水生植物群落的構(gòu)建與穩(wěn)定是淺水富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵，但其內(nèi)在競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，特別是不同類型（浮葉與沉水）及不同物種沉水植物間的競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)態(tài)，尚缺乏系統(tǒng)理解。明確光照、營(yíng)養(yǎng)等關(guān)鍵環(huán)境因子如何與植物功能性狀（生長(zhǎng)型）交互作用并決定競(jìng)爭(zhēng)結(jié)局，對(duì)制定科學(xué)的植被恢復(fù)方案至關(guān)重要。
針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李峰研究員團(tuán)隊(duì)近期通過(guò)兩項(xiàng)控制實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)揭示了富營(yíng)養(yǎng)化條件下水生植物的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。第一項(xiàng)研究聚焦于浮葉植物與不同生長(zhǎng)型沉水植物之間的競(jìng)爭(zhēng)。研究團(tuán)隊(duì)以浮葉植物荇菜和三種典型沉水植物（底棲型苦草、直立型粉綠狐尾藻、冠層型穗花狐尾藻）為材料，在桶式中尺度系統(tǒng)中設(shè)置了3個(gè)荇菜密度水平（0、9、18株/m2）與3個(gè)營(yíng)養(yǎng)水平的全因子實(shí)驗(yàn)。第二項(xiàng)研究則深入探討了沉水植物物種之間的競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)態(tài)，選取生態(tài)策略迥異的苦草和粉綠狐尾藻，構(gòu)建了涵蓋3個(gè)營(yíng)養(yǎng)水平、2個(gè)光照水平以及5種不同種植比例的替代系列實(shí)驗(yàn)。
研究取得了系列重要發(fā)現(xiàn)：1）在浮葉-沉水植物系統(tǒng)中，浮葉植物的競(jìng)爭(zhēng)抑制效應(yīng)具有密度依賴性和物種選擇性。中等與高密度荇菜顯著降低了所有沉水植物的總生物量和葉綠素含量，但對(duì)苦草（底棲型）和穗花狐尾藻（冠層型）形態(tài)的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于對(duì)粉綠狐尾藻（直立型）。值得注意的是，營(yíng)養(yǎng)水平升高雖能緩解中等密度浮葉植物帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，但同時(shí)更增強(qiáng)了粉綠狐尾藻和穗花狐尾藻的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，預(yù)示著在富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程中，浮葉植物的優(yōu)勢(shì)將強(qiáng)化，而沉水植物群落結(jié)構(gòu)將向少數(shù)耐受物種（如直立型）演變；2）在沉水植物物種間競(jìng)爭(zhēng)中，營(yíng)養(yǎng)與光照的交互作用是決定競(jìng)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵。粉綠狐尾藻在高光、高營(yíng)養(yǎng)條件下憑借快速生物量積累占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；而苦草則采取保守策略，在低光、低營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下更能維持生存。其形態(tài)可塑性迥異：苦草通過(guò)“伸長(zhǎng)避蔭”應(yīng)對(duì)遮蔭，根系穩(wěn)定；粉綠狐尾藻則始終保持較高株高，且根系對(duì)光、營(yíng)養(yǎng)變化響應(yīng)更靈活。競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)分析證實(shí)，兩者競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)隨環(huán)境梯度發(fā)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。這兩項(xiàng)研究共同表明，水生植物的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)局并非固定，而是由環(huán)境因子（營(yíng)養(yǎng)、光照、浮葉植物蓋度）與植物自身功能性狀（生長(zhǎng)型、資源分配策略、形態(tài)可塑性）共同塑造的。該系列研究為富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的植被精準(zhǔn)恢復(fù)與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
上述結(jié)果以Competitive Outcomes Between Floating-Leaved and Submerged Plants Under Eutrophication Depend on Growth Form和Nutrient and Light Interactions Shape Competitive Dynamics Between Two Co-Occurring Submerged Macrophytes為題近期均分別發(fā)表在Freshwater Biology上，研究得到國(guó)家自然科學(xué)聯(lián)合基金和湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等資助。
不同處理下植物養(yǎng)分含量和相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)變化