沉水植物功能性状与群落构建对环境梯度的响应机制

Lake eutrophication and water level fluctuation are the major factors driving population decline, community succession and biodiversity loss of aquatic macrophytes. The mechanism underlying the responses of dynamic and assembly of submersed macrophytes community to environmental gradients is the key issue of aquatic plant ecology. The effects of environmental factors on plants were distinct in different ecological scales (e.g. individual, population, community). Notably, functional traits may act as an important medium linking the ecological processes of different scales. Based on the functional traits - environmental gradients (i.e., water depth, nutrient) relationships, the present study will examine the responses of functional strategy and diversity of submersed macrophytes community to environmental gradients. This study will construct the regression curves among distribution parameters of functional trait, community structure and abundance of submersed macrophytes, and then analyze the inherent reasons for the changes of submersed macrophytes community structure and abundance with environmental gradients. To reveal the community assembly of submersed macrophytes along environmental gradients, we will test the significant differences between the similarity and dispersion of functional traits produced by null distributions of our trait metrics and those produced by real distributions of our trait metrics. Furthermore, this study will first apply the distribution of functional traits in submersed macrophytes community to link the ecological processes of different scales, clarify the relative importance of habitat filtering and biological interactions in community assembly of submersed macrophytes, and provide a scientific basis for the ecological restoration and reconstruction of submersed macrophytes.

湖泊富营养化和水深变化是水生植被种群衰退、群落演替、及生物多样性锐减的主要驱动因子，沉水植被群落分布动态以及群落构建对环境梯度的响应机制是揭示当前水生植物生态过程的核心问题。环境因子对植物的影响在不同生态尺度（如个体、种群、群落）是有差异的，而功能性状是链接各尺度生态过程的重要媒介。本研究以功能性状的分布-环境梯度（水深、营养）的关系为主线，研究沉水植物群落功能策略及多样性对环境梯度的响应规律；建立功能性状分布参数与沉水植物群落结构和生物量的回归关系，分析沉水植物群落结构与生物量随环境梯度变化的内在原因；通过构建群落内性状分布的零模型，检验由随机过程产生的性状相似和离散性与实际群落中性状分布的显著性差异，探讨沉水植物群落构建机制。本研究首次通过功能性状将沉水植物不同尺度生态过程链接起来，分析环境筛和生物相互作用在沉水植物群落构建中的作用，为沉水植被的生态修复与重建提供科学依据。

通过分层嵌套抽样调查采样方案，对云贵高原11个湖泊（滇池、抚仙湖、星云湖、异龙湖、阳宗海、洱海、剑湖、程海、拉市海、泸沽湖、纳帕海）的沉水植物群落结构进行了样地调查，共1008个25m2样地。测定了27种沉水植物的7个主要功能性状（株高、比叶面积、叶干物质比重、茎直径、茎干物质比重、叶氮含量、叶磷含量）。重点分析了沉水植物群落功能策略及多样性对水深和营养梯度的响应规律，建立了功能性状分布参数（范围、均值、方差、峰度、邻距标准差等）与沉水植物群落结构和生物量的预测模型，并探讨了基于功能性状的沉水植物群落构建机制。.研究结果表明，1)沉水植物功能性状的变异取决于生态尺度和个体发育；2)环境梯度影响沉水植物功能多样性的强度和方向取决于生态尺度以及功能性状的选择；3）湖泊沉水植物群落生产力主要取决于功能多样性而非物种多样性，生态系统功能是由质量比和生态位补偿效应两种机制功能驱动的；4）生境过滤作用（群落内功能性状范围与均值的显著下降）与生态位分化作用（群落内功能性状的分布较零模型预测值更均匀）共同影响着局域水平的沉水植物群落构建过程，但这两种作用的方向与强度取决于环境梯度及功能性状的选择；5）沉水植物功能性状的种内变异是影响其群落结构与动态的重要因素，6）以实际观测的群落内功能性状权重均值为基础的最大熵模型解释了沉水植物群落结构变化的99.8%，而通过与水深梯度拟合的群落内功能性状权重均值为基础的最大熵模型亦解释了水生植物群落结构变化的30%；7）本研究还将这一理论与研究方法成果应用于揭示鄱阳湖湿地植被的群落构建过程。.本研究将首次通过功能性状将沉水植物不同尺度生态过程链接起来，分析环境筛和生物相互作用在沉水植物群落构建中的作用，通过群落内功能性状分布随环境梯度的变化可以很好的预测沉水植物群落结构的变化，为沉水植被的生态修复与重建奠定理论基础。