Separarea efectelor secetei de artefactele acoperișului asupra proceselor ecosistemice într-o secetă de pajiști

Institutul de Afiliere pentru Ecologie, Universitatea Friedrich-Schiller-Jena, Jena, Germania

Departamentul de afiliere Umweltmikrobiologie, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Leipzig, Germania

Institutul de Afiliere pentru Ecologie, Friedrich-Schiller-Universitatea Jena, Jena, Germania

Afiliere Facultatea de Biologie, Geobotanică, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania

Institutul de afiliere pentru biologie evolutivă și studii de mediu, Universitatea din Zurich, Zurich, Elveția

Grup de cercetare pentru ecologie terestră de afiliere, Departamentul de management al ecologiei și ecosistemelor, Centrul pentru științe alimentare și viață Weihenstephan, Technische Universität München, Freising, Germania

Afilieri Institutul de Ecologie, Friedrich-Schiller-Universitatea Jena, Jena, Germania, Institutul de Biologie, Universitatea din Leipzig, Leipzig, Germania

Anja Vogel,
Thomas Fester,
Nico Eisenhauer,
Michael Scherer-Lorenzen,
Bernhard Schmid,
Wolfgang W. Weisser,
Alexandra Weigelt

Cifre

Abstract

Având în vedere previziunile creșterii probabilităților de secetă în diferite scenarii de schimbări climatice, au existat numeroase studii de teren experimentale care simulează seceta folosind acoperișuri transparente în diferite ecosisteme și regiuni. Totuși, astfel de acoperișuri pot avea efecte secundare necunoscute, numite artefacte, asupra variabilelor măsurate care pot confunda rezultatele experimentale. Un control pe acoperiș permite cuantificarea unor artefacte potențiale, ceea ce lipsește în majoritatea experimentelor.

Am efectuat un experiment de secetă în pajiști experimentale pentru a studia artefacte ale acoperișurilor transparente și efectele rezultate ale artefactelor asupra ecosistemelor în raport cu seceta pe trei variabile de răspuns (biomasă supraterană, descompunere a așternutului și profiluri ale metabolitului plantelor). Am stabilit trei tratamente de secetă, folosind (1) acoperișuri transparente pentru a exclude precipitațiile, (2) un tratament de control fără acoperiș care primește precipitații naturale și (3) un control de acoperiș, cuibărit în tratamentul secetei, dar cu apă de ploaie reaplicată în funcție de condițiile ambientale.

Acoperișurile au avut un impact ușor asupra aerului (+ 0,14 ° C în timpul nopții) și a temperaturilor solului (-0,45 ° C în zilele calde, + 0,25 ° C în nopțile reci), în timp ce radiațiile fotosintetice active au fost semnificativ reduse (-16%). Biomasa comunității de plante supraterane a fost redusă în tratamentul secetei (-41%), dar nu a existat nicio diferență semnificativă între controlul acoperit și cel fără acoperiș, adică nu au existat efecte măsurabile ale artefactului acoperișului.

În comparație cu controlul fără acoperiș, descompunerea așternutului a fost semnificativ redusă atât în tratamentul secetei (-26%), cât și în tratamentul de control acoperiș (-18%), sugerând efecte artefacte ale acoperișurilor transparente. Mai mult, profilurile de metabolit supraterane la speciile de plante model Medicago x varia au fost diferite de controlul fără acoperiș, atât în tratamentul de secetă, cât și în cel de acoperiș, iar efectele artefactelor de acoperiș au fost de o magnitudine comparabilă cu efectele secetei.

Rezultatele noastre subliniază necesitatea tratamentelor de control pentru acoperișuri atunci când se utilizează acoperișuri transparente pentru studierea efectelor secetei, deoarece acoperișurile pot provoca efecte secundare semnificative.

Citare: Vogel A, Fester T, Eisenhauer N, Scherer-Lorenzen M, Schmid B, Weisser WW și colab. (2013) Separarea efectelor secetei de artefacte de acoperiș asupra proceselor ecosistemice într-un experiment de secetă de pajiști. PLoS ONE 8 (8): e70997. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070997

Editor: Kurt O. Reinhart, USDA-ARS, Statele Unite ale Americii

Primit: 18 februarie 2013; Admis: 25 iunie 2013; Publicat: 1 august, 2013

Finanțarea: Experimentul de secetă a fost finanțat de Universitatea din Jena (subvenție acordată Alexandrei Weigelt) cu sprijin suplimentar din partea Universităților din Zurich, Göttingen și Freiburg. Experimentul Jena a fost finanțat de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; FOR 456). Nico Eisenhauer recunoaște cu recunoștință finanțarea din partea DFG (Ei 862/2). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: În ceea ce privește interesele concurente, autorii confirmă faptul că Alexandra Weigelt (coautor) este membru al consiliului editorial PLOS ONE. Acest lucru nu modifică aderarea autorilor la toate politicile PLOS ONE privind schimbul de date și materiale.

Introducere

Schimbarea precipitațiilor este un factor important al schimbărilor globale care afectează funcționarea ecosistemelor [1] și se preconizează că va crește în viitor [2]. În consecință, multe experimente au investigat efectele schimbării precipitațiilor asupra funcționării ecosistemului. Cu toate acestea, configurarea aplicată experimental a experimentelor de secetă poate avea efecte secundare, denumite în continuare artefacte, pe lângă manipularea intenționată a tiparelor de precipitații (rezumate în [3]). Implicațiile unor astfel de artefacte sunt deosebit de grave, atunci când un al doilea factor important al schimbărilor globale de mediu cu efecte asupra funcționării ecosistemului, cum ar fi pierderea diversității plantelor (de exemplu, [1], [4]), este manipulat, deoarece nu se știe cât de potențial este artefacte ar interacționa cu un al doilea tratament. Având în vedere importanța experimentelor multifactoriale pentru cuantificarea efectelor schimbărilor globale asupra funcționării ecosistemului, este crucial să se evalueze în mod critic rezultatele și concluziile potențiale extrase din experimentele de secetă.

Acoperișurile sau adăposturile de ploaie sunt un instrument obișnuit pentru a induce seceta în experimentele de teren. Proiectarea lor variază în funcție de experimente, de ex. acestea variază ca mărime, formă și material transparent [5]. Toate acoperișurile sunt construite într-un mod pentru a reduce la minimum posibilele artefacte, lucru dificil și rareori testat. Cele mai evidente artefacte nedorite sunt umbrirea (de exemplu, [6], [7]) și încălzirea pasivă [8], [9], deși unii autori raportează doar creșteri ușoare ale temperaturii aerului și a solului datorită acoperișurilor [6], [ 10], [11] sau chiar nici o influență [12], [13]. Spre deosebire de experimentele din păduri, unde ploaia poate fi interceptată sub baldachin, acoperișurile din studiile pajiștilor trebuie să acopere întregul arboret al plantei și astfel artefactele ar putea fi deosebit de semnificative în aceste ecosisteme.

Încălzirea și schimbările de iradiere pot face parte din schimbările climatice prevăzute în anumite scenarii [14], [15] și s-ar putea argumenta că astfel de efecte de acoperiș ar putea ajuta la simularea climatului viitor mai realist. Cu toate acestea, artefactele nu sunt controlate în experimentele de acoperiș și nu pot reflecta proiecțiile regionale [2], [15]. De exemplu, odată cu creșterea frecvenței valurilor de căldură și a perioadelor de secetă, iradianța este mai probabil să crească decât să scadă. Mai mult, artefactele acoperișului pot afecta ele însele ecosistemele și, prin urmare, pot confunda rezultatele experimentelor de secetă. De exemplu, încălzirea are un efect asupra mai multor funcții ale ecosistemului și crește productivitatea și descompunerea [16], [17], [18]. Ambele, seceta și artefactele acoperișului ar putea diferi în diferite aspecte, cum ar fi, de exemplu, diferite comunități de plante și, prin urmare, confundă rezultatele privind interacțiunile.