Зимове потепління є екологічно більш актуальним, ніж літнє потепління на прохолодному помірному пасовищі
Предмети
Анотація
Зміна клімату впливає на всі пори року, але потепління є більш вираженим взимку, ніж влітку в середніх та високих широтах. Зимове потепління може мати глибокі екологічні наслідки, які рідко порівнюються з наслідками літнього потепління, а причинно-наслідкові пояснення недостатньо добре встановлені. Ми порівняли помірне надземне інфрачервоне потепління взимку з потеплінням влітку на напівприродних, прохолодних помірних пасовищах у Німеччині протягом чотирьох років. Біомаса надземних рослин зросла після потепління взимку (+ 18%) і на неї не вплинуло потепління влітку. Зимове потепління впливало на склад рослинної спільноти більше, ніж літнє, сприяючи продуктивним видам. Зимове потепління посилювало дихання грунту більше, ніж літнє. Тривалі вегетаційні періоди та зміни у складі рослинних угруповань пояснювали збільшення виробництва наземної біомаси. Зимове потепління стимулювало екологічні процеси, незважаючи на те, що завдало морозу пошкодження коренів рослин та мікроорганізмів у надзвичайно холодний період, коли потепління знижувало теплоізоляцію, яку забезпечує сніг. Таким чином, майбутнє потепління після таких періодичних морозів може ще більше посилити ефекти прискорення зимового потепління на екологічні процеси.
Вступ
Прогнозується, що зимове потепління перевершить літнє потепління на 2 ° C у Центральній Європі до 2071–2100 рр., З ще більшими різницями далі на північ (RCP 8,5 1,2). Чіткого розуміння відповідних зимових процесів та їх екологічної важливості все ще бракує, оскільки маніпуляційні експерименти, що імітують кліматичні зміни, зазвичай застосовують рівномірне потепління лише протягом вегетаційного періоду 3,4. Отже, прогнозування екологічних наслідків сезонного нерівномірного потепління є вкрай непевним 5 .
Результати
Зимове потепління екологічно актуальніше, ніж літнє. (a) Надземне чисте первинне виробництво (АНПП, сума двох руйнівних врожаїв 0,2 м2 у -1), (() зміни у складі рослинних угруповань на ділянці порівняно з початковим складом у 2009 році, вираженими як відстань Брея-Кертіса (на основі оцінок видового покриву (1 м²) у червні), та (c,d) дихання грунту (середнє значення щомісячних вимірювань, розділених зимою (c) та влітку (d) протягом усього періоду навчання). Розміри ефекту порівняно з еталонними умовами відображаються як g хедж (n = 10) за дату відбору проби та обробку та її 95% довірчі інтервали. Лікування вважається значущим, якщо діапазон довіри не включає нуль (сіра горизонтальна лінія). Зверніть увагу, що 2009 рік відображає умови попередньої обробки.
Збільшення виробництва надземної біомаси та дихання ґрунту внаслідок потепління взимку могло бути пов’язано зі зміною складу рослинних угруповань, а також іншими зимовими екологічними процесами, такими як продуктивність рослин (зелень, довжина коренів та смертність та лист C: N співвідношення) та біотичні процеси ґрунту (дихання ґрунту, біомаса мікробів, наявність азоту та потенційна позаклітинна ферментативна активність) (рис. 2 та додаткова інформація, рис. 2). Інтенсивна зимова кампанія відбору проб показала, що потепління зими подовжувало вегетаційний період як пізньої осені, так і ранньою весною, про що свідчить зелень рослин, довжина коренів та дихання грунту (рис. 2а – в). Співвідношення C: N нижнього листа (рис. 2г) додатково свідчить про активне поглинання N корінням рослин пізно восени та на початку весни, підтверджуючи висновок, що потепління взимку стимулювало виробництво наземної біомаси рослин у ці періоди.
Відповіді на зігріваючі процедури взимку 2011/12 (активне зігрівання на зимове зігрівання, але відсутність нагрівання для літнього зігріваючого лікування в цей період). Зеленість на рівні ділянки в лютому не вимірювали через сніговий покрив. Листок C: N вимірювали для листя тих самих трьох видів (Alopecurus pratensis, Плантаго ланцетоподібний, і Румекс ацетоза) у кожному сюжеті. Коренева смертність - це сума коренів, що гинуть між двома пробами. Cmic, мікробна біомаса; WEOC, видобувається водою органічна C. Відображаються засоби ± SEM (n = 10) за дату відбору проби та обробку (при цьому три види на ділянці є вкладеними копіями для аркуша C: N). Малі літери вказують на однорідні групи за датою на основі тестів Tukey post hoc (перевіряється лише в тому випадку, якщо взаємодія між потеплінням і часом була значною і відображається для дат, які відрізнялися між рівнями лікування в тесті post hoc).
Природний холодний період, коли зимове потепління розтопило сніговий покрив, призвело до холодних мінімальних температур під час нашого інтенсивного зимового відбору проб, ніж за референтних умов (мінімальна температура повітря на висоті рослини, -14,0 проти -9,7 ° C; мінімальна температура грунту, -4,0 проти -2,2 ° C; Додаткова інформація Рис. 3). Цей результат підтверджує уявлення про те, що потепління взимку може призвести до холодніших ґрунтів, якщо воно зменшить сніговий покрив 20. Цей мороз був найбільш вірогідною причиною зменшення зеленості (рис. 2а), збільшення смертності коренів та піків мікробної біомаси (Cmic), органічної C, що екстрагується водою (WEOC), та біодоступності N (рис. 2e –H) в процесі зимового потепління, оскільки жоден інший абіотичний параметр за цей час не досяг стресових рівнів (радіація: PAR −2 s -1, вологість ґрунту значно вище точки в’янення 8%).
Обговорення
Зменшення снігового покриву та втрата його ізолюючого ефекту з подальшим заморожуванням можуть збільшити шкоду від морозу на 30,34,35. Морозостійкість відрізняється серед видів трав 36, і, отже, можна очікувати, що він буде виборчим фактором, який може сприяти змінам у складі громади. Холодна аклімація у мікробів супроводжується чистою мінералізацією N 37, але паралельний пік WEOC вказує на загибель мікробів, а не на спокій 37,38. На додаток до лізису мікробних клітин та коренів, пов'язані з грунтом органічні С та інші поживні речовини стають доступними під впливом фізичного стресу, який фрагментує грунтові агрегати 39. Ці легкодоступні поживні речовини індукують високі темпи росту та активності мікробів відразу після фізичного стресу 40 або з деякою затримкою 41, відповідно до піку мікробної біомаси після заморозків у нашому дослідженні.