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科研動態

陜西省動物所常罡團隊最新成果揭示
氣候變化對植物種子雨動態的影響機制

發表日期:2022-04-13來源:陜西省動物研究所放大 縮小

  影響植物物候的因素主要包括植物本身的遺傳因素和外界的環境因素。如植物的出芽、展葉、開花、結果、落葉等。研究表明,氣候因子可以直接或間接影響植物物候特征,其中溫度和降水被認為是影響植物物候特征最重要的氣候因子。溫度對植物物候有很強的影響,例如植物的春季物候(特別是開花)主要受早期溫度的控制,春季溫度越高,植物物候越早,春季溫度越低,植物物候越晚。此外,降水對植物物候也有重要影響。降水不僅對植物的開花物候有重要影響,而且對植物的結果物候也有重要影響。一般來說,不同植物物候對氣候因子的響應程度也不同。同時,許多植物物候不是受單一氣候因子的影響,而可能是受多種氣候因子的影響。  

  種子是植物有性繁殖的重要器官,當種子成熟時,它從母株向周圍擴散,從而形成種子雨。種子雨是指在特定的時間和空間內從母株上掉落的種子的數量,是種子或繁殖體在周圍傳播的一種視覺描述。種子雨的動態變化影響了動物的捕食、傳播和貯藏,也影響了土壤種子庫的儲存和動態,從而影響幼苗的建立和植株的更新。種子雨作為物種傳播的開始,是森林結構和更新的關鍵過程。因此,研究種子雨期的動態對了解植物種群和群落的更新策略和維持機制具有重要意義。

  種子雨的空間分布具有異質性,通常具有季節動態和年際變化特征,生物因子(如植物種類、株高、種子重量、種子傳播方式等)、環境因子(地形、坡位、坡向等)和氣候因子(如溫度、降水、日照長度等)能明顯影響種子雨動態。植物在某些氣候適宜的年份大量開花產生花粉,利用風媒傳粉者或昆蟲提高傳粉效率,有利于結果。花期降水量過高,可能會影響昆蟲等的傳粉活動,導致受精不良甚至只開花不結果。因此,氣候因素(溫度、降水、光照等)可能是造成種子雨波動的重要原因。  

  而中國秦嶺地區殼斗科植物分布廣泛,屬優勢樹種,它們是森林生態系統的重要組成部分,通常為各種動物提供食物和棲息地,在生態系統的功能中發揮重要作用。因此,研究殼斗科植物種子雨動態變化對氣候因子的響應機制具有重要意義。  

   

  秦嶺常見殼斗科植物-板栗

   

  秦嶺常見殼斗科植物-短柄枹櫟

   

  秦嶺常見殼斗科植物-銳齒槲櫟

   

  秦嶺常見殼斗科植物-栓皮櫟

  對此,陜西省動物研究所“有害動物監測與防控研究中心”通過連續10年對秦嶺南坡佛坪國家自然保護區內同域分布的4種殼斗科植物種子雨監測,并結合10年來研究區域的氣溫、降水氣象數據,探討了這4種植物種子雨動態變化對氣候因子的響應。研究發現4種殼斗科植物的種子雨下落動態對溫度和降水的敏感性和響應不同,此外可能通過調控種子雨下落動態,從而避免被鼠類大量取食的捕食風險,促進植物自身的傳播和更新。

  

  種子雨的年際動態

  

  種子雨對氣候因子的響應

  該研究成果以題為“Long-Term Effects of Climate Variability on Seed Rain Dynamics of Four Fagaceae Sympatric Species in Qinling Mountains, China”發表在生物學領域JCR一區期刊Biology(影響因子5.079)上。陜西省動物研究所王京助理研究員和侯祥助理研究員為該論文共同第一作者,常罡副研究員為文章通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金(31901085、32172436)、陜西省重點研發計(2021NY-042)、陜西省自然基金(2021JQ-841)、陜西省科學院科技計劃(2019K-PT, 2022K-06, 2022K-16)等項目的資助。

  

  文章首頁  

  研究人員從2011-2020連續10年對同域分布的板栗、銳齒槲櫟、栓皮櫟和短柄枹櫟4種殼斗科植物的種子雨進行監測。所選取的同域分布的4種物種是廣泛分布于秦嶺的優勢種,在秦嶺生態系統中占有重要地位。結合10年期間的氣候數據,探討了4種植物種子雨動態變化對氣候因子的響應。研究結果表明:栗屬(Castanea)的板栗和櫟屬(Quercus)的其它3種櫟樹在種子雨下落初期、末期以及整個種子雨下落過程持續時間均存在顯著差異,說明板栗與其他3種櫟屬植物之間存在一定的生物學差異,比如說三種櫟屬植物的種子很容易萌發,在適當的條件下就會發芽。但板栗有有休眠期,必須經過休眠期才會發芽,這可能反映了不同植物對環境的適應策略。因此,不同樹種的種子雨下落時間,尤其是高峰期并不一致,不完全集中在同一時期,這在很大程度上可以促進優勢種的共存,緩解物種間的競爭,為維護森林物種多樣性奠定基礎。這也是植物對環境的一種生殖或適應策略。說明不同物種尤其是不同屬植物具有不同的繁殖策略,不集中、不扎堆開花和結果,利于它們可以更好地同域共存。  

  研究發現,4種種子大部分與降水呈非線性關系,說明適宜的降水有利于植物養分的積累和種子的成熟,而過多或過少的降水可能會影響植物的光合作用。這不利于種子成熟,并可能導致種子提前或延遲落種。綜上所述,4種植物的種子降雨動態在不同時間尺度上對溫度和降水具有不同的響應和敏感性,這也可能是不同植物對環境的適應策略。說明它們可以通過對環境的適應避免對有限資源的激烈競爭。  

  此外,這4種殼斗科植物的種子是研究區域內森林鼠類的重要食物資源,它們可能通過調控種子雨下落動態,從而避免被鼠類大量取食的捕食風險,促進植物自身的傳播和更新。  

  綜上所述,在森林生態系統中,不同植物之間的種間相互作用關系,包括對雙方有利的互利共生(明顯改善不同植物對水分,養分以及資源空間利用的有效性)、對雙方激烈的資源競爭(光,水,營養物質等),它們有不同的生態學和進化生物學效應,這些種間作用不對等的收益與代價可能會使不同物種之間形成不同的協同進化模式。本研究結果揭示在秦嶺地區同域分布的這4種殼斗科優勢樹種具有不同的繁殖策略和對環境的適應策略,這將更加有利于它們可以更好地同域共存。因此,研究臨近鄰近樹種的同域共存策略及其小規模的相互作用,這些發現將有助于我們更深入地了解森林生態系統的功能和生物多樣性維持的機制。  

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