外源氮磷输入对鄱阳湖洲滩湿地植物群落物种多样性的影响及其机制

Species diversity plays an important role in maintaining ecosystem structure and function. In recent decades, there is an increasing trend of inputs of nitrogen (N) and phosphorous (P) from Poyang lake watershed to the lake. In terrestrial ecosystems, N and P inputs usually decrease species diversity. As a kind of aquatic-terrestrial ecotone, shoreline meadow of Poyang lake is strongly affected by flooding disturbance, capture N and P into plant biomass and might respond to the N and P inputs. However, it’s still unclear how N and P inputs affect the species diversity of shoreline meadow, and how flooding duration mediates the effects of N and P inputs on species diversity. Therefore, in this project, we focus on the Carex meadow, the largest meadow type in the Poyang lake shoreline, and plan to carry out a 3-year filed study in the estuaries of the five main river with different amount of N and P inputs. The study includes: 1) how do the differences in soil N and P among different estuaries affect species diversity; 2) how do the interactions between N and P inputs and the inter-annual variations in flooding duration affect species diversity; 3) combined the analyses from both community and species level, we test the mechanisms of N and P inputs and flooding duration affecting species diversity. This project could promote the prediction of the effects of exogenous N and P inputs on shoreline meadow under different water level scenarios, and provide the scientific basis to control N and P discharges at the watershed scale and scientifically manage watershed.

物种多样性对于维持生态系统的结构与功能非常重要。近三十年，由鄱阳湖流域输入到湖体的氮磷不断增加。已有研究表明，氮磷输入会降低陆生植物群落的物种多样性。鄱阳湖洲滩植物群落处于陆地-水生生态系统的生态过渡带，受到水位涨落的强烈影响，可能会对氮磷输入起到截留作用并产生响应。然而，关于外源氮磷输入对洲滩植物群落物种多样性的影响及机制，尚不清楚。本项目拟以鄱阳湖洲滩广泛分布的苔草群落为研究对象，选择五条氮磷输入量差异显著的入湖河流，在不同的河口—湖间洲滩苔草群落开展实地调查，研究：1）不同洲滩的氮磷输入量差异对物种多样性的影响；2）水淹天数的年际波动与氮磷输入的交互作用对物种多样性的影响；3）结合群落水平和物种水平的分析，阐明氮磷输入和水淹天数影响物种多样性的机制。本项目有助于阐明不同水位情形下鄱阳湖流域的氮磷输入对洲滩湿地植被的影响，将为在流域尺度上控制氮磷输入、进而对流域的科学管理提供科学依据。

近一百年来，人类活动显著增加了自然生态系统中生物可利用氮磷的总量，氮磷增加成为导致生物多样性丧失和生态系统功能退化的主要原因之一。然而，关于氮磷增加如何影响湿地生态系统，仍然具有很大的不确定性，尤其是影响机制仍不清楚。因此，本研究选取鄱阳湖洲滩湿地作为研究对象，基于不同氮磷输入速率的入湖河口洲滩湿地的野外调查、野外氮磷添加控制实验、室内盆栽实验，取得了以下结果：.（1）在2018年，鄱阳湖6个主要河口的沉积速率范围为197-25589 g m-2 yr-1，平均值为5723 g m-2 yr-1；全氮的平均输入速率为27.23 g m-2 yr-1，全磷的平均输入速率为7.93 g m-2 yr-1。.（2）在不同河口的洲滩湿地植物群落之间，土壤氮磷含量对植物群落的影响主要是群落优势种组成，并且土壤氮含量的影响大于土壤磷含量的影响。地下生物量对物种优势度的影响大于地上生物量的影响，表明地下竞争对物种优势度的重要性高于地上竞争。.（3）野外磷添加实验处理显著地降低了苔草群落和针蔺群落的物种数（取样面积25m2）。群落类型显著地影响了群落生物量、物种数、优势种组成以及它们对氮磷添加的响应，水淹时间较长的植物群落对氮磷添加具有较大的响应。.（4）氮磷添加的盆栽实验处理显著改变种间竞争格局，缓解地下竞争能力弱的虉草的负竞争响应，并且会增加地下竞争能力强的物种的正竞争响应。.（5）水文格局和土壤氮磷有效性对湿地植物群落的影响存在显著的交互作用，水文格局通过影响湿地植物群落对氮磷的需求和竞争，从而影响湿地植物群落组成对土壤氮磷有效性的响应。. 本研究揭示了氮磷元素在流域内的流动规律、生态影响及机制，有助于加强人类-自然耦合关系的认识、制定更有效的环境管理政策、提升生态系统管理水平。