中國科學院昆明植物研究所
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華山松演化研究揭開“適地適樹”造林原則的科學玄機

文章來源:中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室  |  發布時間:2020-07-21  |  作者:劉杰,賈蕓,李忠虎  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  全球森林覆蓋率極速銳減,導致了前所未有的生物多樣性和生態系統功能喪失。植樹造林作為一種有效的應對方案已被許多國家廣泛采納,將其用于緩解氣候變化、保護天然林、促進自然林再生以及提供森林產品等。近幾十年來,全球造林規模不斷擴大,中國是目前世界上造林面積最多的國家,約有7890萬公頃的人工林,約占全球28%。盡管在我國勞動人民的長期實踐中很早就意識到適地適樹(site-species matching principle造林原則(立地條件與樹種特性相互適應)的重要性,然而,大規模植樹造林對森林樹種空間遺傳格局和進化印記的影響機制尚不清楚。 

  物種遺傳格局主要由群體自然演化歷史決定,但跨區域種源交換的植樹造林勢必對自然群體產生遺傳漸滲。因此,解析植樹造林對物種遺傳格局和進化的影響需要統籌考慮自然演化和人為干擾的雙重因素。華山松(Pinus armandii)是我國特有針葉樹種,自然分布于東喜馬拉雅、橫斷山區和秦巴山地等區域。多年來,華山松一直是我國重要的造林樹種之一,被廣泛用于陜西、云南、四川、湖北等地的退耕還林實踐中,在許多地方兼有自然分布和植樹造林群體,是探究植樹造林對物種遺傳格局影響機制的理想對象。 

  中國科學院昆明植物研究所和西北大學等單位合作,以華山松為例,基于自然群體和植樹造林群體的系統取樣,通過譜系地理學、群體遺傳學、物種分布區模擬和生態位模型等多學科交叉的方法,探究了華山松大規模植樹造林對該物種空間遺傳格局和進化印記的影響機制。結果表明,華山松分化成東喜馬拉雅(EH)、橫斷山南部(SH)和秦巴山地(QD)三個明顯的地理譜系,它們在晚中新世橫斷山脈大規模隆升和亞洲夏季風加強時發生分化(圖1)。不同譜系的自然群體和栽培群體間存在有限的基因交流,表明每個譜系保持了其遺傳組分的完整性??缱V系分布區的異地種源間未檢測到大規模植樹造林的遺傳印記,揭示了大多數栽培群體都來自于同一譜系分布區的野生群體,遵從適地適樹的原則,從而最大限度減少了植樹造林對華山松自然群體遺傳格局的擾動。綜合生態位模型和生態位差異性檢測分析(圖2)以及此前華山松種源區試及其他研究結果,表明三個譜系各自占有不同的生態位,具有差異化的適應性。因此,三個譜系擁有不同的遺傳背景,適應不同的環境,跨譜系分布區的種源調用面臨遺傳和生態的錯配,終將導致引種造林失敗。本研究明晰了20世紀70年代華山松跨省區引種造林失敗的根源,為林業生產適地適樹的原則提供了遺傳學和生態學證據,并提出要考慮在物種未來氣候適宜區營林。對其他造林樹種,也需一樹一議,亟待開展人工造林對自然群體遺傳格局的影響評估。 

  近日,該研究結果以“Evolutionary legacy of a forest plantations tree species (Pinus armandii): Implications for widespread afforestation”為題,發表在演化生物學領域著名期刊Evolutionary Applications上。西北大學博士研究生賈蕓為第一作者,昆明植物所劉杰副研究員和西北大學李忠虎教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室開放項目等項目的資助。 

  文章鏈接 

 

1 華山松遺傳格局及種內譜系分化歷史 

 

2 華山松不同譜系間生態位分化檢測結果 

(責任編輯:李雪)

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