Ecophysiological and anatomical responses of Vallisneria natans to nitrogen and phosphorus enrichment

Réponses écophysiologiques et anatomiques de Vallisneria natans à un enrichissement en azote et en phosphore

⁽¹⁾ State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing, P.R. China
⁽²⁾ State Key Laboratory of Hydrology – Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing, P.R. China

^* Corresponding author: boqiangqin@163.com

Received: 4 January 2012
Revised: 24 March 2012
Accepted: 26 April 2012

Abstract

Here, we describe an experiment using four nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations to investigate the effects of nutrient enrichment on the submersed macrophyte Vallisneria natans (tape grass) grown in a sand culture medium. The objective of this study was to examine the influence of nutrient enrichment in the water column on V. natans, especially with regard to anatomical structures. The results showed both the absolute growth rate (AGR) and intrinsic efficiency of light energy conversion of PSII (Fv/Fm) decreased with increasing nutrient levels. Root morphological characteristics, including the total root length (L), root surface area (SA), projected root area (PA), total root volume (V), average root diameter (AD), total root length per volume (LPV), total tips (T) and total forks (F), also showed a generally negative relationship with increasing nutrient concentrations. The anatomical structures of stolons and leaves also changed with nutrient enrichment. The shrinkage of aerenchyma and disappearance of starches and chloroplasts were the main structural changes leading to poor growth. These phenomena, especially the anatomical changes, might be the mechanism underlying the effect of nutrient enrichment on V. natans growth.

Résumé

Nous décrivons ici une expérience utilisant quatre concentrations d’azote (N) et phosphore (P) afin d’étudier les effets de l’enrichissement en éléments nutritifs sur le macrophyte immergé Vallisneria natans cultivé dans un milieu de culture sableux. L’objectif de cette étude était d’examiner l’influence de l’enrichissement en nutriments dans la colonne d’eau sur V. natans, en particulier en ce qui concerne les structures anatomiques. Les résultats ont montré à la fois que le taux de croissance absolue (AGR) et l’efficacité intrinsèque de la conversion de l’énergie lumineuse du PSII (Fv/Fm) ont diminué avec l’augmentation des niveaux d’éléments nutritifs. Les caractéristiques morphologiques racinaires, y compris la longueur totale des racines (L), la surface des racines (SA), la zone des racines prospectée (PA), le volume total des racines (V), le diamètre moyen des racines (AD), la longueur totale des racines par volume (LPV), le totalité des extrémités (T) et des ramifications (F), ont également montré une relation globalement négative avec l’accroissement des concentrations en éléments nutritifs. Les structures anatomiques des stolons et des feuilles ont aussi changé avec l’enrichissement en nutriments. Le rétrécissement de l’aérenchyme et la disparition des grains d’amidon et des chloroplastes sont les principaux changements structurels conduisant à une faible croissance. Ces phénomènes, notamment les changements anatomiques, pourraient être le mécanisme sous-jacent de l’effet de l’enrichissement en éléments nutritifs sur la croissance de V. natans.