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标题：Density dependence of seed dispersal and fecundity profoundly alters the spread dynamics of plant populations

作者：一作&通讯：Jinlei Zhu（朱金雷）【中国林业科学研究院生态保护与修复研究所/荒漠化研究所；Institute of Landscape and Plant Ecology, University of Hohenheim（霍恩海姆大学景观与植物生态研究所）】；共同作者：Nata?a Luki?【Institute of Landscape and Plant Ecology, University of Hohenheim（霍恩海姆大学景观与植物生态研究所）；Faculty of Forestry, University of Banja Luka（巴尼亚卢卡大学林学系）】；J?rn Pagel, Frank M. Schurr【Institute of Landscape and Plant Ecology, University of Hohenheim（霍恩海姆大学景观与植物生态研究所）】

链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.14142

研究背景

植物种群扩张指植物个体或种群随时间在景观中移动，在生态和进化方面具有重要意义。从生态学角度来看，植物种群扩张影响物种分布和丰度，从而影响生态系统结构与功能。例如，入侵植物种的扩散可改变土壤结构、养分循环和水分循环等生态系统过程，导致生物多样性和生态系统服务发生改变。从进化学角度来看，植物种群扩张可通过促进不同种群之间的基因流来影响种群遗传结构，增加种群遗传多样性并减少近亲繁殖引起的种群衰退。植物种群扩张还可使植物通过占据新栖息地或跟踪适宜栖息地的变化以适应环境变化。

植物种群扩张受诸多因素调控，包括种子传播、繁殖力、环境条件和生物相互作用。明确植物种群扩张的驱动机制对于预测植物种群应对环境变化、保护濒危物种与及防控物种入侵至关重要。植物种群扩张必然导致植物种群密度变化，种群密度改变进而影响植物繁殖力和种子传播过程。尽管针对植物繁殖力的密度依赖性大量研究业已开展，但种子传播的密度依赖性如何调控植物种群扩张动态尚不明晰。

鉴于此，本研究探究了种子传播和繁殖力的密度依赖性在植物种群扩张中的作用，旨在回答如下两个关键科学问题：1）密度依赖性如何影响种群扩张速率、边缘深度和种群连续性？2）密度依赖性是否显著影响风力传播植物的种群扩张过程？为回答上述问题，研究人员构建了一个通用模型框架以刻画密度依赖性对对三个关键种群扩张特征（扩张速率、边缘深度和种群连续性）的影响，同时借助于控制实验证实风力传播植物在繁殖力和种子传播距离的密度依赖性存在显著差异。

图1 植物种群扩张动态的三个特征：扩张速率、边缘深度和种群连续性

重要发现

密度依赖性在植物种群扩张中发挥核心作用。繁殖力和扩散距离的密度依赖性显著改变了三个种群扩张特征：扩张速率、边缘深度和种群连续性。风力传播植物繁殖力和种子传播距离的密度依赖性存在明显差异，这极大改变了其种群扩张动态。

图2 繁殖力和种子传播的密度依赖性深刻影响植物种群扩张动态的三个特征

研究意义

本研究提供了一种新的思路框架来研究植物种群扩张动态，并揭示了密度依赖性对这些动态的深刻影响。该框架为开发更准确的模型来预测气候变化下的植物迁移提供了重要理论依据。研究还表明，密度依赖性在植物种群中普遍存在，并且可能会对气候变化背景下的植物迁移、濒危植物保护和入侵植物防控等方面产生重要影响。因此，本研究为人们更好地理解和管理自然生态系统提供了重要理论基础。

图3 密度依赖性影响植物种群扩张动态的研究框架

作者简介

朱金雷，中国林业科学研究院生态保护与修复研究所/荒漠化所副研究员。研究领域为恢复生态学和保护生物学，重点关注植物种子传播对濒危植物保护、入侵植物防控、退化生态系统近自然修复中的影响及相关机理。研究手段包括模型模拟、控制实验及观测数据整合；研究对象涵盖了荒漠、草地和农田生态系统。

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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