典型水动力特征对洱海沉水植物生长及分布的调控机理研究

The rate and evenness of water exchange are the two most important aspects of hydrodynamic characteristics. Slow or uneven water exchange condition is likely to decrease the contents of O2 and CO2 and alter the contents of water nutrients (e.g. N and P), and fast water exchange usually leads to an increase in the water turbidity and magnifies the negative effect of hydrodynamic force on the colonization of submerged macrophytes. The effects of water exchange condition on characteristics of submerged macrophytes cannot be derived from the effects of several single abiotic factors, and possibly because of this complicatedness, the water exchange effect has scarcely been investigated. In this program, we attempt to explore the regulating mechanisms of water exchange rate and evenness on the growth and distribution of submerged macrophytes in Erhai Lake. We will firstly examine the relationships between plant tempo-spatial distribution and water exchange condition (the rate and evenness of water exchange with other environmental factors) from the perspective of plant tolerance incorporating both filed investigation and multi-level lab experiments. Secondly, we will explore the interactive effects of abiotic factors (between the rate and evenness of water exchange with other environmental factors) for the growth and distribution of submerged macrophytes. Finally, we will investigate the biological mechanism for the community maintaining using competition experiments exploring the competition between different submerged macrophytes under different water exchange conditions. Our results may provide theoretical bases for the protection and recovery of submerged macrophytes.

水交换速度和均匀度是反映水动力特征最重要的两个方面，过慢或不均匀的水交换会造成水体O2、CO2含量下降、氮磷浓度改变，而过快的水交换则会造成水体浑浊度和水流拖曳力增加，从而影响沉水植物的生态过程。可见，水交换速度和均匀度对沉水植物的影响不能简单归结于单一因素的影响，是多种环境因子共同作用的结果，其作用机制复杂，研究却相对匮乏。本项目拟以洱海沉水植物为研究对象，通过野外调查和多梯度模拟实验，从忍耐力的角度探明水交换速度和均匀度与沉水植物时空分布的关系；通过不同水交换速度或均匀度下的其他环境因子实验，阐明非生物因子互作对沉水植物生长及分布的影响；通过不同水交换速度或均匀度下种间竞争实验，阐明生物因子对沉水植物生长及分布的影响；最后整合各项研究成果，系统阐明不同生物、非生物条件下水交换速度和均匀度对洱海沉水植物生长及分布的调控机理，以期为沉水植物的保护和恢复提供理论依据。

近年来，随着全球气候变化和水利工程的大量修建，湖泊水动力条件发生了显著变化。通过影响湖泊水体和沉积物理化性质，水动力条件的改变可以作用于沉水植物生存、生长与分布。了解沉水植物响应水动力条件的过程有助于揭示湖泊沉水植被退化机制，为未来沉水植物保护和恢复提供借鉴。水交换速度和均匀度是反映水动力特征最重要的两个方面，因此，本项目以洱海为研究对象，系统阐述水交换条件对湖泊沉水植物生长及分布的调控机理。结果表明:. （1）个体试验表明，两种水交换条件改变了水体溶解氧、溶解性二氧化碳等环境条件，影响了典型沉水植物根系缺氧性状、根系营养吸收性状及叶性状，验证了水交换条件在决定沉水个体特征方面的重要性；. （2）分布试验表明，不同沉水植物对水交换条件变化的忍耐力是不一致的，结合野外调查发现这种差异一定程度上决定了它们在洱海沿水交换条件变化梯度分布的模式，尤其是水交换条件恶劣的区域，只有强忍耐力物种才能分布；. （3）竞争试验表明，不同沉水植物之间的竞争模式符合“竞争等级理论”，性状差异越大，竞争越强烈，而水交换条件在调节植物功能性状和竞争关系上发挥了重要的作用，其强的烈变化甚至能够引发植物更替现象，证明了水交换条件对沉水植物种间关系的影响；. （4）多因素交互实验表明，相比水下光强、底质营养等环境条件，水交换条件对沉水植物个体生长和分布的影响同样不能忽略。. 总之，通过本课题，我们证明了水交换条件在调控沉水植物个体生长、分布及植物更替方面发挥的作用。该结果也很好的解释了粉绿狐尾藻这一外来沉水植物成功入侵云南高原湖泊的潜在机制，即强水交换干扰的促进作用，并为未来湖泊沉水植物水文形势管理提供了依据。. 在本项目的支持下，项目主持人以第一作者或者通讯作者发表SCI论文10篇，包括中科院1区论文3篇，2区论文5篇，3区论文2篇，累计影响因子49.17;发表中文核心期刊论文1篇。