作者:常罡等 来源:《生物学》 发布时间:2022/4/14 9:33:27
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种子下落期差异奠定森林物种多样性
研究揭示气候变化对植物种子雨动态影响机制

 

秦岭佛坪保护区的栓皮栎与金丝猴。 摄影张行勇

秦岭壳斗科植物-板栗。 论文作者供图

秦岭壳斗科植物-锐齿槲栎。 论文作者供图

秦岭壳斗科植物-短柄枹栎。 论文作者供图

种子是植物有性繁殖的重要器官,当种子成熟时,它从母株向周围扩散,从而形成种子雨。种子雨是指在特定的时间和空间内从母株上掉落的种子的数量,是种子或繁殖体在周围传播的一种视觉描述。种子雨的动态变化不但影响着动物的捕食、传播和贮藏,也影响了土壤种子库的储存和动态,从而影响幼苗的建立和植株的更新。

在自然界,种子雨作为物种传播的开始,是森林结构和更新的一个关键过程节点。因此,研究种子雨期的动态对了解植物种群和群落的更新策略和维持系统平衡机制具有重要意义。

种子雨的空间分布具有异质性,通常具有季节动态和年际变化特征,生物因子如植物种类、株高、种子重量、种子传播方式等和地形、坡位、坡向等环境因子及温度、降水、日照长度等气候因子都可能明显影响种子雨动态。如植物在某些气候适宜的年份大量开花产生花粉,利用风媒传粉者或昆虫提高传粉效率,有利于结果;反之,花期降水量过高,可能会影响昆虫等的传粉活动,导致受精不良甚至只开花不孕而不结果。

“因此,气候因素可能是造成种子雨波动的重要原因。” 陕西省动物研究所侯祥助理研究员讲。

“而中国秦岭地区壳斗科植物分布广泛,属优势树种,它们是森林生态系统的重要组成部分,通常为各种动物提供食物和栖息地,在生态系统的功能中发挥重要作用。因此,研究壳斗科植物种子雨动态变化对气候因子的响应机制具有重要意义。” 陕西省动物研究所所长常罡副研究员如是阐述。

为此,陕西省动物研究所“有害动物监测与防控研究中心” 常罡研究团队通过连续10年对秦岭南坡佛坪国家自然保护区内同域分布的4种壳斗科植物种子雨监测,并结合10年来研究区域的气温、降水气象数据,探讨了这4种植物种子雨动态变化对气候因子的响应。

常罡等研究发现4种壳斗科植物的种子雨下落动态对温度和降水的敏感性和响应不同,此外可能通过调控种子雨下落动态,从而避免被鼠类大量取食的捕食风险,促进植物自身的传播和更新。其相关研究成果近日发表在《生物学》(Biology)上。

据介绍,研究所选取的同域分布的4种物种是广泛分布于秦岭的优势种,在秦岭生态系统中占有重要地位。他们通过对2011-2020连续10年间同域分布的板栗、锐齿槲栎、栓皮栎和短柄枹栎4种壳斗科植物的种子雨监测数据分析,结合10年期间的气候数据,探讨4种植物种子雨动态变化对气候因子的响应。其结果表明:栗属(Castanea)的板栗和栎属(Quercus)的其它3种栎树在种子雨下落初期、末期以及整个种子雨下落过程持续时间均存在显著差异,说明板栗与其他3种栎属植物之间存在一定的生物学差异,比如说三种栎属植物的种子很容易萌发,在适当的条件下就会发芽。但板栗有休眠期,必须经过休眠期才会发芽,这可能反映了不同植物对环境的适应策略。

常罡认为,这个结果也反眏出不同树种的种子雨下落时间差异,尤其是高峰期并不一致,不完全集中在同一时期,这在很大程度上可以促进优势种的共存,缓解物种间的竞争,为维护森林物种多样性奠定基础。这也是植物对环境的一种生殖或适应策略。说明不同物种尤其是不同属植物具有不同的繁殖策略,不集中、不扎堆的开花和结果,利于它们可以更好地同域共存。

另外,该研究还发现,4种种子大部分与降水呈非线性关系,说明适宜的降水有利于植物养分的积累和种子的成熟,而过多或过少的降水可能会影响植物的光合作用。

“这不利于种子成熟,并可能导致种子提前或延迟落种。”侯祥解释说,“4种植物的种子降雨动态在不同时间尺度上对温度和降水具有不同的响应和敏感性,这也可能是不同植物对环境的适应策略。说明它们可以通过对环境的适应避免对有限资源的激烈竞争。”

这4种壳斗科植物的种子是研究区域内森林鼠类的重要食物资源,它们可能通过调控种子雨下落动态,从而避免被鼠类大量取食的捕食风险,促进植物自身的传播和更新。常罡进一步说明。

中国科学院西安分院、陕西省科学院副院长、秦岭生态环境研究专家陈怡平研究员认为,研究邻近树种的同域共存策略及其小规模的相互作用,这些发现将有助于我们更深入地了解森林生态系统的功能和生物多样性维持的机制。

该研究结果也从另一方面进一步表明一个区域植被恢复要依据植物群落种类演化结果进行种类搭配,形成一个生态自我良性协调发展的生态系统,而不是大面积种植一个优势树种。这也是秦岭生态恢复从浅绿走向深绿——高质量生物多样性恢复系统的建设的一个基础。陈怡平进一步强调。(来源:中国科学报 张行勇 严涛)

相关论文信息:https://www.mdpi.com/2079-7737/11/4/533

 
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