富营养条件下滨海湿地植物养分保存机制的适应性研究

Coastal nitrogen and phosphorus loads have increased remarkably over the past several decades as a result of accelerated urbanization. Nutrient enrichment represents one of the greatest threats to the ecological function of coastal wetlands. Coastal wetlands act as natural filters of nonpoint source pollutants and are the central of regulating nutrient cycling of a watershed. Coastal plants have adapted to nutrient-limited environments through nutrient conservation strategies, which cause retention of nitrogen and phosphorus in wetland ecosystem by enhancing plant internal nutrient cycling and slowing down the decomposition of litters. These processes are also contributed to water quality improvement. But very little is known about what will be of these strategies in the facing of nutrient enrichment. This project will study on the plasticity of plant nutrient conservation strategies which will build a new understanding of how slow-growing plant response to nutrient enrichment. To assess plant response plasticity, a trait-based framework will be applied with emphasis on plant economic spectrum and the relative distance plasticity index. Plant trait plasticity will be incorporated into community structure to predict how coastal ecosystem reacts to future environmental changes. The expected results will inform biodiversity conservation for coastal wetlands and provide theoretical bases for coastal and estuarine ecosystem management.

生态系统如何应对快速的环境变化是当今生态学研究的焦点。我国城镇化集中发展的滨海河口地区，富营养化日趋严重。滨海湿地植物在贫瘠环境下形成的养分保存机制，不仅提高了植物对养分的利用效率，同时也加强了湿地对氮磷的富集，在植物与环境的交流中起非常关键的作用。然而，关于养分保存机制的研究非常有限，且到目前为止仍侧重于对贫瘠环境的适应性研究，而关于养分保存机制对富营养的适应性研究鲜见报道。对响应过程的分析和预测一直是适应性研究的难题。功能生态学的发展为植物适应性研究提供了有效的量化分析手段。本项目拟以红树植物为代表，运用功能生态学量化分析方法，结合相对距离可塑性指数与植物功能型谱分析，确定从个体到群落尺度植物养分保存机制的响应可塑性和适应性，探明富营养下影响养分保存机制可塑性的主要因素和关键驱动因子。预期研究结果将有助于深入理解滨海湿地植物养分利用模式与环境的互作关系，为湿地保护和合理利用提供理论依据。

红树植物具有特殊的养分保守机制，以适应贫瘠的潮间带环境。但目前的滨海及近海富营养化日趋严重，红树植物的保守机制将如何适应改变了的环境条件，尚不清楚。本项目基于植物功能性状的研究方法，定量分析了红树植物保守机制在富营养条件下的响应，为环境变化条件下红树林的保护和管理提供理论依据。. 首先对我国常见红树植物叶片的性状进行了初步调查；以秋茄和桐花树为例，研究了红树植物保守机制对富营养化在不同时间尺度上的响应；通过模拟实验，探讨了红树植物保守机制对不同强度富营养化的响应，并通过与外来红树植物拉官木的比较，分析了不同功能型红树植物在富营养条件下响应策略的差异。研究发现，在贫瘠条件下，无论是慢速生长型的本土红树植物还是速生型的外来红树植物，叶片均具有较高的重吸收效率。本土红树植物在短期富营养化处理下，其保守机制并未发生明显改变，在长期富营养条件下，叶片的重吸收率与养分的可供性呈正相关，表明植物仍处于养分亏缺状态；一旦富营养化程度增加到一定水平，叶片的重吸收率和其他性状维持在一定水平上。随着富营养化程度的增强，本土红树植物的响应策略保持不变，仍然表现为保守型，但外来红树植物由保守型转为竞争型。可见， 外来红树植物可能在植被恢复的早期促使生态系统的快速建成，但是否有利于维持生态系统功能的稳定，还有待进一步研究。. 本项目的研究结果，不仅在理论上揭示了红树植物对富营养化的响应机制，还为滨海湿地的保护和重建提供了新的思路和依据。