北极捕食者密度超越实验性增温对灌木凋落物短期碳氮流失的影响

本研究通过北极苔原原位实验揭示，狼蛛（Wolf spiders）密度升高显著加速了灌木桦（Betula nana）凋落物的分解及碳（C）、氮（N）释放，其效应强于实验性增温（1–2°C）的影响。结果表明，气候变暖背景下捕食者的生物调控作用可能超越非生物因子，对北极生态系统碳氮循环（C/N cycling）产生正向反馈。

　　

材料与方法

研究在阿拉斯加北坡的Toolik野外站（68°38′N, 149°43′W）开展，该区域属湿润酸性苔原，植被以苔草（Eriophorum vaginatum）、灌木桦（Betula nana）和常绿灌木为主。实验采用完全随机区组设计，设置狼蛛密度（低、对照、高）与增温（环境温度、开放顶棚增温OTC）的双因子处理。狼蛛对照密度为1.1只/m²，高密度处理加倍。增温使用ITEX-OTC装置，可使白天气温升高1–2°C，地表温度升高1.27°C。

凋落物分解采用凋落物袋法，装入本地采集的桦树叶（0.75 g/袋）， mesh孔径3 mm便于微节肢动物进入。凋落物袋在2012年6–7月间孵育6周，之后回收测定质量残留率及C、N含量。使用线性混合模型（LMM）分析数据，以凋落物含水量为协变量，区块和样方为随机效应。

结果

狼蛛密度显著影响凋落物分解。高蜘蛛密度导致凋落物质量残留率、碳残留率和氮残留率均显著降低（p < 0.05），表明其促进了分解和养分释放。增温处理对分解无显著影响，且蜘蛛密度与增温无交互效应。凋落物含水量与质量和碳的残留率呈负相关。

讨论

本研究说明在短期尺度上，狼蛛的捕食作用对凋落物分解的驱动强于增温。这一结果与先前在禾草凋落物中观察到的温敏性效应不同，可能源于灌木凋落物较高的质量（低C:N比）和相应的分解微生物群落响应。狼蛛通过营养级联调节跳虫（Collembola）等分解者，间接加速了养分循环。

北极持续变暖可能同时促进灌木扩张和狼蛛种群增长，但二者对生境的需求存在冲突：狼蛛偏好开阔苔原，而灌木扩张会降低栖息地适宜性。因此，蜘蛛种群的实际动态及其对碳循环的长期影响仍不确定。本研究强调必须将生物相互作用纳入气候变暖的生态系统模型，以更准确预测北极碳循环反馈。

资助与利益冲突

研究获美国国家科学基金会（NSF 1210704, 1106401）等多机构资助。作者声明无利益冲突。

作者贡献

Nevo Sagi：概念化、可视化、论文起草；Anna M. Cress：概念化、写作支持；Jennie R. McLaren：调研与修订；Amanda M. Koltz：领导设计、数据分析、资金获取与论文修改。