野生玫瑰种质资源分布现状及预测

夏德美, 姚洪锡

(1.芜湖职业技术学院, 安徽 芜湖 241000; 2.荣成市国有成山林场, 山东 威海 264300)

1 前 言

野生玫瑰(RosarugosaThunb)是蔷薇科灌木植物,能够抗寒、抗旱、抗风沙,且具有较强的抗病、耐贫瘠能力,在含有一定盐碱成分的土壤中也能生长良好[1]。野生玫瑰花比玫瑰栽培品种大,具有雌雄蕊无瓣化现象[2],又有香味独特、生态适应性更强等优良特性[3],是我国重要的药食两用植物,具有很高的经济价值和巨大的市场潜力,尤其是玫瑰精油[4-5]。野生玫瑰原产于东亚,包括中国东北部、朝鲜半岛、日本和俄罗斯远东地区[6]。此外,野生玫瑰在一些栖息地被归类为入侵物种,特别是在北欧海岸带地区[7]。

植物分布区是宏观生态学的一个重要概念,不仅和物种绝灭、生态入侵、生态位幅度等密切相关,同时与物种多样性的地理分布格局及其与环境因子的关系存在一定的关联。近年来,随着物种和种质资源保护意识的增强,研究人员从生态调查、濒危机理、保护策略、基因多样性、种质资源调查和培育等方面对野生玫瑰进行了较多研究,对野生玫瑰种质资源的保护发挥了重要作用[8-10]。尽管野生玫瑰种质资源调查工作由来已久且还在持续当中,较少有研究对其自然分布现状进行汇总描述并进一步预测,但这对于人们认识野生玫瑰生理生态特性及在未来气候变化背景下的生态适应性具有重要意义,在一定程度上有助于宏观保护策略的制定。

本研究通过实地野外调查、文献综述、网络等方法手段对野生玫瑰原始种群及引种或栽培种群的分布特征进行分析,并在此基础上结合地理和气候因子等对野生玫瑰潜在分布区进行分析预测。研究结果将提升人们对野生玫瑰种质资源分布状况的认知,还将对野生玫瑰适生区域的引种栽培、分布区预测等提供一定的科学依据。

2 方法和材料

2.1 物种分布数据收集

以野生玫瑰的分布范围为依据,结合山东烟台牟平区、姜格庄镇,威海成山镇、辽宁明阳镇以及吉林珲春市野生玫瑰种群分布区的多次野外实地调查、文献资料及中国植物图像库获得的分布点,记录其地理坐标数据,筛去重复和不确定点,最终得到野生玫瑰的原生分布点46个,如图1所示。

图1 野生玫瑰原生分布点

2.2 环境因子数据的获取

根据收集的野生玫瑰原生分布点经纬度坐标,通过WorldClim网站提取1970年至2000年该坐标区域的年均温度、日均温、等温性、温度季节性、年最温暖月份最高温、年最冷月最低温、年温度变化范围、年最潮湿季度均温、年最干季均温、年最温暖地区均温、年最冷季均温、年平均降水量、年最多降雨量月份、年最干燥月降水量、降水季节性、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个生物气候变化量,用于后续模型运行。

2.3 潜在自然分布区的预测

利用R语言中map的软件空间分析功能进行数据插值,结合原生分布点及相对应的生物气候变量对野生玫瑰适生区进行预测。将野生玫瑰分布数据导入MaxEnt模型中建模,随机测试比例设置为25,调控系数设置为2.8,重复10次运算进行验证。以刀切法来评价各环境因子对野生玫瑰生长的影响力,Logistic格式输出结果,即分布概率,同时,运行软件MaxEnt会自动绘制计算AUC值,AUC>0.9表明模型的预测效果很好[11]。

3 结果与分析

3.1 野生玫瑰分布现状及特征

20世纪以来,由于工业开发、旅游度假、填海养殖等人类活动的增加,导致野生玫瑰原始生境逐渐萎缩,天然分布碎片化严重,对海岸带生态脆弱区生态安全造成了极大的破坏。由于种群数量的迅速减少,野生玫瑰在中国已被列为二级保护植物[12](Fu 1992)。研究发现,就原生种群而言,野生玫瑰零星分布于我国北方沿海、日本北海道、朝鲜以及萨哈林岛(库页岛)和堪察加半岛等地,在我国仅存于山东烟台、辽东半岛和吉林省东部等沿海或入海口砂质滩涂地区。然而,从东亚引种至欧洲的玫瑰在18世纪初逃逸到野生环境后陆续被北海和波罗的海周边国家列为入侵物种。在欧洲西北部的许多国家适应性极强,特别是在沿海沙丘上,形成了大面积的优势种群,对入侵地自然植被产生不利影响[13]。野生玫瑰入侵种群广布于欧洲大陆西部,甚至整个英格兰群岛均以发现其扩张分布。此外,在北美洲加拿大新斯科舍省也存在分布。

野生玫瑰对生境具有一定的偏好,多分布于沿海或入海口的沙质滩涂上,如图1所示,这可能与野生玫瑰根系喜排水良好、喜通气性强、耐旱、耐盐碱等砂生植物所独有的特性有关[14]。从现有分布来看,野生玫瑰具有向大陆内部扩散的趋势,但仍需长久观察。野生玫瑰分布区大致位于高纬度高寒地区,因此地理和气候条件可能是未来限制野生玫瑰自然种群扩散和人为引种栽培的重要因素[15]。此外,地球运动如造山运动和渤海湾形成等也对野生玫瑰的分布产生了一定的影响。

3.2 野生玫瑰潜在自然分布区预测

野生玫瑰具有较强的生态适应性,这是其能够成功入侵、定居并扩散的重要原因。利用收集的野生玫瑰原生种群的分布点经纬度坐标,结合R语言程序及MaxEnt预测,对野生玫瑰潜在的自然扩散适生区进行描述,将对未来野生玫瑰天然入侵或引种栽培提供一定的科学支撑。结果显示,在野生玫瑰原生种群的东亚分布范围内,山东半岛、渤海湾、朝鲜半岛及日本沿海滩涂仍为野生玫瑰的最优生境,且次优生境多出现在沿海往里的内陆地区。远离海洋的大陆内部也出现野生玫瑰较为适宜定居的场所,如我国陕西省与河南省交界处,此外,长江中下游地区沿江滩涂也可能是野生玫瑰潜在的分布区如图2所示,这可能是自然条件和人为因素共同作用的结果,与人们普遍认为的野生玫瑰具有较强的生态适应性看法相一致。

图2 野生玫瑰潜在分布区

4 结 论

受气候变化和人为因素的影响,中国东部沿海、朝鲜、日本等地区野生玫瑰天然种群自然更新缓慢,扩张能力差,而在西欧及美洲适生区域扩张迅速,成为入侵植物[16]。物种分布预测模型的结果显示沿海地区砂生环境仍为野生玫瑰最优生境,但同时也有向大陆内部扩散的趋势。研究结果将提升人们对野生玫瑰种质资源分布状况的认知,还将对野生玫瑰适生区域的引种栽培提供一定的科学依据。建议下一步注重野生玫瑰群落中其他物种多样性研究,有助于从群落水平发现影响群落动态的生物因子如竞争者、天敌等,在引种时,从群落水平采取相应的种群管理策略,以免造成野生玫瑰的入侵。