東北地理所在野火釋放溫帶草原種子休眠方面取得進(jìn)展
火，作為關(guān)鍵的生態(tài)與進(jìn)化驅(qū)動(dòng)因子，在塑造植物群落結(jié)構(gòu)方面扮演著“雙刃劍”的角色。它既能燒毀植被，也能通過(guò)熱激和煙霧信號(hào)“喚醒”沉睡的種子，啟動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的更新與演替。
全球“火易發(fā)生態(tài)系統(tǒng)”（Fire-prone ecosystem）中，約42%的物種會(huì)對(duì)熱或煙信號(hào)表現(xiàn)出積極的萌發(fā)響應(yīng)。然而，在非典型的火易發(fā)生態(tài)系統(tǒng)如中國(guó)北方溫帶草原，植物種子萌發(fā)究竟如何響應(yīng)火干擾？這一過(guò)程受何種因素調(diào)控？長(zhǎng)期以來(lái)，相關(guān)研究多局限于少數(shù)物種或依賴宏觀數(shù)據(jù)的整合分析，缺乏基于特定生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)性實(shí)證研究。
針對(duì)上述問(wèn)題，東北地理所科研人員以中國(guó)北方溫帶草地的80種常見(jiàn)植物為研究對(duì)象，模擬了野火發(fā)生時(shí)的煙和熱激信號(hào)。研究團(tuán)隊(duì)采用貝葉斯系統(tǒng)發(fā)育混合效應(yīng)模型，系統(tǒng)評(píng)估了煙、熱激及其交互作用對(duì)種子萌發(fā)的影響，揭示了植物繁殖性狀（Regenerative traits）在火驅(qū)動(dòng)種群更新過(guò)程中的關(guān)鍵作用。
研究發(fā)現(xiàn)，供試的80個(gè)物種中，有24個(gè)物種的種子萌發(fā)受到火干擾信號(hào)的顯著促進(jìn)，其中11個(gè)物種對(duì)熱激處理表現(xiàn)出顯著響應(yīng)，13個(gè)物種對(duì)煙信號(hào)表現(xiàn)出顯著響應(yīng)。然而，這些萌發(fā)響應(yīng)并未表現(xiàn)出顯著的系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)。研究進(jìn)一步闡明，種子休眠類型與解除休眠所需的特定火干擾信號(hào)密切相關(guān)，且一年生與多年生物種在對(duì)火干擾信號(hào)的萌發(fā)響應(yīng)上表現(xiàn)出顯著差異。以上結(jié)果表明，植物是否對(duì)火敏感，并不依賴于它們的親緣關(guān)系，而更多地取決于繁殖性狀。盡管整體萌發(fā)率的提高幅度有限，但物種及功能群對(duì)火干擾信號(hào)的差異性響應(yīng)揭示了野火在重塑群落結(jié)構(gòu)與組成中的潛在重要性。該研究為深入理解溫帶草原火后植被恢復(fù)機(jī)制提供了新的科學(xué)依據(jù)，也為草地生態(tài)系統(tǒng)的管理與恢復(fù)提供了理論支撐。
研究成果發(fā)表在植物學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典期刊《Annals of Botany》上，第一作者為東北地理所博士研究生李紹陽(yáng)，通訊作者為馬紅媛研究員。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金（U23A2004）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFF1300601）以及中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2023CXTD02）的共同資助。
圖1 80個(gè)研究物種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及相對(duì)萌發(fā)率
圖2 煙信號(hào)（無(wú)煙vs.有煙）和高溫信號(hào)（無(wú)熱vs.有熱）組合下的萌發(fā)率及T50
論文鏈接：
Shaoyang Li, Hongyuan Ma, Yaxiao Li, Dandan Zhao, Yanmei Fu, Zhaoxia Jiang. Lifespan and dormancy type affect post-fire seed germination strategies: Evidence from a multispecies experiment in a temperate grassland, Annals of Botany, 2026;, mcag021, https://doi.org/10.1093/aob/mcag021.
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