周期性蝉尸体分解对实验溪流养分吸收的动态影响及其与落叶输入的生态功能比较

（编辑推荐）本研究通过对比周期性蝉尸体与衰老落叶在实验溪流中的分解过程，揭示蝉类输入显著提升水体铵态氮（NH4 + -N）浓度（达9 μgN/L）及异养呼吸速率（ER），其分解速率（k=0.02 d?1 ）远超落叶（k=0.01 d?1 ），为脉冲式资源补贴（resource pulses）对低营养溪流生态系统功能的调控机制提供新见解。

　　

周期性蝉尸体分解对溪流生态系统功能的影响

摘要
每17年爆发的周期蝉（Cicadidae Magicicada）在死亡后向溪流输入大量有机质。通过对比蝉尸体与糖枫落叶的分解动态，研究发现蝉类输入显著提高水体铵态氮（NH₄
⁺
-N）浓度（从检测限以下升至9 μgN/L），而落叶处理无此效应。高密度蝉处理（47 gDM/m²
）使溪段尺度异养呼吸（ER）翻倍，其分解速率（k=0.02 d^?1
）是落叶的两倍。

引言
陆地有机质输入（如落叶）是森林溪流碳（C）和养分（N、P）的关键来源。相比之下，周期蝉作为高营养资源（C:N=5，含11%N和0.7%P）的脉冲式输入，其生态效应研究较少。前人证实鲑鱼和角马尸体可改变溪流功能，但蝉类影响的机制尚不明确。

方法
在圣母大学实验溪流设施（ND-LEEF）中，设置高/低密度蝉尸体（47和23 gDM/m²
）与糖枫落叶对比实验。监测质量损失、水体养分、代谢速率及养分吸收（V_f
和U）。实验室微宇宙模拟蝉浸出动态，并利用营养扩散基质（NDS）验证生物膜响应。

结果

1. 分解与浸出：蝉尸体3天内损失>50%质量，NH₄
   ⁺
   -N浸出量是落叶的9倍。
2. 代谢响应：高密度蝉使累积ER达9.4 g O₂
   m^?2
   d^?1
   ，显著高于对照（4.8 g O₂
   m^?2
   d^?1
   ）。
3. 养分吸收：蝉输入第3天使NH₄
   ⁺
   -N吸收速率（U）提升7倍，而落叶处理无显著变化。
4. 生物膜限制：NDS实验显示蝉源性碳（非N+P）是刺激呼吸（CR）的主因。

讨论
蝉类快速分解释放的溶解性养分（尤其是NH₄
⁺
-N）直接驱动了溪流代谢和养分循环。与落叶相比，其低C:N比和高温度适应性使其成为夏季溪流功能的“生态催化剂”。未来需关注气候变化对蝉群数量及输入时机的影响。

结论
周期性蝉尸体作为高质量资源脉冲，通过快速分解和养分释放重塑溪流功能，其效应远超传统落叶输入。这一发现为理解偶发性资源补贴在生态系统中的长期作用提供了新视角。