, biomasa microbiană, disponibilitatea de N și activitatea enzimatică extracelulară potențială) (Fig. 2 și Informații suplimentare Fig. 2). Campania intensivă de eșantionare a iernii a indicat faptul că încălzirea iernii a prelungit sezonul de vegetație atât la sfârșitul toamnei, cât și la începutul primăverii, indicat de verdeața plantelor, lungimea rădăcinilor și respirația solului (Fig. 2a - c). Raportul C: N al frunzei inferioare (Fig. 2d) a indicat în continuare absorbția activă de N de rădăcinile plantelor târziu toamna și începutul primăverii, susținând concluzia că încălzirea iernii a stimulat producția de biomasă a plantelor supraterane în aceste perioade.
Răspunsuri la tratamentele de încălzire în iarna 2011/12 (încălzire activă pentru încălzirea iernii, dar fără încălzire pentru tratamentul de încălzire de vară în această perioadă). Verdele la nivelul parcelei nu a fost măsurată în februarie din cauza stratului de zăpadă. Frunza C: N a fost măsurată pentru frunzele aceleiași trei specii (Alopecurus pratensis, Plantago lanceolata, și Rumex acetosa) în fiecare complot. Mortalitatea prin rădăcină este suma rădăcinilor care mor între două eșantionări. Cmic, biomasă microbiană; WEOC, organic extractibil din apă C. Se afișează mijloace ± SEM (n = 10) pe data eșantionării și tratament (cu cele trei specii pe parcela ca replici imbricate pentru frunza C: N). Literele mici indică grupuri omogene pe dată pe baza testelor post hoc Tukey (testate numai dacă interacțiunea dintre încălzire și timp a fost semnificativă și se afișează pentru date care diferă între nivelurile de tratament în testul post hoc).
O perioadă rece naturală în care încălzirea iernii a topit stratul de zăpadă, a condus la temperaturi minime mai reci în timpul eșantionării noastre intensive de iarnă decât în condițiile de referință (temperatura minimă a aerului la înălțimea plantei, -14,0 față de -9,7 ° C; temperatura minimă a solului, -4,0 față de -2,2 ° C; Informații suplimentare Fig. 3). Acest rezultat susține noțiunea că încălzirea iernii poate duce la soluri mai reci dacă reduce acoperirea cu zăpadă 20. Acest îngheț a fost cea mai probabilă cauză a scăderii verzii (Fig. 2a), a creșterii mortalității radiculare și a vârfurilor din biomasa microbiană (Cmic), C organic extractibil din apă (WEOC) și N biodisponibil (Fig. 2e –H) în tratamentul de încălzire a iernii, deoarece niciun alt parametru abiotic nu a atins niveluri stresante în acest timp (radiații: PAR −2 s −1; umiditatea solului cu mult peste punctul de ofilire de 8%).
Discuţie
O reducere a stratului de zăpadă și pierderea efectului său de izolare, urmate de înghețul ulterior, pot crește daunele cauzate de îngheț cu 30,34,35. Toleranța la îngheț diferă între speciile de ierburi 36 și, prin urmare, se poate aștepta să acționeze ca un factor selectiv care poate contribui la schimbări în compoziția comunității. Aclimatizarea la rece în microbi este însoțită de mineralizarea netă a N 37, dar vârful paralel din WEOC indică mai degrabă moartea microbiană decât latența 37,38. În plus față de liza celulelor microbiene și a rădăcinilor, C organic legat de sol și alți nutrienți devin accesibile prin stresul fizic pe care fragmentele de sol îl agregează 39. Acești nutrienți ușor accesibile induc rate mari de creștere microbiană și activități imediat după stresul fizic 40 sau cu o oarecare întârziere 41, în conformitate cu vârful biomasei microbiene după îngheț din studiul nostru.