Відокремлення наслідків посухи від артефактів даху на екосистемні процеси в лугових посушках

Філіальний інститут екології, Університет Фрідріха-Шиллера, Єна, Єна, Німеччина

наслідків

Афіліаційний відділ Umweltmikrobiologie, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Лейпциг, Німеччина

Філіальний інститут екології, Університет Фрідріха-Шиллера, Єна, Єна, Німеччина

Афілійований біологічний факультет, Геоботаніка, Університет Фрайбурга, Фрайбург, Німеччина

Інститут еволюційної біології та екологічних досліджень, Університет Цюріха, Цюріх, Швейцарія

Дослідницька група наземної екології, Департамент екології та управління екосистемами, Центр харчових продуктів і наук про життя Вайгенштефан, Technische Universität München, Фрайзінг, Німеччина

Інститут екології філій, Університет Фрідріха-Шиллера, Єна, Єна, Німеччина, Інститут біології, Лейпцизький університет, Лейпциг, Німеччина

  • Аня Фогель,
  • Томас Фестер,
  • Ніко Айзенхауер,
  • Майкл Шерер-Лоренцен,
  • Бернхард Шмід,
  • Вольфганг В. Вайссер,
  • Олександра Вейгельт

Цифри

Анотація

Враховуючи прогнози збільшення ймовірності посухи за різних сценаріїв зміни клімату, було проведено численні експериментальні польові дослідження, що імітують посуху за допомогою прозорих дахів у різних екосистемах та регіонах. Однак такі дахи можуть мати невідомі побічні ефекти, які називаються артефактами, на виміряні змінні, що потенційно можуть заплутати результати експерименту. Покритий контроль дозволяє кількісно визначити потенційні артефакти, чого бракує в більшості експериментів.

Ми провели експеримент із посухи на експериментальних пасовищах для вивчення артефактів прозорих дахів та наслідків впливу артефактів на екосистеми щодо посухи щодо трьох змінних реакції (надземна біомаса, розкладання підстилки та профілі метаболітів рослин). Ми встановили три методи обробки посухи, використовуючи (1) прозорі дахи для виключення опадів, (2) контрольну обробку без даху, що отримує природні дощі, та (3) покрівельний контроль, вкладений під час посухозахисту, але з дощовою водою, повторно застосовуваною відповідно до умов навколишнього середовища.

Дахи мали незначний вплив на повітря (+ 0,14 ° C вночі) та температури грунту (-0,45 ° C у теплі дні, + 0,25 ° C у холодні ночі), тоді як фотосинтетично активне випромінювання значно зменшилось (-16%). Біомаса спільноти надземних рослин знизилася при обробці посухи (-41%), але не було суттєвої різниці між покрівельним та незакріпленим контролем, тобто не було вимірюваних ефектів артефактів на даху.

Порівняно з контролем без даху, розкладання підстилки значно зменшилось як при обробці посухи (-26%), так і при обробці покриттям (-18%), що свідчить про ефекти артефактів прозорих дахів. Більше того, наземні профілі метаболітів у модельних видів рослин Medicago x varia відрізнялись від некритого контролю як під час засухи, так і під покривом, а ефекти артефактів на даху мали порівнянну величину як ефекти посухи.

Наші результати наголошують на необхідності контрольних процедур з покриттям при використанні прозорих дахів для вивчення наслідків посухи, оскільки дахи можуть спричинити значні побічні ефекти.

Цитування: Vogel A, Fester T, Eisenhauer N, Scherer-Lorenzen M, Schmid B, Weisser WW та ін. (2013) Розділення наслідків посухи від артефактів даху на екосистемні процеси в експерименті із посухою на луках. PLoS ONE 8 (8): e70997. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070997

Редактор: Курт О. Рейнхарт, USDA-ARS, Сполучені Штати Америки

Отримано: 18 лютого 2013 р .; Прийнято: 25 червня 2013 р .; Опубліковано: 1 серпня 2013 р

Фінансування: Експеримент із посухи фінансувався Єнським університетом (грант Олександрі Вейгельт) за додаткової підтримки університетів Цюріха, Геттінгена та Фрайбурга. Єнський експеримент фінансувався Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG; FOR 456). Ніко Айзенхауер із вдячністю вітає фінансування з боку DFG (Ei 862/2). Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.

Конкуруючі інтереси: Щодо конкуруючих інтересів, автори підтверджують, що Олександра Вейгельт (співавтор) є членом редакції PLOS ONE. Це не змінює дотримання авторами всіх політик PLOS ONE щодо обміну даними та матеріалами.

Вступ

Зміна опадів є важливим фактором глобальних змін, що впливають на функціонування екосистем [1], і, як прогнозується, зростатимуть у майбутньому [2]. Отже, багато експериментів досліджували наслідки зміни опадів на функціонування екосистеми. Однак експериментально застосована установка експериментів із посухи може мати побічні ефекти, надалі називані артефактами, на додаток до передбачуваних маніпуляцій з моделями опадів (узагальнено в [3]). Наслідки таких артефактів особливо серйозні, коли маніпулюють другим важливим фактором глобальних змін навколишнього середовища, що впливають на функціонування екосистеми, наприклад, втрата різноманітності рослин (наприклад, [1], [4]), оскільки невідомо, наскільки потенційний артефакти могли б взаємодіяти з другою обробкою. Враховуючи важливість багатофакторних експериментів для кількісної оцінки наслідків глобальних змін на функціонування екосистеми, критично важливо оцінити результати та потенційні висновки, зроблені в результаті посухових експериментів.

Дахи або укриття від дощу є загальним інструментом для запобігання посухи в польових експериментах. Їх конструкція варіюється залежно від експериментів, напр. вони різняться за розміром, формою та прозорим матеріалом [5]. Всі дахи побудовані таким чином, щоб мінімізувати можливі артефакти, що важко і рідко перевіряється. Найбільш очевидними небажаними артефактами є затінення (наприклад, [6], [7]) та пасивне потепління [8], [9], хоча деякі автори повідомляють про незначне підвищення температури повітря та ґрунту через покрівлі [6], [ 10], [11] або навіть ніякого впливу [12], [13]. На відміну від експериментів у лісах, де дощ можна перехопити під навісом, дахи при вивченні пасовищ повинні покривати всю рослинність, і, отже, артефакти можуть бути особливо значущими в цих екосистемах.

Потепління та зміни освітленості можуть бути частиною прогнозованих змін клімату в певних сценаріях [14], [15], і можна стверджувати, що такі ефекти даху можуть допомогти більш реально імітувати майбутній клімат. Тим не менше, артефакти не контролюються в експериментах на даху і можуть не відображати регіональних проекцій [2], [15]. Наприклад, із збільшенням частоти спекотних хвиль та періодів посухи опромінення частіше збільшується, ніж зменшується. Крім того, артефакти на даху можуть самі впливати на екосистеми і, отже, збивати з місця результати експериментів із посухи. Наприклад, потепління впливає на кілька функцій екосистеми та збільшує продуктивність та розкладання [16], [17], [18]. І посуха, і артефакти на даху можуть відрізнятися в різних аспектах, як, наприклад, різні рослинні спільноти, і тому змішують результати щодо взаємодії.