Undersøgelse identificerer flaskehalse i tidlig havgræsvækst

strandenge, vigtige planteskoler og foderpladser for mange slags havliv, går tabt verden over på grund af næringsstofforurening, opvarmende vand, og andre dårligdomme. En ny undersøgelse foretaget af et internationalt forskerhold afslører flaskehalse i væksten af ​​søgræs fra frø til frøplante, viden nyttig til at forbedre frø-baseret restaureringsindsats.

Forfatterne af undersøgelsen er John Statton, Leonardo Montoya, og Gary Kendrick fra University of Western Australia, Robert Orth fra William &Mary's Virginia Institute of Marine Science, og Kingsley Dixon fra Curtin University i Perth. Deres arbejde vises i dagens udgave af Videnskabelige rapporter , et åbent tidsskrift fra udgiverne af Nature.

"Videnskaben bag frø-baseret restaurering er meget underudviklet for de fleste søgræsarter og halter alvorligt bagefter for landplanter, " siger Statton. En bemærkelsesværdig undtagelse er succesen med at bruge frø til at genoprette ålegræs til Virginias bugter ved havet; arbejde, som Orth har været banebrydende for under mange års trial and error-testning af både frø og transplanterede skud.

I den aktuelle undersøgelse, forskerne søgte at forstå rejsen fra frø til frøplante for den australske søgræs Posidonia australis eller bånd-ukrudt. Denne langsomt voksende art har oplevet alvorlige tilbagegange over store dele af sit udbredelsesområde, giver den en "næsten truet" status på IUCNs rødliste.

Holdet gennemførte deres undersøgelse ved omhyggeligt at overvåge skæbnen for mere end 21, 000 P. australis frø håndplantet i forsøgsområder i det vestlige Australiens Cockburn Sound. De placerede plotterne for at teste varierende grader af eksponering for bølger, frøgræssere såsom krabber, og "bioturbatorer, "dyr, der utilsigtet begraver frø under begravelse eller andre aktiviteter - ofte for dybe til efterfølgende udvikling.

I modsætning til de fleste andre undersøgelser af havgræsvækst, som simpelthen har set på den samlede andel af frø, der når modenhed som voksne planter, Stattons team fulgte omhyggeligt udviklingen af ​​deres frø ved hvert trin fra spiring til frøafhængig, frø uafhængig, og etablerede frøplanter.

"Ved at identificere de nøjagtige overgange i tidlige livsfaser, der begrænser rekruttering af havgræs, vi tror, ​​vi kan forbedre vores evne til at målrette de processer, der er mest lydhøre over for ledelsen, " siger Statton. "Disse flaskehalse kan være unikke for hver søgræsart og endda et bestemt sted, " tilføjer Orth.

Holdets resultater viste klare forskelle i frøsucces mellem de forskellige livsstadier. I det mere lavvandede, mere beskyttede steder, få, om overhovedet nogen, frø overlevede græsning og bioturbation for at fuldføre den indledende livsfase-overgang – den første vækstmåned, hvor en spiret frøplante stadig er afhængig af sit frø for energi. Frø udsat på dybere steder overlevede i yderligere fire til seks måneder, før næsten alle de nu selvstændige frøplanter blev rykket op med rode af bølger fra vinterstorme. Som et resultat af disse udfordringer, den samlede frøoverlevelse var forsvindende lav - med færre end 1 ud af 1, 000 frø, der når ungdomsstadiet - en sandsynlighed på kun 0,1 procent.

Forskerne brugte derefter modeller til at estimere den frøtæthed, der er nødvendig for at overvinde disse alvorlige flaskehalse, beregning af succes ved såningstætheder 2- til 40 gange højere end deres feltstudier. Her tyder deres resultater på, jo flere frø jo bedre, selvom de bemærker, at der er behov for yderligere feltarbejde for at teste for faldende afkast i vækst på grund af overfyldning af frø og konkurrence om begrænsede ressourcer.

Selvom flaskehalse for vækst observeret i den australske undersøgelse kan virke overvældende, Orth bemærker, at de faktisk er i overensstemmelse med resultater fra andre undersøgelser af både søgræsser og landplanter. "I vores restaureringsbestræbelser i havbugterne ved Virginia's Eastern Shore, " han siger, "sandsynligheden for at frø overlever er kun omkring en til fem procent."

På trods af dette, gentagen såning af VIMS-forskere har ført til restaureringssucces. "I 1997 var der bare en lille plet ålegræs i South Bay, " siger Orth. "Nu, 71 millioner frø senere, der er mere end 7, 000 acres, og græsset breder sig naturligt."

A similar approach might thus work in Australia and other areas worldwide where seagrasses have succumbed to cloudy waters and coastal development. "Our results indicate that seeding may be an appropriate strategy for restoring P. australis, " says Statton. "But, " tilføjer han, "we would need to do so annually for a decade or more to escape both the summer bottlenecks associated with bioturbators and grazers, and the winter bottlenecks associated with storm waves."

"This approach would allow us to benefit from windows of opportunity, " he explains, "benign years when winter storms were relatively weak or came from directions where landmasses blocked most waves. These conditions would allow seagrass seeds to take root and survive."

The team's field and modeling results suggest a number of other strategies to maximize restoration success. For wave-sheltered sites, these include relocating or excluding the crabs and other invertebrates that currently dislodge or eat most seeds and incipient seedlings. "In wave-exposed locations, " says Statton, "we might introduce mixtures of seeds and seedlings from species adapted for turbulent conditions, thus providing some seafloor stability for the survival of P. australis."