野生玫瑰種質資源分布現狀及預測

夏德美, 姚洪錫

(1.蕪湖職業技術學院, 安徽 蕪湖 241000; 2.榮成市國有成山林場, 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、抗風沙,且具有較強的抗病、耐貧瘠能力,在含有一定鹽堿成分的土壤中也能生長良好[1]。野生玫瑰花比玫瑰栽培品種大,具有雌雄蕊無瓣化現象[2],又有香味獨特、生態適應性更強等優良特性[3],是我國重要的藥食兩用植物,具有很高的經濟價值和巨大的市場潛力,尤其是玫瑰精油[4-5]。野生玫瑰原產于東亞,包括中國東北部、朝鮮半島、日本和俄羅斯遠東地區[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[7]。

植物分布區是宏觀生態學的一個重要概念,不僅和物種絕滅、生態入侵、生態位幅度等密切相關,同時與物種多樣性的地理分布格局及其與環境因子的關系存在一定的關聯。近年來,隨著物種和種質資源保護意識的增強,研究人員從生態調查、瀕危機理、保護策略、基因多樣性、種質資源調查和培育等方面對野生玫瑰進行了較多研究,對野生玫瑰種質資源的保護發揮了重要作用[8-10]。盡管野生玫瑰種質資源調查工作由來已久且還在持續當中,較少有研究對其自然分布現狀進行匯總描述并進一步預測,但這對于人們認識野生玫瑰生理生態特性及在未來氣候變化背景下的生態適應性具有重要意義,在一定程度上有助于宏觀保護策略的制定。

本研究通過實地野外調查、文獻綜述、網絡等方法手段對野生玫瑰原始種群及引種或栽培種群的分布特征進行分析,并在此基礎上結合地理和氣候因子等對野生玫瑰潛在分布區進行分析預測。研究結果將提升人們對野生玫瑰種質資源分布狀況的認知,還將對野生玫瑰適生區域的引種栽培、分布區預測等提供一定的科學依據。

2 方法和材料

2.1 物種分布數據收集

以野生玫瑰的分布范圍為依據,結合山東煙臺牟平區、姜格莊鎮,威海成山鎮、遼寧明陽鎮以及吉林琿春市野生玫瑰種群分布區的多次野外實地調查、文獻資料及中國植物圖像庫獲得的分布點,記錄其地理坐標數據,篩去重復和不確定點,最終得到野生玫瑰的原生分布點46個,如圖1所示。

圖1 野生玫瑰原生分布點

2.2 環境因子數據的獲取

根據收集的野生玫瑰原生分布點經緯度坐標,通過WorldClim網站提取1970年至2000年該坐標區域的年均溫度、日均溫、等溫性、溫度季節性、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個生物氣候變化量,用于后續模型運行。

2.3 潛在自然分布區的預測

利用R語言中map的軟件空間分析功能進行數據插值,結合原生分布點及相對應的生物氣候變量對野生玫瑰適生區進行預測。將野生玫瑰分布數據導入MaxEnt模型中建模,隨機測試比例設置為25,調控系數設置為2.8,重復10次運算進行驗證。以刀切法來評價各環境因子對野生玫瑰生長的影響力,Logistic格式輸出結果,即分布概率,同時,運行軟件MaxEnt會自動繪制計算AUC值,AUC>0.9表明模型的預測效果很好[11]。

3 結果與分析

3.1 野生玫瑰分布現狀及特征

20世紀以來,由于工業開發、旅游度假、填海養殖等人類活動的增加,導致野生玫瑰原始生境逐漸萎縮,天然分布碎片化嚴重,對海岸帶生態脆弱區生態安全造成了極大的破壞。由于種群數量的迅速減少,野生玫瑰在中國已被列為二級保護植物[12](Fu 1992)。研究發現,就原生種群而言,野生玫瑰零星分布于我國北方沿海、日本北海道、朝鮮以及薩哈林島(庫頁島)和堪察加半島等地,在我國僅存于山東煙臺、遼東半島和吉林省東部等沿海或入海口砂質灘涂地區。然而,從東亞引種至歐洲的玫瑰在18世紀初逃逸到野生環境后陸續被北海和波羅的海周邊國家列為入侵物種。在歐洲西北部的許多國家適應性極強,特別是在沿海沙丘上,形成了大面積的優勢種群,對入侵地自然植被產生不利影響[13]。野生玫瑰入侵種群廣布于歐洲大陸西部,甚至整個英格蘭群島均以發現其擴張分布。此外,在北美洲加拿大新斯科舍省也存在分布。

野生玫瑰對生境具有一定的偏好,多分布于沿海或入海口的沙質灘涂上,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、耐旱、耐鹽堿等砂生植物所獨有的特性有關[14]。從現有分布來看,野生玫瑰具有向大陸內部擴散的趨勢,但仍需長久觀察。野生玫瑰分布區大致位于高緯度高寒地區,因此地理和氣候條件可能是未來限制野生玫瑰自然種群擴散和人為引種栽培的重要因素[15]。此外,地球運動如造山運動和渤海灣形成等也對野生玫瑰的分布產生了一定的影響。

3.2 野生玫瑰潛在自然分布區預測

野生玫瑰具有較強的生態適應性,這是其能夠成功入侵、定居并擴散的重要原因。利用收集的野生玫瑰原生種群的分布點經緯度坐標,結合R語言程序及MaxEnt預測,對野生玫瑰潛在的自然擴散適生區進行描述,將對未來野生玫瑰天然入侵或引種栽培提供一定的科學支撐。結果顯示,在野生玫瑰原生種群的東亞分布范圍內,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生境,且次優生境多出現在沿海往里的內陸地區。遠離海洋的大陸內部也出現野生玫瑰較為適宜定居的場所,如我國陜西省與河南省交界處,此外,長江中下游地區沿江灘涂也可能是野生玫瑰潛在的分布區如圖2所示,這可能是自然條件和人為因素共同作用的結果,與人們普遍認為的野生玫瑰具有較強的生態適應性看法相一致。

圖2 野生玫瑰潛在分布區

4 結 論

受氣候變化和人為因素的影響,中國東部沿海、朝鮮、日本等地區野生玫瑰天然種群自然更新緩慢,擴張能力差,而在西歐及美洲適生區域擴張迅速,成為入侵植物[16]。物種分布預測模型的結果顯示沿海地區砂生環境仍為野生玫瑰最優生境,但同時也有向大陸內部擴散的趨勢。研究結果將提升人們對野生玫瑰種質資源分布狀況的認知,還將對野生玫瑰適生區域的引種栽培提供一定的科學依據。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現影響群落動態的生物因子如競爭者、天敵等,在引種時,從群落水平采取相應的種群管理策略,以免造成野生玫瑰的入侵。