极端温度事件改变了河流生态系统的功能

1 实验目的

1.1 过去几十年中，炎热和寒冷的短期极端气候事件的频率和强度都出现了上升。

1.2 极端变暖和冰冻事件可能会改变其物理化学结构，影响凋落物分解和无脊椎动物。

1.3 此前的研究主要集中在陆地生态系统上，且结果差异较大。

2 实验材料与预处理

2.1 样品采集

样品采集于西班牙北部Agüera流域（北纬43.21°，西经3.27°）

潮湿的海洋气候

年平均降水量：1650mm

年平均温度：11.0°C

2.2 凋落物取样

A  glutinosa 欧洲桤木（固N，快分解）

B  sativa 茅栗 （非固N，快分解）

C  Q. robur 夏栎 （非固N，慢分解）

2.3 选取当地典型无脊椎动物：Sericostoma pyrenaicum 的幼虫

2.4 凋落物处理

C组：20°C，12h（对照组C）

H组：40°C，12h（加热处理组H）

F组：洒水，-20°C，12h（寒冷处理组F）

H+F组：40°C，洒水，-20°C（先加热12h，间隔1h，再寒冷处理12hH+F）

3 凋落物浸出实验

3.1 目的：研究叶片初期养分浸出状况

3.2 处理组设置

3（凋落物种类）X4（处理组）X3（重复）=36

3.3 实验装置

玻璃杯(580mL，直径8 cm)放置于温控室(10°C)内

持续通气，光照12h：黑暗12h

杯内装400mL过滤(100µm)后的溪水

0.3g凋落物

培养72小时

3.4 测定项目

叶片韧性

比叶面积（SLA，叶面积：叶片干质量）

烘干，称重，样品分成两份

一份焚烧，测定无灰干质量（ash free dry mass ，AFDM）

一份研磨，测氮磷

3.5 实验结果 

（1）处理组对质量损失的影响总体上不显著

（2）加热预处理（H组）显著增强了N和P浸出

（3）处理组使叶片结构特征更加均匀

4 凋落物分解实验

4.1 处理组设置

4（3凋落物种类+1混合）X4（处理组）X10（7有虫+3无虫）=160

4.2 实验装置

玻璃杯(580mL，直径8 cm)放置于温控室(10°C)内

持续通气，光照12h：黑暗12h

杯内装400mL过滤(100µm)后的溪水

0.9g凋落物（混合处理，每种0.3g）

培养28天

4.3 实验步骤

先加凋落物和水，培养72小时

分解实验的第1天换水并添加无脊椎生物

随后的第7,14,21天换水

4.4 测定项目

凋落物样品烘干，称重，样品分成两份

一份焚烧，测定无灰干质量（ash free dry mass ，AFDM）

一份研磨，测氮磷

无脊椎动物于溪水中饥饿处理48h，冷冻干燥称重，研磨测氮磷

4.5 实验结果

（1）没有无脊椎动物的处理组，出现负分解现象。微生物生物量的累积和养分的固定化。H处理负分解效果最强，H+F处理表现出质量损失，与对照不同。混合处理质量增加更多，但养分固定较低。负分解现象出现的原因，可能是真菌与细菌相互作用，在凋落物表面形成生物膜。加热预处理后，虽然氮磷浸出增加，有可能发生复杂化合物的分解，使凋落物质量反而升高。

（2）有无脊椎动物的处理组，凋落物的质量损失和养分矿化作用将占主导地位。混合组的分解模式类似于快速分解树种。尽管质量损失，加热处理仍倾向于养分固定。

（3）预处理组中的无脊椎动物生长往往低于对照组，并且这种减少在许多情况下是显著的。而在混合处理组中，差异不显著，这说明环境变量比分解率变化更敏感，说明在易分解树种较多的林区，极端天气会造成更大的影响。

4.6 实验结论

（1）加热预处理能够持续增强N和P浸出，而对质量损失影响不大。

（2）无无脊椎动物的处理组，微生物生物量的累积和养分的固定化，出现负分解现象。其中加热处理处理负分解效果最强。

（3）凋落物的质量损失和养分矿化作用将占主导地位。尽管质量损失，加热处理倾向于养分固定。

（4）预处理组中的无脊椎动物生长往往低于对照组。混合凋落物组的无脊椎动物生长受到抑制较小。

From：陈思远