中國木本雙子葉植物葉相地理分布與氣候的相關性研究取得進展

中國木本雙子葉植物葉相地理分布與氣候的相關性研究取得進展

2019-05-15 昆明植物研究所

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　　植物葉片形態特徵（葉相）反映了植物在生理和生態過程上的功能適應，從而能敏感地指示當地氣候。木本雙子葉植物葉相特徵和氣候因子之間存在顯著的相關性，這種相關性不僅在某個類群和群落中存在，而且在區域尺度、大陸尺度、甚至全球尺度內都存在，因此古植物學家利用葉相-氣候的這種相關性定量重建新生代陸地古氣候。中國溼潤、半溼潤地區是全世界木本雙子葉植物多樣性最為豐富的地區之一，加上該區域受到夏季多雨、冬季乾旱為顯著特徵的亞洲季風氣候影響，使得區域內形成了特殊的植物葉相組合，而與世界其它地區有所不同。而這種季風強烈影響下的獨特葉相特徵、葉相地理分布格局以及基於該葉相-氣候模型的古氣候重建模式，還沒有經過覆蓋廣闊區域的大數據檢測。

　　中國科學院昆明植物研究所博士陳文允在研究員周浙昆的指導下，對中國溼潤、半溼潤地區的木本雙子葉植物的葉相地理分布格局、氣候因子對其地理分布的影響、以及基於葉相-氣候構建古氣候重建模型等方面開展了研究。該研究基於中國溼潤、半溼潤地區3166種木本雙子葉植物地理分布數據，建立了在732個縣域內包括單葉、波形葉、葉面積、葉尖形態、葉基形態、葉片長寬比和葉形等21個葉相特徵地理分布（圖1）。葉相特徵的地理分布具有顯著的緯度分布規律性，沒有明顯的經度分布規律性，其中波形葉、微型葉、葉基鈍形和卵形葉等11種葉相特徵隨著緯度增高而增加，而單葉、大型葉、葉基急尖和橢圓形葉等10種葉相特徵隨著緯度增高而減少。通過葉相與氣候的相關性分析，得出中國溼潤、半溼潤地區木本雙子葉植物葉相分布規律主要是由溫度（最冷月均溫）和降雨量（生長季節降雨量）共同決定的；此外，也受到亞洲季風氣候下季節性降雨變化的影響，即受到連續三個最溼月降雨量的影響要大於連續三個最旱月降雨量的影響。

　　此外，基於葉相-氣候的多線性回歸分析，建立了13種氣候參數的多線性傳遞函數。並利用年均溫和降雨量多線性傳遞函數，對中國現在年均溫和年降雨量作出預測，並使用預測年均溫（圖2）和年降雨量冗餘值（圖3）的分布，檢測這兩個傳遞函數運用於古氣候重建的適應性。結果表明基於大數據的年均溫多線性傳遞函數對年均溫古氣候重建要比使用單線性傳遞函數更精確和適用範圍更廣；相比於世界其它地區，基於大數據的年降雨量多線性傳遞函數，適於對中國亞洲季風影響區域內年降雨量的古氣候重建。

　　近期，研究結果以The relationship between leaf physiognomy and climate based on a large modern dataset: implications for palaeoclimate reconstructions in China 為題在線發表於國際古植物學期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology。該項目得到國家自然科學基金-雲南省聯合基金(U1502231)、中科院A類先導專項(XDA20050204 and XDA19050301)、中科院前沿科學重點研究項目(QYZDB-SSW-SMC016)以及中科院青年創新促進會(2017439)支持。

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圖1 葉面積和葉片長寬比地理分布

 

圖2 實際年均溫、預測年均溫和預測年均溫為冗餘值分布

 

圖3 實際年降雨量、預測年降雨量和預測年降雨量冗餘值分布

　　植物葉片形態特徵（葉相）反映了植物在生理和生態過程上的功能適應，從而能敏感地指示當地氣候。木本雙子葉植物葉相特徵和氣候因子之間存在顯著的相關性，這種相關性不僅在某個類群和群落中存在，而且在區域尺度、大陸尺度、甚至全球尺度內都存在，因此古植物學家利用葉相-氣候的這種相關性定量重建新生代陸地古氣候。中國溼潤、半溼潤地區是全世界木本雙子葉植物多樣性最為豐富的地區之一，加上該區域受到夏季多雨、冬季乾旱為顯著特徵的亞洲季風氣候影響，使得區域內形成了特殊的植物葉相組合，而與世界其它地區有所不同。而這種季風強烈影響下的獨特葉相特徵、葉相地理分布格局以及基於該葉相-氣候模型的古氣候重建模式，還沒有經過覆蓋廣闊區域的大數據檢測。
　　中國科學院昆明植物研究所博士陳文允在研究員周浙昆的指導下，對中國溼潤、半溼潤地區的木本雙子葉植物的葉相地理分布格局、氣候因子對其地理分布的影響、以及基於葉相-氣候構建古氣候重建模型等方面開展了研究。該研究基於中國溼潤、半溼潤地區3166種木本雙子葉植物地理分布數據，建立了在732個縣域內包括單葉、波形葉、葉面積、葉尖形態、葉基形態、葉片長寬比和葉形等21個葉相特徵地理分布（圖1）。葉相特徵的地理分布具有顯著的緯度分布規律性，沒有明顯的經度分布規律性，其中波形葉、微型葉、葉基鈍形和卵形葉等11種葉相特徵隨著緯度增高而增加，而單葉、大型葉、葉基急尖和橢圓形葉等10種葉相特徵隨著緯度增高而減少。通過葉相與氣候的相關性分析，得出中國溼潤、半溼潤地區木本雙子葉植物葉相分布規律主要是由溫度（最冷月均溫）和降雨量（生長季節降雨量）共同決定的；此外，也受到亞洲季風氣候下季節性降雨變化的影響，即受到連續三個最溼月降雨量的影響要大於連續三個最旱月降雨量的影響。
　　此外，基於葉相-氣候的多線性回歸分析，建立了13種氣候參數的多線性傳遞函數。並利用年均溫和降雨量多線性傳遞函數，對中國現在年均溫和年降雨量作出預測，並使用預測年均溫（圖2）和年降雨量冗餘值（圖3）的分布，檢測這兩個傳遞函數運用於古氣候重建的適應性。結果表明基於大數據的年均溫多線性傳遞函數對年均溫古氣候重建要比使用單線性傳遞函數更精確和適用範圍更廣；相比於世界其它地區，基於大數據的年降雨量多線性傳遞函數，適於對中國亞洲季風影響區域內年降雨量的古氣候重建。
　　近期，研究結果以The relationship between leaf physiognomy and climate based on a large modern dataset: implications for palaeoclimate reconstructions in China 為題在線發表於國際古植物學期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology。該項目得到國家自然科學基金-雲南省聯合基金(U1502231)、中科院A類先導專項(XDA20050204 and XDA19050301)、中科院前沿科學重點研究項目(QYZDB-SSW-SMC016)以及中科院青年創新促進會(2017439)支持。
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圖1 葉面積和葉片長寬比地理分布
 
圖2 實際年均溫、預測年均溫和預測年均溫為冗餘值分布
 
圖3 實際年降雨量、預測年降雨量和預測年降雨量冗餘值分布

列印 責任編輯：葉瑞優