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氣候塑造中國常綠與落葉植物葉相特征的差異演化

媒體:原創  作者:植物園聯盟   專業號:植物園聯盟 2025-02-12 13:50:04

植物葉片形態特征(葉相)和功能反映了植物在生理和生態過程上的功能適應,進而能指示當地氣候。木本雙子葉植物葉相特征和氣候因子之間存在顯著的相關性。因此古植物學家利用葉相—氣候模型定量重建新生代陸地古氣候。植物葉相特征通常在不同植物習性(常綠和落葉)中表現出明顯差異,這些差異被認為對不同氣候條件的響應。長期以來,研究人員對植物葉相中的葉緣特征在不同植物習性中的變化以及對氣候的響應展開了研究。然而,對于諸如單葉、葉面積、葉尖和葉基類型、長寬比和葉形等葉相特征在不同植物習性中的差異,還有不同植物習性的葉相特征對于氣候的響應知之甚少。

中國科學院西雙版納熱帶植物園的李樹峰研究員與中國科學院昆明植物研究所的陳文允博士、成都理工大學的蘇濤教授攜手合作,以中國濕潤、半濕潤地區的2111種常綠植物和1001種落葉原生木本雙子葉植物作為研究對象,針對上述常綠和落葉木本雙子葉植物葉相特征所存在的差異,以及這兩類葉相特征對氣候,尤其是具有夏季高溫多雨、冬季寒冷干旱這一顯著特征的東亞季風氣候的適應模式等方面展開了研究。結果表明,常綠樹種與落葉樹種的大部分葉片形態特征上存在顯著差異,這些差異在物種層面和縣域百分比值中均有體現。具體而言:單葉、全緣葉、中型葉至大型葉,葉尖急尖和微缺、葉基急尖、狹窄葉(長寬比>3:1)以及橢圓形葉在常綠植物中占據優勢。相較而言,波形葉、小型葉、葉尖鈍形,葉基鈍形、寬葉(長寬比<2:1)以及心形葉在落葉植物中占據優勢。常綠和落葉植物的葉相特征對氣候,尤其是冬季溫度和降水的響應存在顯著差異。落葉植物中占優勢的葉相特征主要分布寒冷和干燥的氣候環境中;相反,在常綠植物中占優勢葉相特征,主要分布在溫暖和濕潤的氣候環境中(圖)。中國常綠和落葉植物的葉相特征對冬季氣候變量展現出截然不同響應。常綠植物的葉片特征增強了其抵御冬季低溫和干旱的能力,因而受這些氣候條件的影響較小。相反,落葉樹種則通過其獨特的葉片特征更有效地規避了這些氣候挑戰,所受不利氣候條件的影響亦相對較輕。這反映了兩種植物習性在環境耐受性方面存在顯著差異。這些差異與東亞冬季季風所造就的氣候條件緊密相連。常綠樹種和落葉樹種通過各自獨特的葉片特征,適應了東亞冬季季風所帶來的特定氣候條件。這表明東亞冬季風對常綠和落葉植物的葉相特征產生了顯著影響,甚至驅動了葉相特征在這兩種植物習性中優勢度的改變。

近期,研究結果以“The leaf physiognomy of evergreen and deciduousspeciesexhibits different responses to climate: Implications for palaeoclimate reconstruction in China”為題在線發表于國際古植物學期刊Palaeogeography,Palaeoclimatology, Palaeoecology上。該研究得到國家自然科學基金和云南省中青年學術和技術帶頭人項目支持。

圖.典型對應分析(CCA)圖展示了常綠和落葉物種樣點在軸1–3空間中的分布。a,CCA軸1對CCA軸2;b,CCA軸1對CCA軸3;n=1019;氣候變量包括年平均氣溫(MAT)、最暖月平均氣溫(WMMT)、最冷月平均氣溫(CMMT)、年平均降水量(MAP)、生長季降水量(GSP)、連續三個月最少降水量(P3DRY)、相對濕度(RH)和比濕(SH);葉片性狀縮寫見文中描述。

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