光照和底质对沉水植物功能性状的影响研究

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沉水植物是生活于水下、能够通过根和叶片吸收营养的大型水生植物,是湖泊生态系统的重要初级生产者,对于维持湖泊的清水稳态至关重要。湖泊富营养化导致沉水植物大面积衰退,水下弱光和高营养浓度是富营养湖泊中限制沉水植物生长的两个重要因素,探索沉水植物对于水体营养和光照的响应及适应机制有助于为沉水植物恢复提供科学支撑。微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和苦草(Vallisneria natans)为中国东部湖泊中广泛分布的两种沉水植物,它们都能在中等营养水体中生长成为优势种,苦草具有生长迅速及对富营养化胁迫的耐受能力强等特点,常常被用作湖泊中沉水植被恢复的先锋物种。本研究探讨了底质营养异质性和不同光照强度对微齿眼子菜和苦草生长的影响。主要结果如下:  1.我们研究了四种光照条件(2.8%、7.1%、17.1%和39.5%自然光照)下水族箱中微齿眼子菜和苦草的生长情况,并在洱海和太湖胥口调查了水体光照水平与两种植物的生物量丰度的关系。该研究结果表明,在较强光照环境,微齿眼子菜的相对生长速率、株高和生物量密度均要大于苦草。当光照减弱时,微齿眼子菜和苦草都能提高对光能的利用效率,降低最小饱和光强和最大相对电子传递速率,但苦草对于光照的改变更为敏感。此外,苦草在极低光照环境具有较大的株高且能够产生分株,完成种群的正常扩张;冠层型的微齿眼子菜主要通过增加株高来获取更多光照,但该适应策略在极低光照胁迫下受到限制;莲座型的苦草主要通过调整光合作用效率来适应低光胁迫环境且能够比增加株高更好的适应极低光照环境。  2.对生长在异质营养底质中的苦草进行分析表明,苦草在异质营养底质中表现出根的觅食行为。当苦草生长在富营养底质时倾向于保留更多根生物量在富营养底质,而当生长在贫营养底质时倾向于逃避此生长环境,分配更多根生物量在富营养底质。生长在异质营养底质的苦草其生理指标(可溶性总糖、淀粉、氮和磷)、总生物量、分株数和株高与生长在同质富营养底质的苦草非常相近,且要显著的高于生长在同质贫营养底质的苦草,说明苦草在异质营养底质中可以通过根的觅食行为满足生长的营养需求,保证克隆整体的生长。因此,在沉水植物恢复的过程中,我们也许只需改变局部底质(非全部)即可有效的改善不适合沉水植物生长的底质环境。  3.对四种光照条件(2.8%、7.1%、17.1%和39.5%)下的微齿眼子菜研究发现,其功能性状在不同光照环境中具有不同的分布格局,不同功能性状之间的权衡使微齿眼子菜能够更好的适应不同的光照环境。微齿眼子菜在光照充足的环境中具有相对固定的生物量分配模式,即分配更多的生物量到茎的生长,而在低光胁迫环境中,其植株会在茎生物量与叶生物量分配之间进行权衡,生物量分配模式会有波动,且随着低光胁迫的增加而加剧。植株在前期倾向于分配更多的生物量到茎来增加株高,而当株高接近或到达水面后则倾向于分配更多的生物量到叶片来增加叶面积,进一步提高光照的获取能力;随后又将分配更多生物量到茎的生长,植株在茎与叶生物量分配间的权衡实际是在保证植株现阶段生长与越冬后保有较大总生物量之间的权衡。相比较于较高光照环境,微齿眼子菜的茎在弱光环境中具有更高的含水率而叶片则具有更低的含水率,茎与叶含水率之间的权衡使植株能够更好的适应低光环境。此外,低光环境下的微齿眼子菜具有较低的碳代谢水平,能够更好的忍耐低光胁迫。结果表明低光环境下较低的碳代谢水平以及不同光照环境下茎和叶片之间生物量分配和含水率的权衡对于微齿眼子菜适应不同光照环境具有重要作用,这也一定程度上解释了微齿眼子菜能够在许多湖泊中生长成为优势种的原因。
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