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水体富营养化对长江中下游湖泊水生植物群落结构及其化学计量特征影响的研究
Alternative TitleEffects of eutrophication on macrophyte community structure and its ecological stoichiometry in Yangtze shallow lakes
苏豪杰
Subtype博士
Thesis Advisor谢平
2017-05
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract水生植物是浅水湖泊生态系统的主要要初级生产者,是湖泊生态系统的重要构建单元,对水体生态系统的结构和功能具有重要影响。它能够通过从水体中吸收营养,为浮游动物和小型鱼类提供避难场所,防止底泥再悬浮,遮光以及分泌化感物质等途径抑制水体中藻类的生长,使湖泊生态系统保持稳定的清水状态。然而富营养化等过程剧烈的改变了氮、磷等营养元素生物地球化学循环,并通过改变植物与环境之间的养分利用关系影响生态系统的结构和功能。生态化学计量学是研究生态过程和作用中多种化学元素平衡的一门学科,它跨越了细胞、个体、种群、群落、生态系统、景观和区域各个层次,为我们探究富营养化过程中水生植物的衰退机制及其衰亡过程中对生态系统的结构和功能的影响提供了新思路。本研究中,于2013-2014年通过对长江中下游湖泊水生植物的群落结构以及环境因子的调查,细致地研究了水生植物的群落结构及其C、N、P化学计量特征,得出主要结论如下:为了研究水生植物群落与环境因子之间的关系,揭示水生植物群落演替的驱动因素,于2013-2014年对长江中下游湖泊进行了水生植物的调查与环境因子测定。结果表明,长江中下游湖泊水生植物在富营养化过程中,由低位生长的沉水植物向高位生长的沉水植物及浮叶植物逐渐演替。典范对应分析结果表明,富营养化相关指标透明度、消光系数、叶绿素和总磷对物种组成具有显著的影响。生物因子中鱼类密度同样会对水生植物的群落结构产生影响,通过基于偏冗余分析的多元方差分解,研究了营养,光照和鱼类对水生植物群落的相对影响。结果表明,光照条件是驱动水生植物的丰度及群落结构的最主要因素。以长江中下游14个湖泊沉水植物为研究对象,分析了群落水平下沉水植物碳(C)、氮(N)、磷(P)的化学计量特征及其影响因素。结果显示,沉水植物群落C含量平均为386.93±25.80 mg/g,范围为315.98~441.97 mg/g,N和P含量的平均值分别为26.10±4.84 mg/g和2.64±0.99 mg/g,范围分别为13.75~40.89 mg/g和1.01~5.92 mg/g。与物种水平研究相比,群落水平下沉水植物C、N、P化学计量特征变异系数较小,内稳定性更强。群落C含量与P含量具有显著相关性,而与N含量不相关,这说明C元素与营养元素N和P之间的耦合关系并不一致;N:P与P含量之间具有极显著的负相关关系但与N无相关关系,说明沉水植物群落P含量的变异对N:P起主导作用。冗余分析表明,环境因子解释了沉水植物群落化学计量特征总变异的30.2%,在p<0.01水平下对沉水植物群落化学计量特征具有显著影响的环境因子为底泥总磷,底泥氮磷比,水深和消光系数。变差分解结果表明,底泥和上覆水分别独自解释了化学计量特征总变异的5.21%和10.19%,其交互作用解释了总变异的5.25%。通过该研究结果推测,在恢复湖泊水生植被的实践过程中,对于上覆水光照条件的控制相对于底泥可能更加迫切。 碳氮磷是限制初级生产者生长的三种必须元素。沉水植物主要通过根部从底泥中吸收营养。然而,植物组织内C:N:P化学计量特征还会受到其他很多因素的影响,如植物种类,营养和光照的可利用性等。本研究中我们利用基于偏冗余分析的多元方差分解,揭示了种类、底泥与上覆水对植物C:N:P化学计量特征影响的相对重要性。结果表明,种间差异>上覆水>底泥对植物C:N:P化学计量特征的影响。该研究还发现,沉水植物群落C含量与群落生物量之间具有显著正相关关系,表明沉水植物组织内低C可利用性可能是长江中下游湖泊沉水植物衰退的主要原因。基于我们的研究推测推测长江中下游湖泊水生植物的生长主要受光照而非营养的限制。 全球范围内N和P营养元素循环的改变对生态系统产生深远的影响。随着元素失衡的加剧,湖泊生态系统的结构和稳定性对这些扰动如何响应?以及对湖泊生态系统从草型湖泊转变为藻型湖泊过程中具有哪些启示意义?该研究表明,无论是物种水平还是群落水平,P元素高内稳性/稳定性(HP/SP)的物种具有较高的生产力和稳定性。此外,在底泥营养较低条件下,高HP/SP的物种更占优势,说明在富营养化情景下,植物群落演替过程中高HP/SP的植物可能会受到抑制。相比于低HP/SP植物,高HP/SP植物具有较强的稳定环境的作用,生物和非生物环境之间的正反馈作用更强。同时,我们检测到HP/SP与生态系统的恢复力相关,因而高HP/SP物种占优势的生态系统在受到外界扰动时很可能会具有较强的恢复力。总之,沉水植物的HP/SP不仅与生态系统的结构和稳定性有关,还与生态系统的恢复力有关,因而扩展了我们对浅水湖泊生态系统灾变机制的认知范围。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/31088
Collection淡水生态学研究中心_期刊论文
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GB/T 7714
苏豪杰. 水体富营养化对长江中下游湖泊水生植物群落结构及其化学计量特征影响的研究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2017.
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