水动力胁迫下沉水植物的生物力学适合度研究

Hydrodynamic condition is a key abiotic factor determining species distributions and abundance of aquatic plants, and is vulnerable to climate change and human activities. The biomechanical characteristics are the essential traits of mechanical resistance for the reduction of these mechanical damages induced by hydrodynamic forces, which are the main effects of hydrodynamics. However, little is known about the biomechanical response of submerged macrophytes to hydrodynamic forces in lakes, let alone the biomechanical fitness. This project aims to investigate the growth, morphology, biomechanical traits, carbon metabolism, and population dynamics of the dominant submerged macrophyte grown in lakes or areas with different hydrodynamic conditions, to quantitatively analyze the morphology, biomechanical traits, and their contribution to survival and reproduction, and to explore how submerged macrophytes regulate its morphology and biomechanical traits with enough carbon storage for population maintain and expand during these key stages (overwintering stage, oversummering stage and early growth), through the comparative limnology, biomechanical technology and dynamic monitoring. This project will firstly investigate the biomechanical fitness of submerged macrophytes in response to hydrodynamic stress and its relationships with the distribution and population dynamics, and it will put forth effort to reveal the biomechanical reasons for population decline, so as to provide the biomechanical evidence for its restoration in lakes.

水动力条件是决定水生植物物种分布和生物量的一个关键环境因子，并随着全球气候变化和人类频繁活动发生显著地改变。水动力主要通过机械胁迫影响水生植物，而生物力学特征是水生植物抵抗机械胁迫的关键指标。然而湖泊水体中沉水植物的生物力学研究非常少，湖泊水动力胁迫下沉水植物的生物力学适合度的研究则更为缺乏。本项目的目的是通过比较湖沼学、生物力学测定技术和动态监测的手段，研究分布在不同水动力条件湖泊和水域沉水植物的生长、形态特征、生物力学性能、碳代谢和种群动态的月份变化，分析生物力学性能和形态特征对生存繁殖的贡献率，探讨沉水植物如何调整其生物力学性能和形态以确保胁迫环境下关键时期（越冬、越夏、幼苗期）有足够的碳储备资源从而达到种群的维持和扩张。本项目首次分析湖泊水动力胁迫下沉水植物的生物力学适合度及其与分布和种群动态的关系，以期阐明湖泊沉水植物发生种群快速衰退的生物力学原因，并为种群恢复提供理论基础。

水动力条件是决定水生植物物种分布和生物量的一个关键环境因子，并随着全球气候变化和人类频繁活动发生显著地改变。水动力主要通过机械胁迫影响水生植物，而生物力学特征是水生植物抵抗机械胁迫的关键指标。然而湖泊水体中沉水植物的生物力学研究非常少，湖泊水动力胁迫下沉水植物的生物力学适合能力的研究则更为缺乏。. 本项目从沉水植被在不同水动力湖泊或水域中的生物力学性能与种群动态变化入手，采用比较湖沼学、生物力学测定技术和动态监测的手段，定期监测了分布在不同水动力条件湖泊和水域沉水植物的生长、形态特征、生物力学性能、碳代谢和种群动态变化，分析生物力学性能和形态特征对生存繁殖的贡献率，探讨沉水植物如何调整其形态、生物力学性能、碳储备资源和繁殖体从而达到种群的维持和扩张。结果表明，（1）不同水文期造成的水陆生境改变会改变沉水植物的生态型并增加其碳氮物质积累，如：丰水期完全淹水、枯水期半淹水或低枯水期湿生型；平水期过渡到枯水期，竹叶眼子菜地上各组织的可溶性总糖、游离氨基酸、淀粉和非结构性碳水化合物呈增加趋势；（2）不同水文期的生态型转换也影响沉水植物的生物力学性能，如：以菹草、狐尾藻和轮叶黑藻为例，完全淹水态具有加大的拉伸性能，而半淹水型具有较大的抗弯性能；（3）沉水植物对水动力的适应能力具有种间差异，如：鄱阳湖中狐尾藻的生物力学性能比菹草和轮叶黑藻的大；洱海中篦齿眼子菜、金鱼藻和狐尾藻的耐受能力较强，光叶眼子菜的耐受能力最弱，而微齿眼子菜的耐水动力能力受原位营养水平影响最大；（4）沉水植物对水动力的适应性具有一定限制，在目前调查范围内，大多数沉水植物适合在中水动力湖区生长、生存，具有稳定的种群；（5）沉水植物通常通过增强其生物力学性能适应强水动力胁迫，而通过形态调整适应中水动力胁迫，且受水域营养水平影响。基于以上研究，拟提出在不同水动力湖泊或水域开展植被修复和重建工程的合适沉水植物物种。