我國裸子植物豐富度分布格局及形成機制研究獲進展

2020-08-21 中科院之聲

物種多樣性的大尺度空間格局是生態學和生物地理學研究的核心問題之一，長期以來，生態學家一直試圖確定影響不同生態區域中生物分布和多樣性的環境因素。研究物種豐富度的模式對於理解地球上生物的多樣性和分布至關重要，了解植物豐富度對環境因子的響應情況有助於預測未來氣候變化的影響。大量研究認為現代氣候是影響物種多樣性分布格局的重要因素，也有研究表明氣候季節性、生境異質性、歷史氣候變化等因子對不同區域和不同生物群的多樣性分布格局起著關鍵的作用。因此，探究不同因子對物種多樣性的相對重要性可以為未來氣候變化下針對性的生物多樣性保護政策的制定提供參考依據。

裸子植物發生發展的歷史悠久，最初的裸子植物出現在約34500萬年前至39500萬年之間的古生代泥盆紀。其廣布於南北半球，尤以北半球分布更為廣泛，從低海拔至高海拔、從低緯度至高緯度幾乎都有分布。裸子植物的科、屬、種數雖遠比被子植物少，但覆蓋面積卻大致相等。在高緯度及高海拔氣候溫涼至寒冷地區，幾乎都是某些裸子植物形成的單純林或組成的混交林，因此，裸子植物分布區往往是重要的水源涵養區、生物多樣性富集區、木材主產區。我國有5綱8目11科41屬236種47變種，其中引種栽培1科7屬51種2變種，多為重要的用材樹種，也是纖維、樹脂、單寧等原料樹種，少數種類的枝葉、花粉、種子、根皮等可供藥用。儘管對中國裸子植物的物種豐富度格局已經有許多相關研究，但這些研究所基於的單個變量或假設有限地解釋了物種豐富度的模式。相比較而言，暫未有系統性地整合氣候、異質性以及人為幹擾因素考察裸子植物豐富度的分布格局，並且中國裸子植物特有和非特有物種的豐富度分布格局也暫不清楚。

中國科學院成都生物研究所生態過程與生物多樣性保護課題組研究人員將236種裸子植物按照所有種、特有種和非特有種進行劃分，繪製了50×50km2空間解析度的中國裸子植物豐富度格局圖譜，評估了能量-水分、氣候季節性、生境異質性及人為幹擾分別對所有種、特有種和非特有種豐富度分布格局的影響。研究發現，橫斷山區、秦巴山區、臺灣山地是我國裸子植物豐富度分布中心，橫斷山區是我國裸子植物特有種豐富度分布的中心，秦巴山區是我國裸子植物特有種豐富度分布的次中心。氣候季節性是驅動我國裸子植物物種豐富度模式最重要的因素。此外，能量-水分是確定所有種和特有種豐富度模式的重要驅動力，而生境異質性是非特有物種豐富度模式重要的驅動力。儘管研究發現我國裸子植物的多樣性分布格局受人為幹擾的影響不明顯，但仍然不能忽視人為幹擾對裸子植物豐富度的影響。這項研究系統地探索了我國裸子植物的物種豐富度空間格局及其驅動力來源，研究結果表明西南山地，尤其是橫斷山區是我國特有裸子植物物種多樣性保護的關鍵區域。該研究為理解我國裸子植物物種豐富度模式的驅動因素以及我國裸子植物多樣性保護提供了科學依據。

該研究獲得國家重點研發計劃（2016YFC0502101）、第二次青藏高原綜合科學考察研究（2019QZKK0303）、國家自然科學基金國際合作基礎研究項目（31961133012）和中國科學院大學國際學生獎學金（2017UCAS041）資助。研究成果以Energy–water and seasonal variations in climate underlie the spatial distribution patterns of gymnosperm species richness in China為題發表於Ecology and Evolution。

圖1.中國裸子植物物種（a）所有種，（b）特有種和（c）非特有種的豐富度空間分布格局。

圖2.中國裸子植物物種豐富度和預測因子的變異分解

圖3.天然針葉林群落

圖4.針葉林分布區景觀

來源：中國科學院成都生物研究所

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