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GEB︱我國冬季溫度建造了紅樹林的物種分布及群落組成

媒體:Wiley生態(tài)學(xué)  作者:葉鵬程   專業(yè)號:紅樹林基金會 2020-06-07 23:57:57

導(dǎo)讀

紅樹林(Mangrove)是指生長在熱帶、亞熱帶低能海岸潮間帶上部,受周期性潮水浸淹,以紅樹科(Rhizophoraceae)植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落。紅樹林在南北半球均有分布,我國的紅樹林群落續(xù)斷分布于海南、廣東、廣西和福建等省份,以及臺灣、香港和澳門等地區(qū)。紅樹林在我國的天然分布北界為福建省福鼎縣(27°20′ N),人工引種北界為浙江樂清縣(28°25′ N)。

 

有著“海岸衛(wèi)士”之稱的紅樹林,近幾十年來由于受到圍海造地、圍海養(yǎng)殖和砍伐等人為因素,使得其分布面積大幅減少。因此了解紅樹林的分布及結(jié)構(gòu)組成等,將有助于今后,特別是在氣候變化和人為干擾日益增加的情況下,更好地對其進(jìn)行科學(xué)有效的保護(hù)。然而,影響紅樹林的分布以及群落組成因素目前仍然是一個(gè)有待回答的科學(xué)問題。

 

本文,作者通過歷史文獻(xiàn)資料對我國18° N~27° N之間的共計(jì)70個(gè)紅樹林分布點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析(圖1),試圖回答以下幾個(gè)問題:(1)隨著緯度的增加,紅樹林物種組成如何變化?(2)沿著緯度環(huán)境梯度,哪些氣候變量與紅樹林物種組成的變化有關(guān)?(3)紅樹林對范圍限制氣候變量的耐受性是否表現(xiàn)出明確的分類或系統(tǒng)發(fā)育信號?

圖1 紅樹林的分布

 

▉  原文信息

 

▉  正文

紅樹林(Mangrove)是通常生長在熱帶、亞熱帶低能海岸潮間帶上部,受周期性潮水的浸淹(圖2)。由于海水環(huán)境條件特殊,紅樹林植物具有一系列特殊的生態(tài)和生理特征。如從枝干上長出多數(shù)支持根,扎入泥灘里以保持植株的穩(wěn)定;從根部長出很多指狀的氣生根,露出于海灘地面,在退潮甚至潮水淹沒時(shí)用以通氣;具有胎萌現(xiàn)象,即果實(shí)成熟后留在母樹上,迅速長出長達(dá)20~30 cm的胚根,或者在果實(shí)成熟后發(fā)育成幼苗的雛形,然后脫離母體,落入泥灘并扎根長成新個(gè)體;一些種類在葉肉內(nèi)具有泌鹽細(xì)胞,可過濾海水中的鹽分等。

圖2 紅樹林濕地
(圖片來源于: 廣西紅樹林研究中心—廣西海洋環(huán)境與濱海濕地研究中心)

根據(jù)嫩枝生長的最佳溫度,植物生理學(xué)家將紅樹樹種分為三大類,即:嗜熱性狹分布種(Thermophilic stenotopic species, TSS)、嗜熱性廣分布種(Thermophilic eurytopic species, TES)和耐冬性廣布物種(Winter‐resistant eurytopic species, WRES),它們開始生長發(fā)芽的溫度閥值分別是25℃,15~25℃和10℃。那么這三類紅樹樹種沿著海拔梯度,是如何進(jìn)行組合的呢?以及紅樹樹種分布與海拔梯度之間又存在著什么樣的聯(lián)系呢?對此作者提出關(guān)于兩種組合模式的假設(shè)(圖3),并用紅樹林群落的精細(xì)尺度分布數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖3 緯度梯度上關(guān)于紅樹林物種分布模式的兩種假設(shè) (a) 沿著緯度梯度,物種組成模式以嵌套結(jié)構(gòu)為主,物種轉(zhuǎn)換率相對較低;(b) 沿著緯度梯度,物種組成模式以高物種轉(zhuǎn)換率為主,嵌套結(jié)構(gòu)相對少

▉  主要結(jié)果

(1) 總體上,紅樹林物種豐富度隨緯度的增加而減少。嗜熱性狹分布種(TSS)和嗜熱性廣分布種(TES)與總體具有相同的緯度梯度分布格局;相反的是,耐冬性廣布物種(WRES)隨緯度的增加,物種豐富度有所上升(圖4a)。

圖4  各組紅樹林的物種豐富度和緯度范圍 (a) 跨越緯度梯度的三個(gè)紅樹類群的物種豐富度;(b) 三個(gè)紅樹類群的緯度范圍大小

(2) 大多數(shù)嗜熱性狹分布種(TSS) 只分布于海南島,緯度范圍不超過3~4°;嗜熱性廣分布種(TES)的分布范圍率高于嗜熱性狹分布種(TSS);耐冬性廣布物種(WRES)的緯度分布范圍較二者更大,即緯度分布范圍WRES >TES >TSS(圖4b)。

 

(3) 紅樹林物種組成緯度梯度上的變化,伴隨著非隨機(jī)物種的退出,從而導(dǎo)致高緯度地區(qū)物種的相似性聚集(圖1a)。

 

(4) 非度量多維標(biāo)度(NMDS)分析結(jié)果表明,紅樹林物種組成的變化與冬季氣溫密切相關(guān)(圖5b);同時(shí),多因素方差(ANOVAs)分析的結(jié)果也進(jìn)一步支持了冬季溫度影響紅樹林物種的分布(圖6)。

圖5  非度量多維標(biāo)度(NMDS)圖 (a) 25個(gè)本地紅樹物種和70個(gè)地點(diǎn)的投影;(b) 變量的投影與MDS1和MDS2顯著相關(guān)(p < 0.05),向量的長度與皮爾遜相關(guān)系數(shù)的平方 (r2) 成正比,向量的顏色表示變量的屬性:冬季氣候變量用藍(lán)色表示,夏季氣候變量用紅色表示,其他變量用灰色表示。

圖6  在三個(gè)紅樹類群中冬季氣候變量的分布

(5) 紅樹林物種對冬季溫度的耐受性表現(xiàn)出了屬這一級別的信號(圖7),而其他大部分氣候因素主要在屬內(nèi)不同物種之間變化。

圖7 用分類學(xué)等級解釋的冬季氣候變量的變異百分比

▉  小結(jié)

冬季氣溫似乎限制了當(dāng)前紅樹林物種的分布,在屬這一分類水平上,對低氣溫的耐受性在進(jìn)化上是保守的。這些生態(tài)和系統(tǒng)發(fā)育模式共同表明了:與耐寒結(jié)構(gòu)相關(guān)的生理約束構(gòu)建了區(qū)域尺度上紅樹林群落緯度的嵌套模式。

 


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