Lichens are more tolerant against winter warming stress than vascular and non-vascular plants: Insights from an alpine field experiment

IF 5.6 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2025-02-04 DOI:10.1111/1365-2745.14482

Eirik A. Finne, Jarle W. Bjerke, Frode Stordal, Lena M. Tallaksen

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地衣比维管植物和非维管植物更能抵抗冬季变暖胁迫：来自高山田间试验的见解

北极和高寒地区变暖速度加快，冬季变化速度快于夏季(AMAP, 2021；它,荷兰,2020)。极端气候频率和特征的变化对植被很重要，比长期温度变化更快地改变了碳动态、物种组成和整体生态系统功能(Bokhorst et al., 2015；盖恩斯,丹尼,1993;Jentsch et al., 2007)。植被对更温暖和更长的夏季的刺激反应甚至可能被极端天气事件的影响逆转或相反(Berner等人，2020；Callaghan等人，2022；Panchen et al., 2022)。冬季变暖事件是短暂的气候事件，从数小时到数天不等，其中温度异常高(Johansson等人，2011；Pascual和约翰逊,2022)。这些事件通常伴随着冬雨，挪威部分地区的冬雨正在增加，主要是在西南高海拔地区、中部山区和挪威北部（Pall et al., 2019）。这与气候变暖中降水增加和降雨增多的综合效应是一致的。此外，暖冬事件是对北极-高山生态系统影响最大的极端事件之一(Coulson et al., 2000；Treharne et al., 2019)。冬季变暖事件一词在这里用于描述温度超过0°C阈值长达1周的冬季气候事件。冬季变暖事件通过两个主要的物理过程引起植被应力，尽管它们经常同时发生：解冻-冻结和冰包裹。融冻是指冬季增暖事件期间植被融雪融化，冬季增暖事件结束后植被再冻结。绝缘雪层的融化使植被暴露在温暖的温度下，可以减少冬季休眠和抗寒性，当低温回归时，有冻害和霜冻干旱的风险(Bokhorst et al., 2011；Rixen et al., 2022)。当冬季变暖事件期间积累的雨水和融水冻结将植被包裹在冰中时，就会发生冰包裹。这减少了细胞与周围空气的气体交换，并可能导致二氧化碳（CO2）、乳酸和乙醇的积累（Andrews, 1996）。不同物种在冰冻缺氧条件下生存的能力和适应性不同，可能偏离物种对融冻的耐受性(Bjerke, Elvebakk, et al., 2018；Crawford et al., 1994)。冬季增温事件对冬季依赖隔热积雪的维管植物的影响已经进行了深入的研究；它们的反应因物种和物候策略（Bokhorst等人，2018）和生命阶段（Ósvaldsson等人，2022）而异，并且可以将生态系统的碳平衡从碳汇转变为碳源（Treharne等人，2019）。然而，人们对冬季变暖事件如何影响非维管光自养生物（NVPs）知之甚少，即地衣、苔藓植物、自由生活的藻类和蓝藻，尽管它们对北极-高山生态系统的生物多样性、碳循环和氮通量至关重要(Porada et al., 2023；Street et al., 2013)。由于没有根系或维管组织，NVPs可以迅速调整其代谢活动以适应水分供应和环境条件的波动（Lange et al., 2001）。这种可塑性在快速的温度变化中是有益的，并且比季节性驱动的维管植物具有更高的抵御冬季压力的能力(Bokhorst等人，2023；lenn<s:1>等人，2010)。活动增加和相关的冬季抗寒性丧失似乎是应激反应的决定性因素（Bokhorst et al., 2018）。由于地衣和苔藓植物的策略和功能特征不同，我们预计它们对冬季胁迫的耐受性会有很大差异（Asplund等，2021）。例如，在冬季变暖期间，没有明显物候阶段的地衣的年生长可能是有利的，而苔藓植物的新芽尖在生长被激活后可能容易受到冻害（Bjerke et al., 2011）。随着冬季变暖事件的频率和严重程度的增加，已经积雪有限的山脊上的植被可能会更多地暴露于寒冷的冬季温度（Niittynen et al., 2020）。山脊植被对极端事件的适应能力仍不确定，特别是对地衣和其他非植被主导的植被。考虑到最近地衣覆盖面积的下降(Chagnon &amp；Boudreau, 2019;Fraser et al., 2014；Vanneste et al., 2017)，更深入地了解冬季变暖事件的作用对于预测这些生态系统的未来至关重要。通过野外试验，我们评估了融冻和冰封胁迫对高寒维管植物、地衣和苔藓植物夏季生理生态的影响。

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.