Dispersal limitation and seed predation drive rarity of a plant species at its range edge

IF 5.6 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2025-06-25 DOI:10.1111/1365-2745.70083

Emma R. Neigel, Timothy D. Schwinghammer, J. L. McCune

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传播限制和种子捕食决定了一个植物物种在其范围边缘的稀有性

理解为什么许多物种是稀有的一直是生态学的中心目标。除了本地丰度之外，物种范围内发生的频率是衡量稀有度的一个轴(Gaston, 1994；拉比诺维茨,1981)。例如，一些稀有物种在它们发生的地方有很大的种群规模，但在它们的地理范围内相对较少。相比之下，其他稀有物种在它们的分布范围内更频繁地出现，但种群数量很少。在前者的情况下，两个主要过程被认为限制了发生的频率：具有适当条件的地点（非生物和生物）的低可用性和物种进入这些地点的能力(扩散；摩尔,埃尔门多夫,2006)。首先，如果一个物种所需的条件受到限制，非生物因素可能导致该物种在景观中不常见，这反映了它的基本生态位（Grinnell, 1917）。已经进化到专门从事狭窄范围的非生物条件的物种将很少出现。例如，适应少数地区地质构造的植物物种只会出现在这些地区(如Allison &amp；史蒂文斯,2001)。此外，如果它们所需要的环境条件组合被限制在孤立的小袋中，或者如果总体栖息地质量逐渐向外围下降，那么即使是在其地理范围中心附近频繁出现的栖息地通才也可能在其范围边缘附近变得不那么频繁(Brown, 1984；Holt et al., 2005；霍尔特,Keitt, 2000)。然而，很少有研究定量评估野外中心和外围站点位置的非生物条件（Pironon et al., 2017）。其次，传播能力差会阻止一个物种到达一个地点，即使栖息地是合适的。一个物种分散和定居的能力可以决定其发生的频率。此外，如果一个物种可以分散到很远的地方，但很少这样做，这可以阻止它重新定居在种群灭绝的地方（Baur, 2014）。低传播率可能是由于种子限制造成的，这可能包括缺乏种子可用性(Clark et al., 2007；Seabloom et al., 2003)。此外，由生境破碎化造成的扩散障碍可以降低定植率并加剧扩散限制的影响(Primack &amp；苗族,1992)。扩散限制可以通过将一个物种的繁殖体或成熟个体添加到未被占用的地点来测试。许多种子添加试验通过记录在以前无人居住的地点成功招募，为扩散限制提供了证据(例如Clark等人，2007；Ehrlen,埃里克森,2000;Primack,苗族,1992;特恩布尔等人，2000)。最后，即使一个物种可以分散到一个具有有利的非生物条件的地点，生物相互作用也可以阻止该地点的占领。如果存在天敌（即竞争对手、捕食者、寄生虫和病原体），物种进入合适栖息地的机会可能会受到限制。缺乏特定的共生伙伴或传粉者也会阻止物种占据原本合适的地点(Kraft &amp；现在,2014;威廉姆森,1996)。例如，一些兰花物种需要特定的菌根真菌来发芽和存活(Hemrova et al., 2019；Reiter et al., 2016)。总体而言，相对于非生物因素，生物因素作为物种发生模式的原因研究不足(Ge et al., 2024；Lamothe等人，2019；Wisz et al., 2013)。了解扩散限制、非生物条件和生物相互作用对限制物种发生的相对影响对于靠近其范围边缘的保护关注物种尤其重要，因为通常不知道它们为什么稀有。它们可能很少出现，因为靠近它们的范围边缘，而适合的栖息地可能较少丰富（不完整）和/或质量较低（Brown等人，1996），或者它们的稀有可能与缺乏时间和/或在范围边缘内外分散的能力有限有关(Svenning &amp；鉴于此,2004)。人为生境破碎化通过消除适宜生境和增加剩余适宜生境之间的距离而加剧了这两个因素。即使在广泛的人为干扰之前，关于边缘种群是否总是罕见的不确定性导致了关于保护边缘种群需要的争议(例如Fraser, 2000；猎人,例如，Lesica和Allendorf（1995）认为，只有当外围种群表现出与中心种群的遗传差异时，它们才应该成为保护的重点。在本研究中，我们测试了扩散限制、非生物条件和生物相互作用对木罂粟（Stylophorum diphyllum, micx .）发生的影响。纳特。 ;纸鹤科)，一种濒临灭绝的多年生草本植物，在加拿大安大略省南部其分布范围的北部边缘仅已知有五种（加拿大政府，2021年）。物种分布模型（SDMs）表明，该地区存在大量潜在的合适的、未被占用的栖息地（McCune, 2019）。该物种主要依靠蚂蚁进行传播，这可能会限制其在合适栖息地定居的能力，此外还面临啮齿动物的种子捕食（Bowles, 2007）。通过种子添加试验，实验考察了扩散限制、非生物条件和生物相互作用对双叶沙棘发生的相对影响。首先，我们利用SDM估算了大尺度非生物栖息地的适宜性，并在不同生境适宜性等级的未被占用的森林立地种植了种子。我们测量了种植小样地的冠层盖度、土壤湿度和温度。为了控制生物间的相互作用，我们把一半的种子关在笼子里，排除了种子捕食者。如果扩散限制是主要的限制因素，我们预测幼苗的出苗率和成活率相对较高，而与预测的生境适宜性无关。如果大尺度适宜生境的可获得性是白杨稀有的主要原因，我们预测白杨幼苗出苗率和成活率与生境适宜性呈正相关。如果精细尺度的小气候条件比大尺度的生境适宜性更重要，我们预测微生境条件将是幼苗出苗和存活的一个更强的预测因子，或者它们可能与大尺度生境适宜性相互作用。例如，幼苗出苗率可能在低适宜性地点高，但只有在合适的微型地点种植。最后，如果种子捕食者限制发生，我们预测与未受保护的控制相比，暴露的幼苗出苗率更高。

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.