常见真水生植物功能性状变异与环境适应

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植物功能性状是一些对生态过程响应强烈,能指示群落或生态系统的环境变化的性状指标,研究功能性状变异及环境适应性对于阐明植物对环境的适应机制具有重要意义。目前对于植物功能性状的种内与种间变异及环境适应的研究主要集中于亚热带森林、草原、灌丛等陆生生态系统,以水生生态系统为对象的研究尚鲜见报道。真水生植物(Euhydrophyte)一般指将根固着在水底基质上、叶片在水面下或漂浮在水面的大型植物,其分布广泛,与水环境联系密切,对环境的变化适应性强,研究其功能变异及与环境因子关系,进而指导湿地生态修复工作具有重要意义。本研究以真水生植物为研究对象,对长江中下游10个不同湿地进行水生植物群落样方调查及植物样品采集,共采集长江中下游常见真水生植物15种,研究了所采集真水生植物叶片、根系及全株的13项功能性状指标的种内和种间变异,结合环境因子数据,分析了植物功能性状与环境因子关系,主要研究结果如下:1.变异系数分析表明各真水生植物的全株功能性状(株高、分枝数、平均分节长)、比叶面积、比根长等指标的种间和种内变异较大,而叶和根氮含量、碳含量、硫含量、碳氮比等功能性状指标的种间和种内变异较小。各物种功能性状指标的种间变异大于种内变异,方差分解分析显示除叶和根氮含量外,种间变异和种内变异对其他11个功能性状变异具有较高的解释度;种间变异对比叶面积、叶碳氮比、比根长、根氮含量、根系硫含量、株高、分枝数和平均分节长的解释度较高;种内变异对叶硫含量、根系碳氮比具有较高的解释度;但种内和种间变异二者对除叶片碳含量和根系碳含量外大部分功能性状的共同解释率均较低。这些结果表明真水生植物功能性状变异主要来源于种间,受遗传因素影响较大。2.Mann-Whitney U检验表明浮叶植物与沉水植物在比叶面积、叶片氮含量、叶片碳含量叶片碳氮比、比根长、根系硫含量、株高和分枝数等指标差异显著,但叶片硫含量、根系氮含量、根系碳含量、根系碳氮比和平均分节长等指标间差异不显著。与沉水植物相比,浮叶植物具有较低的比叶面积、较高的叶氮含量、碳含量和碳氮比,而沉水植物则具有较高的比叶面积、比根长、根硫含量、株高和分枝数。研究结果表明不同生活型的真水生植物具有不同光合作用的策略,但在矿质营养获取等方面策略较为相似。3.相关性分析表明真水生植物13个功能性状指标中,有47组功能性状间存在显著或极显著的相关性,比叶面积与叶片全氮、比根长与根氮含量均呈现正相关,叶片碳含量与硫含量、比根长和根系碳含量间呈负相关,其结果表明真水生植物功能性状间可能存在内在协同与权衡。4.功能性状与环境因子主成分进行的冗余分析(RDA)显示真水生植物比叶面积、比根长、叶片氮含量、叶片硫含量与海拔、气温、电导率、水温和光衰系数呈正相关,与经度、氨氮、水深和降雨量呈负相关;株高、叶碳氮含量与海拔、气温、电导率、水温和光衰系数的呈负相关,与经度、氨氮、水深和降雨量呈正相关;纬度、总氮、硝酸盐氮和流速与分枝数、根碳氮比与呈负相关,与平均分节长呈正相关。但总体而言,环境因子对真水生植物功能性状指数的解释量较低,仅为35.20%。文献分析显示水生植物叶和根功能性状呈现出与陆生植物不同的变化格局,真水生植物通过增大比叶面积,提高光利用和碳固定效率来适应水生生境。
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