亚热带生态所在东湖湿地植物芽库钻探中获得进展

近几十年来,由于高强度大范围人为活动扰乱了江湖关系,导致洞庭湖水文情势巨变,这将使洞庭湖适宜越冬栖息地锐减,最终威胁到越冬优势类群食草雁类的种群分布格局。洞庭湖雁类种群数量及生境变化的关系是三峡影响下洞庭湖湿地生物多样性保护、退化湿地生态修复与重建的关键问题之一,备受国内外关注。

洞庭湖湿地是长江重要生态功能区和全球生物多样性保护地,鸟类生物多样性保育对维系洞庭湖湿地生物多样性起着至关重要的作用。食草雁类是洞庭湖湿地最为典型的越冬优势类群,对鸟类生物多样性维持至关重要,是评价洞庭湖湿地生态安全的重要“指示器”。近十多年来,洞庭湖水文情势巨变,毋庸置疑,将导致洞庭湖越冬栖息地质量随之发生变化,最终威胁到越冬食草雁类的时空分布格局。

在以多年生草本占优势的湿地生态系统,大多数克隆植物能产生种子,但克隆种群的更新和持续主要依靠芽库。在幼年种群中,由于竞争较弱,种子苗可能对种群更新的贡献较大,相反,分蘖苗可能对成熟种群更新的贡献较大,但当前缺乏量化研究。在一个繁殖期内,植物分配到有性繁殖和无性繁殖之间的资源可能存在权衡,但前人得出的结论不同,并且很少在野外得到实证。分布在低程区的物种,受到洪水干扰的频率高,可能需要较大的芽库种群以在干扰后更新地上种群,相反,高程区的物种芽库可能较小。受到洪水等干扰后,湿地植物能否通过芽的萌发有效地更新地上种群?

基于此,中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖越冬的优势物种-三种食草雁类为研究对象,通过遥感、地理信息系统和野外调查,分析三种食草雁类种群数量变化及其生境变化的关系,发现退水时间(苔草完全裸露至三种雁类基本完全到达洞庭湖的时间间隔)和苔草生长状况是三种食草雁类种群变化的关键因子,三种食草雁类种群数量变化与退水时间呈显著负相关,而与苔草生长状况呈显著正相关。与豆雁相比,小白额雁和白额雁种群数量变化对生境变化的反应更加敏感。研究结果可为人为干扰下的长江中游雁类保护和湿地保护与管理提供理论依据。

基于此,中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖三种典型食草雁类(小白额雁、豆雁、白额雁)为研究对象,通过遥感、地理信息系统和野外调查,分析2008-2016越冬期三种食草雁类种群时空分布格局变化及其与生境变化的关系。研究发现,全球易危物种
小白额雁的时空分布变化最明显,且与退水时间和越冬初期水位变化呈显著负相关;豆雁的时空分布则相对稳定,对生境变化可能更倾向于采用忍耐策略。与前二者不同,白额雁的数量和分布在研究期内发生了一次剧烈的转变,主要分布区由大小西湖转变为春风湖。物种的特征可对雁类之间的差异作出解释。此外,食物可获得性
与水文条件的变化呈显著相关,因此,水文条件变化改变了洲滩植被生长状况,影响了以洲滩植被为主要栖息地和食物来源的食草雁类种群时空分布格局。因此,合适的退水时间和越冬初期水位对食草雁类(尤其是濒危物种小白额雁)来说至关重要。相关论文发表在Science
of the Total Environment
上。

基于此,中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖优势湿地植物为研究对象,在国家自然科学基金和院领域前沿项目的资助下,通过野外调查、连续标记和控制实验等手段,取得了以下阶段性进展:

相关研究成果发表在Regional Environmental
Change
上。该研究得到了国家自然科学基金和重点实验室开放基金等的支持。

该研究得到了国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金、湖南省基金和重点实验室开放基金等的支持。

1)在洪水前的第一个生长季,短尖苔草的幼年种群中有13%的地上茎秆来源于种子,而在成熟种群中100%的地上茎秆来源于芽库。在洪水前的第二个生长季,幼年种群和成熟种群均没有种子苗产生。结果表明短尖苔草的种子苗更新仅发生在幼年种群中,成熟种群的遗传多样性通过种子苗在幼年阶段建立,并通过无性繁殖进行维持。研究结果发表在Scientific
Reports
(Deng et al. 2015, 5: e8646. DOI:10.1038/srep08646)。

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2)
短尖苔草分配到有性繁殖的生物量和繁殖株的密度在低程区比在中、高程区高。相反,分配到根茎芽的生物量和根茎芽的密度在低程区比在中、高程区低。冗余分析显示有性繁殖与土壤含水量、土壤有机质含量、总磷和pH呈正相关,而与高程和分蘖密度呈负相关。结果暗示有肥沃土壤的干扰生境有利于有性繁殖,而稳定和竞争生境有利于无性繁殖。短尖苔草沿高程梯度在有性繁殖和无性繁殖之间的权衡可能是适应湿地生境水位波动的一种繁殖策略。相关结果发表在Scientific
Reports
(Chen et al. 2015, 5: e 12688 DOI: 10.1038/srep12688)。

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