水生植物群落的構(gòu)建與穩(wěn)定是淺水富營養(yǎng)化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵，但其內(nèi)在競爭機制，特別是不同類型（浮葉與沉水）及不同物種沉水植物間的競爭動態(tài)，尚缺乏系統(tǒng)理解。明確光照、營養(yǎng)等關(guān)鍵環(huán)境因子如何與植物功能性狀（生長型）交互作用并決定競爭結(jié)局，對制定科學(xué)的植被恢復(fù)方案至關(guān)重要。

針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李峰研究員團隊近期通過兩項控制實驗，系統(tǒng)揭示了富營養(yǎng)化條件下水生植物的競爭機制。第一項研究聚焦于浮葉植物與不同生長型沉水植物之間的競爭。研究團隊以浮葉植物荇菜和三種典型沉水植物（底棲型苦草、直立型粉綠狐尾藻、冠層型穗花狐尾藻）為材料，在桶式中尺度系統(tǒng)中設(shè)置了3個荇菜密度水平（0、9、18株/m2）與3個營養(yǎng)水平的全因子實驗。第二項研究則深入探討了沉水植物物種之間的競爭動態(tài)，選取生態(tài)策略迥異的苦草和粉綠狐尾藻，構(gòu)建了涵蓋3個營養(yǎng)水平、2個光照水平以及5種不同種植比例的替代系列實驗。

研究取得了系列重要發(fā)現(xiàn)：1）在浮葉-沉水植物系統(tǒng)中，浮葉植物的競爭抑制效應(yīng)具有密度依賴性和物種選擇性。中等與高密度荇菜顯著降低了所有沉水植物的總生物量和葉綠素含量，但對苦草（底棲型）和穗花狐尾藻（冠層型）形態(tài)的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于對粉綠狐尾藻（直立型）。值得注意的是，營養(yǎng)水平升高雖能緩解中等密度浮葉植物帶來的競爭壓力，但同時更增強了粉綠狐尾藻和穗花狐尾藻的競爭優(yōu)勢，預(yù)示著在富營養(yǎng)化進程中，浮葉植物的優(yōu)勢將強化，而沉水植物群落結(jié)構(gòu)將向少數(shù)耐受物種（如直立型）演變；2）在沉水植物物種間競爭中，營養(yǎng)與光照的交互作用是決定競爭勝負(fù)的關(guān)鍵。粉綠狐尾藻在高光、高營養(yǎng)條件下憑借快速生物量積累占據(jù)絕對優(yōu)勢；而苦草則采取保守策略，在低光、低營養(yǎng)環(huán)境下更能維持生存。其形態(tài)可塑性迥異：苦草通過“伸長避蔭”應(yīng)對遮蔭，根系穩(wěn)定；粉綠狐尾藻則始終保持較高株高，且根系對光、營養(yǎng)變化響應(yīng)更靈活。競爭指數(shù)分析證實，兩者競爭優(yōu)勢隨環(huán)境梯度發(fā)生動態(tài)轉(zhuǎn)換。這兩項研究共同表明，水生植物的競爭結(jié)局并非固定，而是由環(huán)境因子（營養(yǎng)、光照、浮葉植物蓋度）與植物自身功能性狀（生長型、資源分配策略、形態(tài)可塑性）共同塑造的。該系列研究為富營養(yǎng)化湖泊的植被精準(zhǔn)恢復(fù)與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

上述結(jié)果以Competitive Outcomes Between Floating-Leaved and Submerged Plants Under Eutrophication Depend on Growth Form和Nutrient and Light Interactions Shape Competitive Dynamics Between Two Co-Occurring Submerged Macrophytes為題近期均分別發(fā)表在Freshwater Biology上，研究得到國家自然科學(xué)聯(lián)合基金和湖南省重點研發(fā)計劃項目等資助。

論文鏈接：1?2

不同處理下植物養(yǎng)分含量和相對競爭指數(shù)變化