水深和氮负荷对沉水植物生长及其种间竞争关系的影响

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随着我国淡水水域富营养化程度的日益加剧,水生生态系统中的水生植被逐渐减少甚至衰退消失,使得结构完整、功能健全的草型清水态水体转变为藻型浊水态水体。近年来,以沉水植被恢复为核心的富营养水体生态修复已成为水生生态学研究领域中重要的生态实践。沉水植物在水生生态系统中扮演着重要角色,是必不可少的组分。但是沉水植物在恢复过程中遇到了众多难题,例如,高水深、低光照和高氮(N)负荷等均会影响沉水植被的恢复。为此,本文选择长江中下游浅水湖泊中常见的两种沉水植物苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)作为研究对象,通过设置一系列野外模拟实验,研究不同环境因素对两种沉水植物生长的影响及其种间竞争关系的变化,从而为富营养浅水湖泊的管理及生态修复提供理论支持。主要研究内容与结果如下:1水深对苦草和黑藻生长的影响水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一。莲座型苦草和冠层型轮叶黑藻是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异。在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究。因此,本文设计了3个水深梯度(水深:50 cm;150 cm;250 cm),探讨混栽条件下苦草和黑藻生长和竞争格局对水深变化的响应。结果表明,在混栽条件下,两种沉水植物的生长对水深变化的响应不同。随着水深的增加,苦草的生物量和相对生长率显著降低;在高水深(250 cm)条件下,黑藻的生物量和相对生长率同样显著低于低水深(50 cm)和中水深组(150 cm),而后两组中,黑藻生长的差异不显著。两种沉水植物对水深变化的形态适应也不相同。黑藻随着水深的增加,其株高显著增加,表明黑藻通过增加株高的方式适应生境的水深变化。相反,苦草在高水深下的株高显著低于中水深,说明苦草对水深的形态策略不同于黑藻。本实验中,随着水深的增加,苦草和黑藻生物量之比逐渐增加,表明水深增加会增加莲座型沉水植物-苦草的竞争优势。2水深对苦草和黑藻种间竞争关系的影响沉水植物种间及种内常伴随着竞争的发生。当环境条件改变时,处于竞争优势的植物能够适应变化的环境而生存下来,而处于竞争劣势的植物,会遭受更加不利的影响,甚至衰亡。水深的变化对苦草和黑藻的竞争关系的影响还有待研究。本文设计了2个水深梯度(水深50 cm;150cm),2种种植模式(单种苦草以及混合种植苦草和黑藻),探究水深变化对苦草和黑藻种间竞争关系的影响。结果表明,不管是低水深还是高水深条件,单种苦草组的苦草生物量、相对生长率和株数均显著高于苦草和黑藻混种组,说明黑藻对苦草的生长具有明显的抑制作用。其机理可能是由于黑藻在苦草上层形成较密的冠层,其冠层的遮光作用限制了苦草的生长和繁殖,同时大量生长的黑藻在营养物质上的竞争也使得苦草生长受阻。此外,高水深条件下苦草的株高显著高于低水深苦草的株高,苦草和黑藻混种组苦草的株高高于单种苦草组的苦草株高,体现了苦草对于水深和黑藻冠层遮光所引起的低光照的通过增加株高所进行的生长适应现象。3不同光照条件下氮负荷升高对沉水植物生长的影响在自然水体中,苦草和黑藻在营养盐和光照中存在着较强的竞争关系。然而,在共存情况下,二者对水体N负荷升高的响应有待研究,同时,不同光照下二者对水体N负荷升高的响应也未见报道。基于此,我们设计了一个室外模拟实验,通过混栽两种沉水植物,探讨不同光照强度(高光(日光)和低光(遮光75%))下外源N负荷升高(输入N:P比从5:1提高到100:1)对两种沉水植物生长的影响。结果显示,在高光条件下,N负荷升高对苦草生物量、相对生长率、株高以及根叶比无显著影响;N负荷升高显著降低了黑藻的生物量、相对生长率、株高和株数。在低光条件下,N负荷升高对苦草和黑藻均未造成显著差异。相对应的,在高光条件下,N负荷升高显著降低了苦草和黑藻的总生物量;在低光条件下,N负荷升高对苦草和黑藻的总生物量的影响不显著。研究结果表明,在不同的光照条件下,苦草对N负荷升高的适应差异不显著。而黑藻在低光条件下和高光条件下对N负荷升高的适应能力显著不同。在高光条件下,N负荷升高显著降低了沉水植物的总生物量,同时增加了水体Chl-a浓度,这一结果表明N负荷升高可能会有利于生态系统从草型清水态向藻型浊水态转化。从湖泊管理和生态修复的角度而言,本研究支持N和P均需要控制的观点。
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