《Environmental and Experimental Botany》：UV radiation and reduced rainfall: legacy effects on litter and first-year decomposition in two Mediterranean evergreen shrubs
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本研究针对地中海盆地未来气候变暖导致的UV辐射增强和干旱加剧，通过6年野外控制实验，探究了UV-A/UV-B辐射与降雨减少对两种典型常绿灌木（野草莓树和狭叶菲尔藤）凋落物性状及早期分解的遗留效应。研究发现UV辐射通过改变凋落物化学性质（如C/N比）和微生物活性抑制而非促进分解过程，且物种响应存在差异。这表明未来气候变化可能减缓地中海生态系统凋落物分解速率，增强土壤碳固存，对区域碳循环预测具有重要启示。
地中海盆地，这片环绕着蔚蓝海洋的古老土地，正面临着气候变化的严峻挑战。气候模型预测，到本世纪末，这里将迎来更强的紫外线（UV）辐射和更为干旱的环境。这些变化不仅直接影响着生长于此的植物，还可能通过改变植物凋落物（枯枝落叶）的分解过程，深刻影响整个生态系统的养分循环和碳平衡。凋落物分解是连接植物与土壤的关键环节，其速率变化会改变养分释放和碳储存。然而，在长期适应了强光和干旱环境的地中海常绿硬叶灌木生态系统中，UV辐射和干旱将如何相互作用，共同影响凋落物分解，仍然是一个有待深入探究的科学问题。尤其缺乏在自然条件下，关于不同波段UV辐射（UV-A和UV-B）与降雨减少对凋落物分解的交互作用研究。为了解决这一问题，由Claudia Rodríguez-Hidalgo、Laura Llorens、Anna Doménech-Pascual、Anna M. Romaní、Josep-Abel González和Dolors Verdaguer组成的研究团队，在西班牙赫罗纳的一片天然灌丛中展开了一项长达数年的野外实验，研究成果发表在《Environmental and Experimental Botany》上。
研究人员在自然灌丛中建立了18个9平方米的实验样地，通过安装不同类型的滤光膜（甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚碳酸酯）来模拟三种UV辐射条件：环境UV（UVBA，包含所有UV）、仅UV-A（UVA，滤除UV-B）和无UV（UV0，滤除UV-A和UV-B），并结合两种降雨处理（自然降雨和减少30%降雨）。实验持续了六年，使植物在特定环境下生长并产生具有“遗留效应”的凋落物。随后，研究人员收集了两种优势灌木物种——野草莓树（Arbutus unedo）和狭叶菲尔藤（Phillyrea angustifolia）的衰老叶片，采用凋落物袋法进行了为期374天的分解实验。他们系统监测了凋落物的质量损失、化学性质（碳、氮、纤维、纤维素、木质素含量）、微生物生物量（真菌和细菌）以及胞外酶活性（β-葡萄糖苷酶（βG）、纤维二糖水解酶（CBH）、酚氧化酶（POX）），以全面揭示UV辐射和干旱对分解过程的影响。
3.1. 初始凋落物化学、微生物生物量和胞外酶活性
研究发现，六年的处理主要改变了凋落物的初始化学性质，而非结构组织。在自然降雨下，暴露于环境UV-B辐射的野草莓树凋落物碳氮比（C/N）较低（氮浓度较高），而干旱条件逆转了这种效应。对于狭叶菲尔藤，UV-A辐射或干旱条件导致其凋落物C/N比升高（氮浓度降低）。狭叶菲尔藤凋落物的初始微生物生物量和酶活性普遍高于野草莓树，并且其初始细菌生物量和POX活性也受到UV和降雨交互作用的影响。
3.2. 处理对凋落物质量损失的影响
经过347天的分解，两种凋落物的质量损失均有限，但物种间差异显著。狭叶菲尔藤凋落物质量损失（11%）显著高于野草莓树（3%）。野草莓树凋落物在分解初期甚至出现了质量轻微增加的现象。分解常数（k）分析表明，狭叶菲尔藤凋落物的分解速率受UV辐射和降雨影响，无UV辐射（UV0）和自然降雨条件下的分解速率最快，而野草莓树的分解速率不受处理影响。这表明UV辐射（尤其是UV-A）和干旱对狭叶菲尔藤的分解有抑制作用。
3.3. 处理对最终凋落物化学、微生物生物量和酶活性动态的影响
分解结束后，两种凋落物的纤维、纤维素和木质素含量相对增加。处理效应存在物种特异性。对于野草莓树，凋落物化学性质（如C/N比、纤维含量）在分解末期显著受到UV和降雨交互作用的影响，但在自然降雨下，环境UV辐射下的凋落物具有较低的C/N比和纤维含量。然而，其微生物活性和酶活性对处理不敏感。对于狭叶菲尔藤，UV辐射（主要是UV-B）和降雨减少均抑制了其凋落物分解，表现为无UV辐射时纤维含量最低、分解常数最高，以及干旱条件下βG活性降低。UV辐射对酚氧化酶（POX）活性的影响也较为明显。相关性分析显示，狭叶菲尔藤凋落物中真菌生物量与βG活性、细菌生物量与POX活性呈正相关。
本研究的主要结论是，长期UV辐射和降雨变化对两种地中海常绿灌木凋落物的初始质量和早期分解过程产生了显著的物种特异性“遗留效应”。与通常认为的UV辐射会促进光降解不同，本研究发现UV辐射（无论是UV-A还是UV-B）总体上抑制而非刺激了凋落物分解，这与微生物活动可能受到抑制有关。干旱也倾向于减缓分解过程。因此，在未来气候变化情景下（UV辐射增强和干旱加剧），地中海灌木生态系统的凋落物分解速率可能会进一步降低。这对于养分循环和土壤碳储存具有重要意义。分解速率减慢意味着凋落物中难以分解的化合物（如木质素）积累增加，可能导致土壤中有机碳的固存增强。然而，这种变化也可能减缓养分的释放速率，影响植物生长。研究强调，凋落物分解动态强烈依赖于其初始化学特性，而未来气候条件将通过改变这些特性来影响生态系统功能。由于灌木群落在地中海盆地广泛分布且因全球变化而扩张，理解其凋落物分解对气候因子的响应对于预测该区域碳和养分循环的未来变化至关重要。这项研究为评估气候变化对地中海生态系统关键过程的影响提供了重要的实证依据。
