落叶分解是溪流生态系统中养分循环、能量流动和水生食物网的关键生态过程 (Tank et al., 2010, Gra?a et al., 2015, Marks, 2019)。鉴于其在生态系统代谢和食物网动态中的核心作用,分解是调节不同气候区域溪流生态系统功能的主要过程之一 (Tank et al., 2010, Boyero et al., 2016, Marks, 2019)。
溪流中的落叶分解受生物和非生物因素的复杂相互作用调控,例如落叶化学组成,特别是木质素、氮和磷含量,在通过影响碎屑适口性和抵抗物理和生物降解的能力来决定分解动态方面起着核心作用 (Zhang et al., 2019, Fanin et al., 2020, Sena et al., 2024)。环境条件,如温度、养分有效性、溶解氧、pH 值和流态,进一步通过物理过程(如流动引起的磨损和摩擦促进落叶破碎化)直接调节分解,并通过影响微生物定殖和撕食者活性间接调节分解 (Ferreira et al., 2006, Ferreira et al., 2019, Sena et al., 2024)。在此背景下,水生真菌,特别是丛梗孢菌,在分解早期阶段至关重要,促进落叶条件化和破碎化,从而增加二级消费者的资源可用性 (Ferreilla et al., 2019, Boyero et al., 2021)。无脊椎动物,特别是撕食者,也对有机物分解做出了重大贡献。微生物和无脊椎动物分解者的相对重要性因气候和环境背景而异,微生物驱动的分解通常在较温暖的环境中变得更加重要。相比之下,无脊椎动物介导的处理在较冷地区往往更为显著 (Boyero et al., 2011, Boyero et al., 2016)。
由于气候、水文和生物特征的差异,分解在温带和地中海溪流生态系统之间表现出不同的模式。在温带溪流中,与高溶解氧浓度相关的常年水文制度支持多样的撕食无脊椎动物组合,它们与微生物分解者一起在落叶分解中起核心作用 (Ferreira et al., 2019, Boyero et al., 2021)。相比之下,地中海溪流的特点是显著的季节性水文变率,夏季有长时间的低流量或无流量,导致栖息地破碎化、连通性降低和撕食者多样性减少 (Gasith and Resh, 1999, Hershkovitz and Gasith, 2013)。虽然水生真菌是主要的微生物分解者,但细菌也能对地中海溪流中的落叶分解做出重大贡献,在水分限制真菌活性的环境条件下,它们的相对重要性可能会增加 (Mora-Gómez et al. 2016)。真菌和细菌组合对敏感性随季节的差异因此可以改变它们在落叶分解过程中对分解的相对贡献 (Gasith and Resh, 1999, Hershkovitz and Gasith, 2013)。传统撕食者贡献的减少部分由腹足类动物和寡毛类动物补偿,它们适应于耐受夏季干旱并在温和的冬季存活 (Chergui and Pattee, 1991, Essafi et al., 1994, Casas and Gessner, 1999)。这些对比的生态动态突显了在评估溪流生态系统中的落叶处理途径时考虑区域气候和水文背景的重要性。
尽管落叶分解已在不同气候背景下得到研究,包括地中海系统 (Casas and Gessner, 1999, Chergui and Pattee, 1991, Essafi et al., 1994, Bonada and Resh, 2013, Fenoy et al., 2024),但直接比较地中海和温带溪流跨季节的研究相对较少。现有研究表明,地中海溪流独特 的水文制度,以强季节性变率、干旱期和周期性洪水为标志,强烈塑造了分解者群落和有机物处理速率 (Gasith and Resh, 1999, Hershkovitz and Gasith, 2013)。然而,同时评估对比水文制度下微生物生物量、微生物活性和无脊椎动物定殖的季节性比较仍然稀缺。扩展此类比较方法对于改进落叶分解的全球模型以及了解溪流生态系统如何应对日益增加的环境变率和气候驱动的水文变化至关重要。
本研究旨在评估培养时间、季节(夏季与秋季)和溪流特定环境条件对两条葡萄牙溪流(代表对比的水文和气候背景:地中海和温带)中落叶分解的影响,利用分解速率、物理和化学水特征以及微生物和无脊椎动物群落结构。我们测试了以下假设:(i) 由于地中海溪流季节性水文变率对微生物和无脊椎动物分解者的影响,落叶分解速率 (k) 在温带溪流中将高于地中海溪流 (Hershkovitz and Gasith, 2013, Magyar et al., 2016);(ii) 落叶分解的变化将与落叶化学特征,特别是木质素含量,有更密切的关联,而不是两条研究溪流之间的水温差异 (Zhang et al., 2019);以及 (iii) 微生物生物量和活性在地中海溪流中将显示出与落叶分解的更强关联,特别是在夏季开始的实验中,预期的撕食者丰度在盛行水文条件下较低。最后的预测得到了地中海溪流中已确立的生态模式的支持,其中反复出现的夏季干旱减少了撕食者的多样性和丰度 (Gasith and Resh, 1999, Hershkovitz and Gasith, 2013),由于水文湍流和连通性减少限制了真菌孢子形成 (Magyar et al., 2016),并可能增加细菌和其他非真菌微生物的相对贡献 (Acu?a et al., 2004, Bonada and Resh, 2013)。