野生玫瑰種質(zhì)資源分布現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)

夏德美, 姚洪錫

(1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 安徽 蕪湖 241000; 2.榮成市國(guó)有成山林場(chǎng), 山東 威海 264300)

1 前 言

野生玫瑰(RosarugosaThunb)是薔薇科灌木植物,能夠抗寒、抗旱、抗風(fēng)沙,且具有較強(qiáng)的抗病、耐貧瘠能力,在含有一定鹽堿成分的土壤中也能生長(zhǎng)良好[1]。野生玫瑰花比玫瑰栽培品種大,具有雌雄蕊無(wú)瓣化現(xiàn)象[2],又有香味獨(dú)特、生態(tài)適應(yīng)性更強(qiáng)等優(yōu)良特性[3],是我國(guó)重要的藥食兩用植物,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和巨大的市場(chǎng)潛力,尤其是玫瑰精油[4-5]。野生玫瑰原產(chǎn)于東亞,包括中國(guó)東北部、朝鮮半島、日本和俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)[6]。此外,野生玫瑰在一些棲息地被歸類為入侵物種,特別是在北歐海岸帶地區(qū)[7]。

植物分布區(qū)是宏觀生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要概念,不僅和物種絕滅、生態(tài)入侵、生態(tài)位幅度等密切相關(guān),同時(shí)與物種多樣性的地理分布格局及其與環(huán)境因子的關(guān)系存在一定的關(guān)聯(lián)。近年來(lái),隨著物種和種質(zhì)資源保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),研究人員從生態(tài)調(diào)查、瀕危機(jī)理、保護(hù)策略、基因多樣性、種質(zhì)資源調(diào)查和培育等方面對(duì)野生玫瑰進(jìn)行了較多研究,對(duì)野生玫瑰種質(zhì)資源的保護(hù)發(fā)揮了重要作用[8-10]。盡管野生玫瑰種質(zhì)資源調(diào)查工作由來(lái)已久且還在持續(xù)當(dāng)中,較少有研究對(duì)其自然分布現(xiàn)狀進(jìn)行匯總描述并進(jìn)一步預(yù)測(cè),但這對(duì)于人們認(rèn)識(shí)野生玫瑰生理生態(tài)特性及在未來(lái)氣候變化背景下的生態(tài)適應(yīng)性具有重要意義,在一定程度上有助于宏觀保護(hù)策略的制定。

本研究通過(guò)實(shí)地野外調(diào)查、文獻(xiàn)綜述、網(wǎng)絡(luò)等方法手段對(duì)野生玫瑰原始種群及引種或栽培種群的分布特征進(jìn)行分析,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合地理和氣候因子等對(duì)野生玫瑰潛在分布區(qū)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。研究結(jié)果將提升人們對(duì)野生玫瑰種質(zhì)資源分布狀況的認(rèn)知,還將對(duì)野生玫瑰適生區(qū)域的引種栽培、分布區(qū)預(yù)測(cè)等提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 方法和材料

2.1 物種分布數(shù)據(jù)收集

以野生玫瑰的分布范圍為依據(jù),結(jié)合山東煙臺(tái)牟平區(qū)、姜格莊鎮(zhèn),威海成山鎮(zhèn)、遼寧明陽(yáng)鎮(zhèn)以及吉林琿春市野生玫瑰種群分布區(qū)的多次野外實(shí)地調(diào)查、文獻(xiàn)資料及中國(guó)植物圖像庫(kù)獲得的分布點(diǎn),記錄其地理坐標(biāo)數(shù)據(jù),篩去重復(fù)和不確定點(diǎn),最終得到野生玫瑰的原生分布點(diǎn)46個(gè),如圖1所示。

圖1 野生玫瑰原生分布點(diǎn)

2.2 環(huán)境因子數(shù)據(jù)的獲取

根據(jù)收集的野生玫瑰原生分布點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo),通過(guò)WorldClim網(wǎng)站提取1970年至2000年該坐標(biāo)區(qū)域的年均溫度、日均溫、等溫性、溫度季節(jié)性、年最溫暖月份最高溫、年最冷月最低溫、年溫度變化范圍、年最潮濕季度均溫、年最干季均溫、年最溫暖地區(qū)均溫、年最冷季均溫、年平均降水量、年最多降雨量月份、年最干燥月降水量、降水季節(jié)性、降水最多季度降水量、降水最少季度降水量、年最暖季降水量、年最冷季降水量等19個(gè)生物氣候變化量,用于后續(xù)模型運(yùn)行。

2.3 潛在自然分布區(qū)的預(yù)測(cè)

利用R語(yǔ)言中map的軟件空間分析功能進(jìn)行數(shù)據(jù)插值,結(jié)合原生分布點(diǎn)及相對(duì)應(yīng)的生物氣候變量對(duì)野生玫瑰適生區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。將野生玫瑰分布數(shù)據(jù)導(dǎo)入MaxEnt模型中建模,隨機(jī)測(cè)試比例設(shè)置為25,調(diào)控系數(shù)設(shè)置為2.8,重復(fù)10次運(yùn)算進(jìn)行驗(yàn)證。以刀切法來(lái)評(píng)價(jià)各環(huán)境因子對(duì)野生玫瑰生長(zhǎng)的影響力,Logistic格式輸出結(jié)果,即分布概率,同時(shí),運(yùn)行軟件MaxEnt會(huì)自動(dòng)繪制計(jì)算AUC值,AUC>0.9表明模型的預(yù)測(cè)效果很好[11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 野生玫瑰分布現(xiàn)狀及特征

20世紀(jì)以來(lái),由于工業(yè)開(kāi)發(fā)、旅游度假、填海養(yǎng)殖等人類活動(dòng)的增加,導(dǎo)致野生玫瑰原始生境逐漸萎縮,天然分布碎片化嚴(yán)重,對(duì)海岸帶生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)安全造成了極大的破壞。由于種群數(shù)量的迅速減少,野生玫瑰在中國(guó)已被列為二級(jí)保護(hù)植物[12](Fu 1992)。研究發(fā)現(xiàn),就原生種群而言,野生玫瑰零星分布于我國(guó)北方沿海、日本北海道、朝鮮以及薩哈林島(庫(kù)頁(yè)島)和堪察加半島等地,在我國(guó)僅存于山東煙臺(tái)、遼東半島和吉林省東部等沿?；蛉牒？谏百|(zhì)灘涂地區(qū)。然而,從東亞引種至歐洲的玫瑰在18世紀(jì)初逃逸到野生環(huán)境后陸續(xù)被北海和波羅的海周邊國(guó)家列為入侵物種。在歐洲西北部的許多國(guó)家適應(yīng)性極強(qiáng),特別是在沿海沙丘上,形成了大面積的優(yōu)勢(shì)種群,對(duì)入侵地自然植被產(chǎn)生不利影響[13]。野生玫瑰入侵種群廣布于歐洲大陸西部,甚至整個(gè)英格蘭群島均以發(fā)現(xiàn)其擴(kuò)張分布。此外,在北美洲加拿大新斯科舍省也存在分布。

野生玫瑰對(duì)生境具有一定的偏好,多分布于沿海或入?？诘纳迟|(zhì)灘涂上,如圖1所示,這可能與野生玫瑰根系喜排水良好、喜通氣性強(qiáng)、耐旱、耐鹽堿等砂生植物所獨(dú)有的特性有關(guān)[14]。從現(xiàn)有分布來(lái)看,野生玫瑰具有向大陸內(nèi)部擴(kuò)散的趨勢(shì),但仍需長(zhǎng)久觀察。野生玫瑰分布區(qū)大致位于高緯度高寒地區(qū),因此地理和氣候條件可能是未來(lái)限制野生玫瑰自然種群擴(kuò)散和人為引種栽培的重要因素[15]。此外,地球運(yùn)動(dòng)如造山運(yùn)動(dòng)和渤海灣形成等也對(duì)野生玫瑰的分布產(chǎn)生了一定的影響。

3.2 野生玫瑰潛在自然分布區(qū)預(yù)測(cè)

野生玫瑰具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性,這是其能夠成功入侵、定居并擴(kuò)散的重要原因。利用收集的野生玫瑰原生種群的分布點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo),結(jié)合R語(yǔ)言程序及MaxEnt預(yù)測(cè),對(duì)野生玫瑰潛在的自然擴(kuò)散適生區(qū)進(jìn)行描述,將對(duì)未來(lái)野生玫瑰天然入侵或引種栽培提供一定的科學(xué)支撐。結(jié)果顯示,在野生玫瑰原生種群的東亞分布范圍內(nèi),山東半島、渤海灣、朝鮮半島及日本沿海灘涂仍為野生玫瑰的最優(yōu)生境,且次優(yōu)生境多出現(xiàn)在沿海往里的內(nèi)陸地區(qū)。遠(yuǎn)離海洋的大陸內(nèi)部也出現(xiàn)野生玫瑰較為適宜定居的場(chǎng)所,如我國(guó)陜西省與河南省交界處,此外,長(zhǎng)江中下游地區(qū)沿江灘涂也可能是野生玫瑰潛在的分布區(qū)如圖2所示,這可能是自然條件和人為因素共同作用的結(jié)果,與人們普遍認(rèn)為的野生玫瑰具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性看法相一致。

圖2 野生玫瑰潛在分布區(qū)

4 結(jié) 論

受氣候變化和人為因素的影響,中國(guó)東部沿海、朝鮮、日本等地區(qū)野生玫瑰天然種群自然更新緩慢,擴(kuò)張能力差,而在西歐及美洲適生區(qū)域擴(kuò)張迅速,成為入侵植物[16]。物種分布預(yù)測(cè)模型的結(jié)果顯示沿海地區(qū)砂生環(huán)境仍為野生玫瑰最優(yōu)生境,但同時(shí)也有向大陸內(nèi)部擴(kuò)散的趨勢(shì)。研究結(jié)果將提升人們對(duì)野生玫瑰種質(zhì)資源分布狀況的認(rèn)知,還將對(duì)野生玫瑰適生區(qū)域的引種栽培提供一定的科學(xué)依據(jù)。建議下一步注重野生玫瑰群落中其他物種多樣性研究,有助于從群落水平發(fā)現(xiàn)影響群落動(dòng)態(tài)的生物因子如競(jìng)爭(zhēng)者、天敵等,在引種時(shí),從群落水平采取相應(yīng)的種群管理策略,以免造成野生玫瑰的入侵。