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海草是地球上唯一一类可以完全生活在海水中的被子植物,广泛分布于全球温带和热带海岸地区,沿海岸线的分布范围长达几千公里[1]。在热带海洋植物系统中,“海草床”是地球生物圈中生产力最高、最具服务功能价值的生态系统之一,但也是受保护程度最低的生态系统之一 [2]。根据调查研究资料,海南省共有海草种类7属11种,分布于海南近岸的文昌、琼海、陵水、三亚和澄迈及南沙群岛和西沙群岛 [3]。植物地上地下资源分配反映了植物生存、生长和繁殖过程的生态系统功能[4],以及植物对环境变化的响应过程[5]。当气候、土壤、采食及干扰等环境因素发生变化,植物为了抵抗外界环境扰动,主动调整自身适应策略[6]。诸多研究表明,对海草生长、繁殖、存活及资源利用有影响的地上地下资源分配格局备受关注[7]。海草通过生物量分配格局的改变来响应生境的异质性,以提高自身的同化效率[8],更好地获取生长、发育和繁殖所需的水分、温度、光照、养分等资源[9-10],海草植物体中化学元素的循环是能量流动和物质循环的重要组成部分,例如碳氮比会影响海草的循环速率导致整个海洋生态系统的生物地球化学循环会受到影响[11-12]。草食作用对海草的影响是不可忽视的[13]。在海草床中食草动物群落的多样性会导致海草草甸结构产生相应变化。这些食草动物主要包括底栖动物(多毛类、寡毛类和腹足类)、浮游动物、植食性鱼类和龟类、虾、螃蟹以及小型肉食性鱼类、海胆、海龟和水禽等,它们多数情况下以生长在海草叶子上的附生藻类为食,但也会以海草叶子为食[14]。研究表明,草食动物的采食通常会使海草形态和结构发生变化[15],不同草食动物对海草的采食方式以及采食强度的差异性,使海草床生产力对草食作用表现出提高或降低的不同响应[16]。部分植食性鱼类可通过取食叶片对海草造成极大损害[17-18],例如损伤海草的光合组织,降低地上生物量等[19],另外,草食作用会改变海草的有机物、营养元素的分配,从而影响海草的生长状况,但不同海草物种会通过改变不同生存策略对抗草食动物的采食,以保证其正常生长。近年来,国内海草床退化的速度远高于全球海草床衰退的平均速率,海草床的退化对海南岛的近岸海洋生态系统产生了严重的影响。海草对海洋生态系统物质循环的重要性、海草资源分配方式与草食动物之间相互作用机制方面还缺乏深入研究。因此本研究以海南优势海草泰来草(Thalassia hemprichii)作为研究对象,通过设置排除不同类别的海草采食的野外原位控制试验,利用泰来草地上地下资源分配的变化,探究海草在草食压力下的响应对策和机制,旨在为海草的恢复提供新的技术依据和理论指导,提升滨海生态系统固碳潜力。
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2021年6月的MF处理下泰来草的根冠比最高,7月M处理下根冠比最高,8月CK处理下根冠比最高,由表1可知,不同处理对海草根冠比有一定的影响,但泰来草的根冠比在不同处理之间没有显著性差异(P>0.05);根冠比受时间影响较大,随着时间变化,根冠比呈现出显著性增加的趋势,4种处理下的根冠比在8月均显著高于6、7月(P<0.05)。
时间 CK M F MF 6月 2.61±0.76BCa 2.56±0.85Ba 2.39±0.26Ba 2.81±0.60Ba 7月 3.28±0.59Ba 4.22±1.12Ba 2.92±0.52Ba 3.41±0.51Ba 8月 8.68±0.77Aa 7.64±1.49Aa 8.50±0.91Aa 8.41±1.95Aa 注:不同小写字母表示同一时间不同处理间的差异显著性(P<0.05),不同大写字母同一处理不同月份间的差异显著性(P<0.05),下同。 -
泰来草的地上部分生物量(AGB)、地下部分生物量(BGB)表现出随着草食作用的变化而变化, AGB随着排除物种的增加而表现出增加的趋势,在6、7、8月中,排除两类消费者的MF处理的AGB为(96.71±16.20)、(92.75±29.25)、(38.99±7.44) g·m−2,均大于CK处理(95.24±13.57)、(58.86±6.94)、(28.84±4.90) g·m−2。6月的F处理与其他月份之间存在显著性差异,其他处理随时间变化不明显,且处理之间无显著性差异。但AGB在4种处理下随着时间变化呈现出整体下降的趋势。不同处理和时间对BGB的影响变化不显著(图2)。
从分配比例(表2)可知,6月的AGB分配比例MF>F>M>CK处理;随着时间的变化,AGB分配比例在7月整体较6月呈现下降趋势,F>MF>M>CK处理;8月所有的处理下AGB分配比例相较6、7月最低,M>CK>MF>F处理,同时,CK、M处理较F、MF处理草食作用更严重,AGB分配比例更低。
时间 处理 地上鲜质量 地下鲜质量 地上干质量 地下干质量 6月 CK 517.65±61.19Aa 1543.70±223.74Aa 95.24±13.57Aa 278.68±52.30Aa M 608.87±171.97Aa 1386.69±206.05Aa 97.32±24.10Aa 226.63±46.14Aa F 655.69±67.15Aa 1659.07±200.13ABa 154.17±20.12Aa 337.03±60.15Aa MF 572.04±104.85Aa 1668.82±342.18Aa 96.71±16.20Aa 248.75±64.40Aa 7月 CK 356.80±44.98Ba 1555.18±333.69Aa 58.86±6.94Ba 273.72±68.36Aa M 548.68±167.79Aa 1470.90±280.44Aa 78.49±23.79Aa 264.28±69.56Aa F 465.69±50.70Ba 1050.65±252.68Ba 61.62±5.71Ba 162.45±42.71Aa MF 777.02±296.91Aa 1474.76±400.69Aa 92.75±29.25Aa 306.98±139.33Aa 8月 CK 165.39±37.36Ca 1314.02±279.42Aa 28.84±4.90Ca 210.31±45.80Aa M 242.96±78.79Aab 1606.37±371.91Aa 44.60±10.21Aa 336.76±83.40Aa F 227.90±30.80Cab 1892.52±342.54Aa 31.40±4.19Ba 333.00±98.75Aa MF 333.64±102.58Ab 1772.05±321.62Aa 49.14±11.95Aa 323.73±70.25Aa -
由图3可知,不同月份与不同处理下,泰来草的地上的有机碳含量均大于地下;随着时间的变化,泰来草地上有机碳含量表现出先降低后升高的趋势,地下有机碳含量表现出持续升高的趋势。除6月外,地上有机碳含量呈随排除消费者种类增多而升高的趋势,即MF处理高于CK处理。地下有机碳含量在处理间变化不显著。
从分配比例可知,泰来草地下有机碳分配比例整体上随时间变化有先升高后下降的趋势,6月,M处理地下有机碳分配比例最高,7月F处理分配比例最高,8月CK处理最高,且均高于同时间的没有草食动物采食的MF处理(图3)。
由图4可知,不同时间与不同处理下,地上TN含量均大于地下TN含量。随着时间变化,地上TN含量整体呈现出先降低后升高的趋势,地下TN含量整体呈现出降低的趋势。6月,M处理,地上TN含量最高,分配比例也最高67%;7月, MF处理的地上TN含量最低;7、8月,地下TN含量在CK、M处理下小于F、MF处理。从分配比例可知,除了6月,其他月份MF处理地下TN分配比例均大于同时间的其他处理,在没有草食作用的前提下,海草更倾向于将营养元素的储存在地下部分。
不同时间和不同处理下,泰来草地上部分与地下部分TP含量相近,分配比例在50%左右,没有显著性差异。6月,除CK处理下,其他处理地下TP含量均高于地上,而7、8月地上TP含量均高于地下;MF处理下,6月地上TP含量显著低于7、8月;从分配比例可知,7、8月地下部分TP分配比例较6月有下降的趋势(图5)。
本研究发现,草食作用会降低泰来草地上C/N,MF处理的地上C/N小于其他3种处理;地上N/P比均小于14,说明研究区域的泰来草容易受氮限制,生长速率高的有机体的N/P较低,除了6月外,其他月份MF处理的地上N/P均低于其他3种处理。
6—8月,除8月MF处理的C/P外,泰来草地上部分C/N、C/P均大于其他3种处理,而地下部分,除6月的C/P外,MF处理下的C/N、C/P均小于CK对照处理(表3)。
时间 处理 地上部分 地下部分 C∶N C∶P N∶P C∶N C∶P N∶P 6月 CK 26.58±3.50Aa 243.89±27.1Aa 9.20±0.19Aa 24.21±7.80Aa 122.09±34.47Aa 5.21±0.37Aa 6月 M 24.72±8.69Aa 212.37±43.43Aa 10.91±3.31Aa 24.67±2.36Aa 126.89±10.44Aa 5.21±0.50Aa 6月 F 27.40±4.28Aa 213.93±31.05Aa 7.86±0.36ABa 21.19±6.70Aa 120.83±47.86Aa 5.49±0.68Aa 6月 MF 28.55±8.60Aa 252.74±32.55Aa 10.58±2.88Aa 22.94±8.63Aa 128.02±52.64Aa 5.32±0.35Aa 7月 CK 21.28±8.22Aa 141.51±52.41Aa 6.67±0.25Ba 32.96±13.80Aa 142.55±59.34Aa 4.31±0.18Ab 7月 M 18.64±1.80Aa 126.04±20.19Aa 6.67±0.47Aa 33.53±9.97Aa 159.84±47.11Aa 4.78±0.05ABab 7月 F 17.20±4.88Aa 111.20±31.97Ba 6.46±0.17Ba 24.78±8.70Aa 132.99±50.23Aa 5.28±0.24Aa 7月 MF 25.71±11.29Aa 148.56±58.28Aa 6.01±0.35Aa 23.86±7.07Aa 131.34±43.60Aa 5.35±0.4Aa 8月 CK 23.05±0.46Aa 205.70±20.51Aa 8.90±0.71Aa 46.37±2.01Aa 181.17±37.59Aa 3.85±0.67Aa 8月 M 23.56±0.41Aa 202.10±24.54Aa 8.61±1.16Aa 38.72±2.87Aab 156.62±18.77Aa 4.02±0.18Ba 8月 F 23.54±0.93Aa 204.82±15.39ABa 8.76±0.96Aa 34.18±2.12Ab 136.66±15.93Aa 4.03±0.52Aa 8月 MF 24.17±0.27Aa 187.82±27.39Aa 7.75±1.06Aa 37.31±0.66Ab 149.7±17.32Aa 4.03±0.53Aa
Effects of herbivory on resource allocation of the above and below ground parts of seagrass Thalassia hemprichii
doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220103
- Received Date: 2022-12-01
- Accepted Date: 2023-03-20
- Rev Recd Date: 2023-02-22
- Available Online: 2023-11-24
- Publish Date: 2023-11-24
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Key words:
- herbivory /
- Thalassia hemprichii /
- traits /
- root to shoot ratio
Abstract: The structure and function of seagrass ecosystems were changed and the diversity and service function of the seagrass ecosystems were affected by the top-down regulation of herbivorous effects on the seagrass. Different herbivores have different effects on resource allocation of the above ground and below ground parts of the seagrasses due to their different feeding capacity. Thalassia hemprichii, a dominant seagrass in Hainan Province, was selected to simulate the response of functional traits (root-shoot ratio, biomass and element content) to herbivoring effects on T. hemprichii by setting up isolation cage in situ and placing chemical expellant (Sevin) to exclude feeding effects of different consumers on the seagrass. The results showed that the root-shoot ratio of the seagrass T. hemprichii increased with time, but there was no significant difference in root-shoot ratio between different treatments. Grazing by consumers reduced the biomass of T. hemprichii. The above ground biomass of T. hemprichii in the treatment (MF) with exclusion of two consumers, both gastropods and fish, was higher than that of the blank control treatment (CK) without excluding consumers. Herbivory increased the above ground seagrass allocation ratio of organic carbon and total nitrogen to maintain normal growth of T. hemprichii, but the herbivorous impact on the total phosphorus content was not significant (P>0.05). In general, herbivorous effects increased the root-shoot ratio and regulated the allocation of biomass, organic carbon, total nitrogen, and total phosphorus in above ground and below ground parts of T. hemprichii, which was used to improve the absorption and assimilation rate of the resources, avoid grazing by the consumers, and maintain the population of T. hemprichii.
Citation: | JIA Biying, LIU Siyu, ZHAO Yanghe, MAO Wei. Effects of herbivory on resource allocation of the above and below ground parts of seagrass Thalassia hemprichii[J]. Journal of Tropical Biology, 2023, 14(6): 593-601. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220103 |