水深梯度对沉水植物群落结构及种间关系的影响

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大型水生植物作为湖泊生态系统的重要组成部分,在湖泊管理及湖泊生态修复中发挥着重要的作用。随着人类活动的加剧,湖泊中的沉水植物开始衰退甚至消失,导致湖泊生态系统失调。影响沉水植物恢复的因素很多,水深是其中重要的生态因子之一,水深通过影响水下光照等环境因素,影响沉水植物的生长和空间分布。然而,在自然界水深是一个动态因子,时间和空间变化较大。太湖最高水位变化大致以20世纪80年代初为界,80年代后,太湖水位处于上升周期,最高水位不断上升且常常居高不下,虽然最高水位上升仍然受控于气候变化因子,但人类活动加剧了水位上升的趋势。为了研究太湖沉水植物在不同水深的分布情况以及水深梯度对沉水植物群落结构特征的影响,根据2013年7月水生植物生长旺盛期太湖水生植物调查的结果,选择太湖胥口湾作为研究区域;根据沉水植物分布及水质差异将调查区域分为5个区域,每个区域分别设置1-2个断面,每个断面根据不同水深确定约4个采样点,分别在2015年4月、7月、10月及2016年1月进行野外调查,通过测定水质、底泥及水深、光照等环境因子,结合沉水植物分布数据,利用典范对应分析(CCA)研究水深及其他环境因子对太湖胥口湾沉水植物群落结构的影响。根据太湖胥口湾不同水深下沉水植物群落调查结果,选择优势种微齿眼子菜、黑藻以及与微齿眼子菜同为底层优势植物的苦草为研究对象,研究了水深梯度对微齿眼子菜、黑藻、苦草种间竞争的影响,试验设置三个水深梯度(60cm、130cm、200cm),设置取代系列试验1#黑藻、2#微齿眼子菜、3#苦草、4#(微齿眼子菜+黑藻)、5#(微齿眼子菜+苦草)共5个处理组,通过测定形态指标和生理生态指标以及竞争能力测度指标,研究不同水深下黑藻、微齿眼子菜、苦草等3种沉水植物单种和混种的生长情况,以及微齿眼子菜与黑藻、苦草种间竞争情况。通过原位测定植物叶片的快速荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线),结合植物叶片的叶绿素荧光参数,研究不同水深下黑藻、微齿眼子菜、苦草等3种沉水植物混种对植物叶绿素荧光特性的影响。结果表明:  1)胥口湾不同季节溶解氧、化学需氧量、叶绿素、总氮等环境因子差异显著(P<0.05)。主要采集沉水植物12种,隶属于7个科,其中单子叶植物有3科,双子叶植物有3科;主要优势种为微齿眼子菜,在春、夏、秋、冬季优势度分别达48.6%、53.9%、53.2%、62.51%。  2)相关性分析表明,水深与沉水植物群落多样性指数、丰富度指数及均匀度指数主要在夏季具有显著相关性(P<0.05),随着水深增加,沉水植物多样性减小,奇异度降低,均匀度减小。  3) CCA分析表明,影响植物分布的环境因子主要为总氮、叶绿素、浊度,水深梯度对沉水植物分布的影响主要在夏季,调查水深范围内,微齿眼予菜主要分布在深水区,苦草、大茨藻与主要分布在浅水区。  4)水深增加影响沉水植物的生长、代谢及无性繁殖。随着水深增加,三种沉水植物生物量、株数、株长、根系总长度、根系表面积、根系体积等形态指标逐渐降低(P<0.05)。苦草与黑藻在130cm处自由水/束缚水值最高,显著高于200cm处(P<0.05),微齿眼子菜随水深增加,自由水/束缚水值逐渐增加;类胡萝卜素随水深增加而减少。  5)深水区沉水植物存在种间竞争。竞争能力测度相对产量(RY)、相对产量总和(RYT)表明,黑藻与微齿眼子菜混种,两种植物存在相互竞争的现象,且不同水深下两种植物竞争能力也不同;黑藻在130cm处更有竞争力,而微齿眼子菜在60cm及200cm更具竞争力;苦草与微齿眼子菜竞争能力测度表明,苦草与微齿眼子菜两种植物随着水深梯度的增加而加剧竞争,60、130cm下苦草竞争能力相对较强,200cm处微齿眼子菜竞争能力相对较强。  6)浅水区60cm处苦草及微齿眼子菜叶片叶绿素PSⅡ反应中心OEC受到破坏,PSⅡ供体侧受到光抑制;60cm水深下3种处理微齿眼子菜Fv/Fm值均低于0.8,说明叶片受到光抑制;水深增加,M0值下降,60cm处叶片通过关闭有活性的反应中心减少光抑制。  7)不同水深下,PIabs值表现为60cm<130cm<200cm,PIabs, total值表现为60cm<200cm<130cm,浅水区60cm处沉水植物叶片的PIabs和PIabs,total最小,植物在高光照下光合效率较低;  8)苦草与微齿眼子菜混种处理影响两种植物PSⅡ的光化学效率Fv/Fm,混种处理的叶片在深水区光化学效率小于单种处理;叶绿素荧光性能指数PIabs值表现为(黑+微微)>微>(苦+微微),(苦+微苦)>苦,与黑藻混种的微齿眼子及与微齿眼子菜混种的苦草叶片通过更高的光合效率来适应低光照,满足光合作用生长。
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