沉水植物菹草生长与繁殖对全球不同升温情景模式及富营养化的响应特征研究

发布时间：2020-04-11 13:09

【摘要】：沉水植物在维持浅水湖泊生态功能方面发挥着重要作用。然而,近年来的研究资料表明,由于人类活动的影响,沉水植物正经历着全球性的衰退,气候变暖与富营养化是驱动沉水植物衰退与演替的两个重要因素。在未来百年,全球平均气温上升,且热浪等极端天气事件的频率和强度也会有所增强。在另一方面,水体富营养化仍是全球淡水生态系统面临的一个主要的水环境问题。虽然现有研究已经关注到气候变化或水体富营养化对于沉水植物的影响,但对于极端气候事件影响的探究仍为数不多,尤其是关于极端气候与富营养化交互作用的研究更加匮乏。此外,母代环境的影响在水生植物生活史以及子代生长特征等方面发挥了十分重要的作用。因此,了解母代环境的影响将有助于预测水生植物生活史特征对未来气候变暖的响应机制。本研究论文基于以上背景,选取沉水植物广布种—菹草(Potamogeton crispus L.)作为研究对象,利用实验生态学手段开展了相关研究。本论文主要研究结果如下:(1)母代不同升温模式环境下产生的菹草石芽在形态、化学计量学特征及萌发等方面的研究结果表明:不同的升温模式对菹草产生的石芽湿重无显著影响,但是较高幅度的升温显著促进了石芽长度和宽度的增加;石芽的化学计量学特征表明,母代高幅度的升温会导致菹草石芽总N含量显著升高,同时C/N比显著下降;母体升温环境对菹草石芽的萌发速率及幼苗生长有一定程度的促进作用。综上所述,菹草母代环境温度的升高显著影响了石芽的形态、化学计量学特征及萌发情况。(2)不同温度模式与富营养化对水体环境特征、菹草生长和繁殖物候的研究结果表明:升温加快了菹草的生长和衰退,这或许更有利于菹草在冬季和早春维持湖泊清水状态,但其衰退的提前也将使湖泊在夏季更早的转变为浊水状态;与对照相比,固定升温与波动升温分别导致始花日期提前14.7天和17.2天,同时盛花日期也显著提前,但并未引起两种升温模式下花期持续时间的变化。然而,磷添加虽延迟盛花日期3.9天,并略微缩短了加磷处理的花期长度,但与对照相比并未产生显著性差异。此外,升温减少了菹草花序峰值,与对照组相比,固定升温组与波动升温组花序峰值数目分别平均减少了17与27个。(3)不同温度模式与富营养化对菹草繁殖动态影响的研究结果表明:升温条件下菹草通过减少形成的果序数量降低了有性繁殖,尤其是在波动升温条件下更为显著,这表明在应对气候变暖时菹草的繁殖策略可能会发生改变。另一方面,在磷添加条件下,菹草单个果序的结实率升高,表明其有性繁殖的投入增加,这一转变可能更有利于提高种群在应对富营养化等环境因子变化的影响。(4)在繁殖体的化学计量学方面,升温与磷添加导致了种子和石芽的碳氮元素含量发生了变化。两种升温模式下的石芽总碳含量较对照组均有所下降;而升温与磷添加均造成了种子总碳含量的下降。与对照组相比,磷添加显著降低了石芽总氮含量;有性繁殖体种子总氮含量在固定升温组中有所升高,而波动升温组却呈现出下降趋势。在繁殖体的碳氮比值方面,水体中磷含量的增加导致石芽的碳氮比升高;然而,磷添加与升温的交互作用却使石芽碳氮比下降。另一方面,种子的碳氮比则在波动升温组中最高。通过本研究,我们发现菹草无性与有性繁殖体碳氮元素的变化较为复杂,除受到水体中温度与营养水平改变的影响外,其它环境因素(如沉积物营养水平)也可能对营养物质在繁殖体中的分布特征产生影响。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948.8;X52

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