東北地理所在全球變化背景下水生植物與生態系統功能研究方面取得重要進展
由中國科學院濕地生態與環境重點實驗室潘應驥研究員、芬蘭奧盧大學Jorge García-Girón博士、加拿大麥吉爾大學Lars L.Iversen助理教授共同完成的論文“Global change and plant-ecosystem functioning in freshwaters”，發表在Cell旗下的國際頂級學術期刊Trends in Plant Science上，中國科學院東北地理與農業生態研究所為論文第一單位。
該研究成果揭示了全球變化背景下水生植物與生態系統功能之間關聯對于未來水生系統的生物多樣性保護、生物地理學格局及生態系統服務等研究的重要意義。淡水生態系統在全球范圍內為維持生物多樣性并提供諸多生態系統服務功能扮演著十分重要的角色。水生植物是淡水生態系統中的關鍵組成部分，影響著水體營養物質去除、固碳及食物供給等諸多生態系統功能。理解水生植物與生態系統之間的功能聯結是如何受到全球變化的影響，決定了我們對于未來水生系統結構和功能的預測能力。該研究從功能性狀（Functional traits）的角度綜述了全球水生植物從個體乃至群落對當今和未來淡水生態系統環境變化的響應、適應及反饋機制，以兩種眼子菜屬植物為例預測了全球變化影響下的物種分布格局動態，并總結了未來水生植物生物多樣性和基礎生態服務功能研究中的跨學科知識要點。
研究結果表明：
（1）為適應不同水生生境特有的水淹、光照、養分、水體流速等環境因子，不同生長型水生植物的功能性狀表達存在差異（圖1A）；不同水生植物生長型所特有的生長和適應策略呈現出不同的功能性狀組合（圖1B和圖1C）。
圖1. 水淹梯度上植物的生長型與功能性狀表達的變異（
2022 Elsevier Ltd.）
（2）水生植物的功能性狀可以用來指示其所在生態系統特征。以Ellenberg指數為例，不同水生植物功能性狀對其生境的大陸性、光照、濕潤度、營養、pH值、鹽度、溫度等指標具有相應的指示作用（圖2A），并展示出與其他陸生植物不同的格局和趨勢（圖2B）。
圖2. 水生植物功能性狀表達對其所處環境的指示作用（2022 Elsevier Ltd.）
（3）通過對兩種常見眼子菜屬植物的生態位模擬研究發現，未來氣候變化所導致的溫度和水體碳酸氫根濃度變化，對菹草和蓼葉眼子菜的環境適合度及其分布格局具有非對稱影響，這充分表明全球變化對于水生植物乃至水生生態系統影響的復雜性。
圖3. 未來氣候和地質條件的相互作用共同決定水生植物的分布格局（2022 Elsevier Ltd.）
綜上所述，植物功能生態學的研究方法在理解和預測生態系統功能對全球環境變化的響應中所發揮出的巨大優勢，為大尺度乃至全球淡水生態系統功能變化的評估及生態服務供給的估算提供了很好的基礎。將植物功能生態學運用于水生系統研究中，聚焦水生生態系統獨特的環境和水生植物特有的功能性狀，并關注植物的功能與環境之間的互作關系將是未來水生生態學領域研究的重點。
該國際合作研究成果得到了中國科學院人才項目等基金的支持。
論文信息：Pan, Yingji*, García-Girón, J., Iversen, L.L*. (2023), Global change and plant-ecosystem functioning in freshwaters. Trends in Plant Science.
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