Research Paper

Eutrophic water or fertile sediment: which is more important for the growth of invasive aquatic macrophyte Myriophyllum aquaticum?

Eau eutrophe ou sédiment fertile: quel est le plus important pour la croissance du macrophyte envahissant Myriophyllum aquaticum?

¹ State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing, 210008, PR China
² University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China
³ Sino-Danish College, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China
⁴ College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, PR China

^* Corresponding author: kyli@niglas.ac.cn

Abstract

Invasive macrophyte Myriophyllum aquaticum is capable of assimilating nutrients from both the sediments and the water column. However, which is the major source of nutrients supporting M. aquaticum growth under various nutrient regimes has not been well documented. Here we conducted a two-factorial outdoor experiment (three levels of nutrient loading and two types of sediments) from 23 May to 27 June 2016, to assess M. aquaticum responses to different nutrient levels in the water column and the sediment. Results showed that concentrations of total nitrogen, total phosphorus and chlorophyll a in the water column increased in the treatment groups, but decreased slightly in the control group (nutrient-poor sediment and no nutrient addition). Sediment type had a significant effect on the growth M. aquaticum, while there were no significant effects of nutrient loading levels and the interactions between the two factors. Mean relative growth rate, mean plant height, mean stem diameter, the number of lateral branches and roots in the nutrient-rich sediment treatments were 1.6, 1.2, 1.6, 3.2 and 5.9 folds greater than in the nutrient-poor sediment treatments, respectively. These results suggest that nutrient-rich sediment has a positive effect on the growth of M. aquaticum. This study reveals possible expansion mechanism of the exotic M. aquaticum in China, and may provide valuable information on the ecological restoration of eutrophic freshwaters.

Résumé

Le Myriophyllum aquaticum est capable d'assimiler les nutriments des sédiments et de la colonne d'eau. Toutefois, les sources principales de nutriments qui soutiennent la croissance du M. aquaticum dans divers régimes nutritionnels n'ont pas été bien documentées. Nous avons mené une expérience en extérieur à deux facteurs (trois niveaux de charge nutritive et deux types de sédiments) du 23 mai au 27 juin 2016, afin d'évaluer les réponses de M. aquaticum à différents niveaux nutritifs dans la colonne d'eau et les sédiments. Les résultats ont montré que les concentrations d'azote total, de phosphore total et de chlorophylle a dans la colonne d'eau augmentaient dans les groupes de traitement, mais diminuaient légèrement dans le groupe témoin (sédiments pauvres en éléments nutritifs et aucun ajout de nutriments). Le type de sédiments a eu un effet significatif sur la croissance du M. aquaticum, alors qu'il n'y a eu aucun effet significatif des niveaux de charge en éléments nutritifs et des interactions entre les deux facteurs. Le taux de croissance relatif moyen, la hauteur moyenne des plantes, le diamètre moyen des tiges, le nombre de branches latérales et de racines dans les traitements des sédiments riches en éléments nutritifs étaient respectivement de 1.6, 1.2, 1.6, 3.2 et 5.9 fois plus élevés que dans les traitements des sédiments pauvres en éléments nutritifs. Ces résultats suggèrent que les sédiments riches en nutriments ont un effet positif sur la croissance de M. aquaticum. Cette étude révèle un mécanisme possible de progression du M. aquaticum exotique en Chine et pourrait fournir des informations précieuses sur la restauration écologique des eaux douces eutrophes.