湿地植物通气性状与机械性状的水淹响应和进化权衡

Wetland ecosystems are encountering the threats of flooding caused by global climate change. For wetland plants, both aeration and mechanical traits are important response and effect traits, which determine the species’ survival under flooding, and influence the ecosystem functioning of wetlands. However, it remains unclear whether there are tradeoffs between aeration and mechanical traits for wetland plants during responses to flooding. Here, we aim to investigate the flooding responses of and evolutionary tradeoffs between aeration and mechanical traits in wetland plants. Based on a greenhouse experiment and field investigation, we plan to measure aeration traits (porosity and percentage of the total cross-sectional area) and mechanical traits (tensile strength, tensile strain, compressive strength, bending strength and modulus of elasticity) of leaves, stems and roots in wetland plants of different growth forms (emergent, free-floating, floating-leaved and submergent). Specifically, we aim to answer the following three questions: (1) How do aeration traits of wetland plants of different growth forms response to flooding? (2) How do mechanical traits of wetland plants of different growth forms response to flooding? (3) Whether are there tradeoffs between aeration and mechanical traits for wetland plants of different growth forms? The results of this study could advance our knowledge about the impacts of water-table level on the structure and function of wetland vegetation, and may provide some technical supporting for plant selection in wetland restoration.

湿地生态系统正面临着全球气候变化导致的水淹条件变化的威胁。通气性状和机械性状是湿地植物重要的响应与效应性状，决定着湿地植物在水淹中的生存，影响着湿地生态系统功能。然而，对水淹的响应中，湿地植物通气性状与机械性状之间是否存在权衡尚不清楚。本项目拟通过水位梯度样带野外调查和水位控制室内实验的方法，测定不同生长型湿地植物（挺水、漂浮、浮叶和沉水植物）根、茎和叶通气性状（孔隙度和通气组织面积比）和机械性状（拉伸强度、拉伸应变、抗压强度、弯曲刚度和弹性模量），分析湿地植物通气性状与机械性状的水淹响应和进化权衡，以回答以下三个科学问题：（1）不同生长型湿地植物通气性状对水淹的响应如何？（2）不同生长型湿地植物机械性状对水淹的响应如何？（3）湿地植物通气性状与机械性状之间是否存在进化权衡关系？研究结果将有助于认识水位变化对湿地植被结构和功能的影响，并有望为湿地恢复中植物的选择提供一定的理论参考。

通气性状和机械性状是湿地植物重要的响应与效应性状，决定着湿地植物在水淹中的生存，影响着湿地生态系统功能。在不同水位下，厌氧环境和水下压力发生变化，湿地植物通气组织和机械强度都可能产生相应的变化。然而，沿不同水位变化中，湿地植物在通气性状与机械性状之间是否存在权衡尚不清楚。本项目通过水位梯度样带野外调查和水位控制室内实验的方法，测定了不同生长型湿地植物通气性状和机械性状，分析了湿地植物通气性状与机械性状的水淹响应和进化权衡关系，研究发现：（1）沉水植物机械性状随水位变化没有明显变化规律，挺水植物机械强度呈随水位增加而减少的趋势；（2）不同生长型湿地植物通气性状对水淹的响应变化不明显，主要因为不同生长型和不同物种湿地植物通气性状间存在较大差异；（3）无论在物种间还是在物种内，湿地植物通气性状与机械性状之间未发现显著关系，暗示着湿地植物在通气与机械强度之间很可能不存在进化权衡关系。研究结果有助于认识水位变化对湿地植被结构和功能的影响，并有望为湿地恢复中植物的选择提供一定的理论参考。