近日，云南大学污染与恢复生态学团队博士研究生吴启航在水生植物保护与修复方面的研究取得新进展。该研究通过野外深入调查和分析，揭示出具有高磷元素内稳态（phosphorus homeostasis; HP）的沉水植物表现出更强的形态可塑性，能够更好地适应水深增加带来的环境变化，凸显了高HP沉水植物对于沉水植物群落深水分布能力的重要意义。成果发表在环境学期刊Water Research（Nature index期刊，2023影响因子：11.4）上。

湖泊稳态转换理论表明，浅水湖泊中沉水植物的退化与沉水植物群落化学计量学内稳态的降低，特别是与磷元素内稳态（phosphorus homeostasis; HP）的降低密切相关。并且，沉水植物的退化伴随着其分布深度的减少，暗示沉水植物的深水适应性（deepwater adaptability; DA）与其HP值之间可能存在正相关关系。在本研究中，我们调查了洱海不同水深处沉水植物的分布格局，以验证这一假设。结果显示，沉水植物的DA与HP值呈显著正相关。异速生长分析表明，沉水植物的形态可塑性与其HP值密切相关，具有较高HP值的物种，如微齿眼子菜（Potamogeton maackianus），同时也具有较好的可塑性策略，特别是“真实可塑性”，使其能够应对深水区的环境胁迫。相反，HP值较低的物种，如金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和黑藻（Hydrilla verticillata），对水深增加的适应能力明显弱于高HP物种。此外，高HP物种在植物性状-环境网络中表现出更紧密的连接度，表明其形态可塑性调整能够更有效地适应因水深增加引起的环境变化。这些结果证实了沉水植物的DA与HP之间的正相关关系，并从植物形态策略揭示了其背后的机制。

图1 洱海六种典型沉水植物的深水适应性（deepwater adaptability; DA）与磷元素内稳态（phosphorus homeostasis; HP）之间的相关性（A）。以及不同水深下沉水植物群落HP值的整体变化，不同字母表示在0.05显著性水平下通过广义线性模型确定的显著差异（B）。此外，该图还显示了六种典型沉水植物在不同水深和季节下的生物量占比（C）。

图2 不同水深下，微齿眼子菜、金鱼藻和黑藻的地上形态与地上生物量之间的异速生长关系。蓝色、黄色和红色分别代表1米、3米和5米的水深，斜率1、斜率2和斜率3分别表示这些深度下的标准化主轴分析（Standardized Major Axis; SMA）斜率。斜率值旁边的不同字母表示不同水深之间存在显著差异（P < 0.05）。共同斜率（Common Slope）表示不同水深之间无显著差异（P ≥ 0.05），但截距存在显著差异（P < 0.05）。斜率的显著差异代表“真实可塑性”，共同斜率代表“表观可塑性”，前者对于植物适应水深变化的重要性大于后者。

图3 通过结构方程模型中总效应的计算展示了沉水植物磷元素内稳态（phosphorus homeostasis; HP）、植物性状和深水适应性（deepwater adaptability; DA）之间的关系。红色箭头表示正效应，蓝色箭头表示负效应，箭头的粗细反映了效应的大小。缩写：Height = 植株高度，LW = 叶重，SW = 茎重，L:S = 叶生物量与茎生物量的比值，SLA = 比叶面积。

结论：本研究以形态可塑性为枢纽，首次揭示了浅水湖泊中沉水植物深水适应性与其磷元素内稳态（phosphorus homeostasis; HP）之间的正相关关系。高HP物种在深水环境中表现出更优越的形态适应策略，从而增强了其在该环境中的生存能力。该研究表明，将具有高HP值和高深水适应性的物种作为深水区沉水植物恢复的先锋物种，是有效扩大沉水植物群落在湖泊中的分布深度和分布面积的潜在方式。同时，结合本课题组之前的研究（Jin et al., 2024; Water Research; https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121575），富营养化会导致沉水植物群落中高HP沉水植物的占比下降。因此，富营养化导致的湖泊“藻”-“草”稳态转变过程可能是由于深水适应性物种（即高HP物种）的退化、沉水植物分布面积减少而驱动，丰富了湖泊稳态转换理论的内涵。

博士研究生吴启航为第一作者，潘瑛副教授为通讯作者，云南大学生态与环境学院暨云南省高原山地生态与退化环境修复重点实验室、云南省高原湖泊生态修复及流域管理国际联合研究中心为主要通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122468

来源：生态与环境学院

编辑：李哲 责任编辑：陈涛