小叶章湿地植物功能性状对管理模式的响应及优势种群形成机制

Environmental changes have profound influences on species turnover, population dynamics and community succession of wetland vegetation. Plant functional trait is an effective tool for evaluating the evolution of wetland ecosystem functions by the species adaptation strategy linking with population stabilization, community assembly and ecological process. Combined effects of human activities and climate change resulted in the serious degradation of wetlands in Songnen Plain, threatening the habitats of birds and the regional ecological security. Meanwhile, the effects of multiple management patterns on vegetation community structure and functional characteristics need to be fully evaluated. The theories of plant ecology and functional ecology will be employed, and relationships between plant functional traits and environment will be acted as the main core in this project. The response of plant community composition and functional strategy of Calamagrostis angustifolia wetlands in Momoge to management patterns will be studied to find out the inner causes of the changes in communities. The competition-free and competition environments along the moisture gradient will be constructed to analyze and assess the contributions of environmental filtering and limiting similarity in the coexistence of dominant species. In addition, the effect of plant functional traits on the stability of dominant population will be revealed through the strategy of resource acquisition by nutrient supply. In this project, plant functional traits linking with ecological process within the different ecological scales will be employed to analyze the environmental and biological effects on the dominant species turnover and community assembly. Finally, the formation mechanism of dominant population will be further explored according to the studies mentioned above. This project will provide a scientific basis and guidelines for protection and management of C. angustifolia wetlands in the Songnen Plain.

环境变化对湿地植被物种更新、种群动态和群落演替有重要影响。植物功能性状将物种适应策略与种群建立、群落构建和生态过程有机结合起来，成为评价湿地生态系统功能演变的有效手段。人类活动和气候变化导致松嫩平原湿地退化加剧，威胁着鸟类栖息环境乃至区域生态安全。该区实施多元管理模式对湿地植被的影响亟待全面评估。本研究以植被生态学和功能生态学的基本理论为指导，以植物功能性状-环境梯度关系为主线，研究莫莫格小叶章湿地植被群落组成与功能特征对管理模式的响应，分析植被群落变化的内在原因；在水分梯度下构建非竞争和竞争环境，利用功能性状分析环境过滤和相似性限制对优势种共存关系的贡献；通过养分添加促使植物实现资源获取策略，建立功能性状与优势种群稳定性的关系。本研究通过功能性状将不同尺度的生态过程链接起来，分析环境和生物因素在优势种更替和群落构建中的作用，探讨优势种群的形成机制，为小叶章湿地保护和管理提供科学依据。

松嫩平原小叶章湿地植被在长期管理实践下发生显著改变，而植物群落对环境变化的响应及优势种群形成机制尚不清楚。本项目以莫莫格地区天然、刈割、轻牧+刈割、中度放牧以及重度放牧湿地为研究区，开展了对植被调查和功能性状对环境变化的响应研究。结果表明，天然湿地以小叶章为优势种，随着刈割和放牧等不同管理模式的介入优势度逐渐降低，薹草和水蒿逐渐成为优势种。天然湿地株高、密度和生物量显著高于其他湿地，而物种多样性显著低于其他湿地。不同管理模式下湿地植物群落相似性与天然湿地相似性在17.70%-45.05%之间。植物多样性指数与禾本科功能群生物量呈显著负相关，与杂类草功能群生物量呈显著正相关，表明植物功能策略对优势种群的形成具有重要驱动作用。湿地土壤含水量、容重和有机碳分别解释了植物群落变化的59.3%、15.6%和2.9%，而植物叶、茎和根中氮含量占62.8%，叶和根磷占12.2%。方差分解分析表明，土壤性质、植物养分含量及其相互作用分别解释了植物群落变化的19.1%、11.8%和59.4%。因此，不同管理模式下的湿地植被演替与维持受到土壤性质和植物养分获取性状的共同驱动，其中土壤水分条件和植物氮素获取策略尤为重要。不同管理模式下湿地植物功能性状对外源养分添加产生适应性变化，并筛选出面积、株高、叶长和叶宽等性状和性状组合有效地解释了群落特征和物种多样性的变化，参与了优势植物群落的形成过程。此外，研究成果进一步揭示了退耕还湿管理模式下湿地植被演替特征及其驱动机制，探明了土壤环境变化特征及其对先锋植物种群建立的影响，明确了禁牧背景下草甸植物多样性和生产力之间的权衡关系，揭示了淡水沼泽湿地土壤有机碳和氮的恢复机制。基于以上理论研究成果，研发了河漫滩湿地退化薹草-小叶章植被的定向恢复技术。本项目资助成果丰富了我们对人类活动导致的环境变化背景下湿地植被演替与优势植物群落形成机制的认识，为评估退化湿地生态功能现状和退化程度提供了重要理论和技术支撑。