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浅水湖泊和湿地沉水植物的减少对区域和全球生物多样性产生了级联效应。水位波动是湖泊生态系统结构和功能的主要干扰因子。在气候变化和人类活动的双重作用下,长江中下游洪泛平原湖泊的水位自然节律发生明显改变。水位波动节律改变(比如水位波动幅度、波动频率以及极端降雨造成的水位改变)对水生植物的生长、繁殖与演替有较大的影响。近二十年来,长江中下游地区湖泊中的水草床迅速消失,沉水植被存在明显的退化现象,己成为该地区生态安全的一个重要问题。但是,关于水位变化如何影响沉水植物至今仍存在争议。而且,以往关于沉水植物对水位变化响应的研究集中在生长存活方面,对水位波动的幅度和频率以及极端降雨对沉水植物繁殖和资源分配的影响及其机制尚不明确。因此,我们对长江中下游具有代表性的沉水植物刺苦草(Vallisneria spinulosa)和苦草(Vallisneria natans)对水位波动(不同波动幅度与波动频率)和极端降雨(水位升高与营养负荷升高)的响应进行了较为深入的研究。
水位波动(模拟不同水位波动幅度和频率)受控实验表明:1)总体而言,相对于恒定水位,波动水位对刺苦草的总生物量、叶生物量和根生物量有显著负面影响,但刺苦草能够以显著增加株高和比叶面积来响应水位波动的变化。2)较大的水位波动幅度明显限制了刺苦草的株高、叶生物量、根数、根长和果实生物量,相比之下,水位波动频率仅仅对叶生物量有显著负面影响。3)较大的水位波动幅度明显降低了叶生物量分配和有性繁殖分配,但会增加地下生物量分配,而水位波动幅度和频率对根生物量分配和无性繁殖都无显著影响。
模拟极端降雨的受控实验表明:1)极端降雨和正常降雨可以影响湖泊水位高低(水淹强度)和水位上升速率(高水位水淹时长),从而抑制苦草的生长和有性繁殖。2)极端降雨和正常降雨可以促进外源营养物质的输入,有利于周丛藻类的生长,从而增强了对苦草的遮阴作用,因此水位上升和营养负荷上升(逐渐变化和极端变化)的联合作用对苦草的生长发育有严重负面影响。3)相对于正常降雨,极端降雨条件下,苦草对叶的资源分配增加,而对地下部分的资源分配减少,繁殖器官果实的生物量分配基本保持不变。
因此,两种苦草属植物在生长、繁殖和资源分配等多个方面受到水位波动的影响和调控。气候变化引起的浅水湖泊水位波动的变化(尤其是水位波动幅度的增加)以及极端降雨事件可能抑制沉水植物的生长发育,限制光合产物积累,并降低其有性繁殖能力,进而对其他生物群落以及浅水湖泊水生态系统健康状态产生较大的负面影响。
水位波动(模拟不同水位波动幅度和频率)受控实验表明:1)总体而言,相对于恒定水位,波动水位对刺苦草的总生物量、叶生物量和根生物量有显著负面影响,但刺苦草能够以显著增加株高和比叶面积来响应水位波动的变化。2)较大的水位波动幅度明显限制了刺苦草的株高、叶生物量、根数、根长和果实生物量,相比之下,水位波动频率仅仅对叶生物量有显著负面影响。3)较大的水位波动幅度明显降低了叶生物量分配和有性繁殖分配,但会增加地下生物量分配,而水位波动幅度和频率对根生物量分配和无性繁殖都无显著影响。
模拟极端降雨的受控实验表明:1)极端降雨和正常降雨可以影响湖泊水位高低(水淹强度)和水位上升速率(高水位水淹时长),从而抑制苦草的生长和有性繁殖。2)极端降雨和正常降雨可以促进外源营养物质的输入,有利于周丛藻类的生长,从而增强了对苦草的遮阴作用,因此水位上升和营养负荷上升(逐渐变化和极端变化)的联合作用对苦草的生长发育有严重负面影响。3)相对于正常降雨,极端降雨条件下,苦草对叶的资源分配增加,而对地下部分的资源分配减少,繁殖器官果实的生物量分配基本保持不变。
因此,两种苦草属植物在生长、繁殖和资源分配等多个方面受到水位波动的影响和调控。气候变化引起的浅水湖泊水位波动的变化(尤其是水位波动幅度的增加)以及极端降雨事件可能抑制沉水植物的生长发育,限制光合产物积累,并降低其有性繁殖能力,进而对其他生物群落以及浅水湖泊水生态系统健康状态产生较大的负面影响。