肖宜安, 張斯斯, 閆小紅, 董 鳴

1 井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 吉安 343009 2 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 北碚 400715 3 杭州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 杭州 311121 4 江西省生物多樣性與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉安 343009

全球氣候變暖影響植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

肖宜安1,2,4, 張斯斯1,2, 閆小紅1,4, 董 鳴3,*

1 井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 吉安 343009 2 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 北碚 400715 3 杭州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 杭州 311121 4 江西省生物多樣性與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉安 343009

植物與傳粉者間相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的傳粉網(wǎng)絡(luò)。目前，以氣候變化為主要特征的全球變暖對(duì)植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)的影響備受關(guān)注，概述了近年來這方面研究的幾個(gè)主要熱點(diǎn)問題及其進(jìn)展，和相關(guān)研究方法。并在此基礎(chǔ)上，提出了氣溫持續(xù)上升背景下，植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)未來的研究趨勢(shì)。當(dāng)前研究的主要熱點(diǎn)問題有：(1)氣候變暖使植物、傳粉者的物候發(fā)生變化，并通過影響植物的開花時(shí)間和傳粉者活動(dòng)時(shí)間，導(dǎo)致兩者在物候時(shí)間上的不同步。(2)氣候變暖導(dǎo)致植物、傳粉者的群落結(jié)構(gòu)變化，促使其地理分布向更高緯度和更高海拔擴(kuò)散，這可能潛在的導(dǎo)致兩者空間分布的不匹配。(3)植物和傳粉者通過增加或減少其豐富度來響應(yīng)氣候變暖，可能導(dǎo)致傳粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化。(4)面對(duì)氣候變暖導(dǎo)致植物和傳粉者間物候和地理分布錯(cuò)配所引發(fā)的互作改變、甚至解體，傳粉網(wǎng)絡(luò)可通過自身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及快速進(jìn)化來緩沖和適應(yīng)。在今后研究中，以下幾個(gè)問題值得探討:1)氣候變暖對(duì)植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)影響的大時(shí)空尺度變異模式。2)多因素協(xié)同作用對(duì)植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)的影響特征。3)全球氣候變暖對(duì)植物、傳粉者物候匹配性影響的機(jī)理。

全球氣候變暖; 植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò); 物候; 豐富度; 分布; 協(xié)同作用; 匹配性

由于植物固著生長的習(xí)性，其花粉傳遞依賴一定的媒介，所以植物與傳粉者間的相互作用構(gòu)成植物有性繁殖的重要過程。復(fù)雜的生物互作網(wǎng)絡(luò)(如捕食、寄生、傳粉作用)，在維持生物多樣性中扮演著重要角色[1]。尤其是傳粉互作網(wǎng)絡(luò)所提供的生態(tài)服務(wù)的重要性已獲得越來越多的認(rèn)可[2]。世界上植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)中包括至少有300000種植物物種和超過200000種脊椎動(dòng)物和昆蟲物種[3]。此外，多樣化的傳粉者組成可通過強(qiáng)化傳粉服務(wù)、提高植物繁殖力來提升生態(tài)系統(tǒng)功能[4]。因此，植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)也成為近20年來國際生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究的重要熱點(diǎn)，并取得了豐富成果[5- 7]。

以全球變暖和大氣CO2濃度升高為主要特征的全球變化正持續(xù)影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，威脅著人類的生存與健康，因而倍受世界各國政府和科學(xué)家的普遍關(guān)注[8- 9]。大量的監(jiān)測(cè)和模型模擬研究表明,20世紀(jì)開始的全球溫室效應(yīng)不斷繼續(xù)著，而且有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)[10]。全球平均地表溫度在20個(gè)世紀(jì)已經(jīng)增加了大約0.6K[11]，并且在未來幾十年可能還會(huì)快速地繼續(xù)上升[12]。隨著全球氣候變暖和植物、傳粉者種群數(shù)量的下降，由生物多樣性和傳粉服務(wù)維持的群落結(jié)構(gòu)正在不斷改變[13]。研究表明，在全球氣候變暖影響下，許多動(dòng)植物的分布及其物候，最近幾十年已經(jīng)發(fā)生了顯著偏離[14]。最明顯的例子是氣候變化干擾了植物的開花物候與傳粉者活動(dòng)物候間的重疊，從而改變了植物與其傳粉者的互作關(guān)系[15]。自植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)受全球氣候變暖影響受到關(guān)注以來，在許多方面都取得了顯著進(jìn)展，但國內(nèi)相關(guān)研究明顯滯后。為此，本文僅針對(duì)其中的幾個(gè)熱點(diǎn)問題作一概述，以為國內(nèi)研究者提供參考，促進(jìn)國內(nèi)相關(guān)研究的發(fā)展。

1 物候

1.1 植物開花物候

溫度在決定植物和動(dòng)物生活周期中扮演著重要角色。氣候變暖使許多物種的物候發(fā)生迅速而明顯地轉(zhuǎn)移[16- 18]。模擬增溫實(shí)驗(yàn)和長期觀察研究發(fā)現(xiàn)，許多植物通過提前開花來響應(yīng)氣候變暖[19- 20]。例如，Miller-Rushing等人[21]監(jiān)測(cè)了97株野櫻桃(Prunussp.)在25a的開花時(shí)間, 結(jié)果發(fā)現(xiàn): 此期間由于環(huán)境溫度上升了1.8 ℃，從而導(dǎo)致野櫻桃開花時(shí)間提前了5.5d。雖然花期提前是植物響應(yīng)氣溫升高的普遍現(xiàn)象，但有的植物則推遲花期[22]，也有些植物的花期沒有明顯變化[23]。這表明，植物開花物候?qū)夂蜃兣捻憫?yīng)是復(fù)雜的，不同物種的響應(yīng)策略不一樣。

植物物種的開花持續(xù)時(shí)間是溫度影響物候的另一個(gè)重要方面，因?yàn)檫@對(duì)植物的生長及其為傳粉者提供花粉/花蜜等食物資源都具有重要意義。許多研究表明，全球氣候變暖可導(dǎo)致大多數(shù)植物生長季節(jié)延長。比如，研究發(fā)現(xiàn)氣候變暖使東亞地區(qū)的一些植物提前了春季物候，同時(shí)推遲秋季物候，從而延長了植物群落的生長期[24]。事實(shí)上，過去幾十年間，氣候變暖也導(dǎo)致了歐洲許多植物群落生長季的延長[25]。Post和Stenseth[26]分析了挪威97個(gè)群落的植物物候，卻發(fā)現(xiàn)由于環(huán)境溫度上升，11種植物中只有4種既延長了開花持續(xù)時(shí)間，也提前了始花期，而其它植物則僅僅提前了始花期。然而，關(guān)于植物開花持續(xù)時(shí)間如何受氣候變暖影響的報(bào)道較少。

1.2 傳粉者物候

已有研究表明，全球約有90%的植物需要依賴動(dòng)物傳粉以完成其繁殖[27]，而且大多數(shù)的傳粉者是昆蟲。昆蟲的生活周期很大程度受溫度的影響[28]。溫度不斷上升時(shí)，昆蟲能通過加快其孵化過程，提前發(fā)育為成蟲[29]。研究氣候變暖對(duì)昆蟲物候的影響，通常是觀察成蟲的首次出現(xiàn)時(shí)間和傳粉的持續(xù)時(shí)間受溫度升高的變化。目前，國外科學(xué)家以蝴蝶、蜜蜂、甲蟲等常見傳粉昆蟲為對(duì)象，開展了氣候變暖對(duì)昆蟲物候期影響的研究。有報(bào)道表明，隨著溫度升高1 ℃，蝴蝶傳粉時(shí)間提前2—10 d[16]。Stefanescu等[30]分析了1988年到2002年西班牙地區(qū)的物候資料，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)2—4月份溫度上升，17種蝴蝶提前了其首次出現(xiàn)時(shí)間，8種蝴蝶延長了其飛行時(shí)間。此外,西班牙的意大利蜜蜂(ApismelliferaL.)和菜粉蝶(Pierisrapae)的首次出現(xiàn)時(shí)間都隨當(dāng)?shù)貧鉁厣叨崆癧31]。

1.3 植物-傳粉者物候匹配性

氣候變暖可改變植物、傳粉者的物候，并破壞物種之間已有的互作關(guān)系[32]。研究表明，隨著溫度的上升，許多植物的物候期會(huì)提前[33- 34]，有些則會(huì)延遲[35]；同樣，氣候變暖也可能導(dǎo)致動(dòng)物(例如昆蟲、候鳥、哺乳類)的出現(xiàn)或遷徙時(shí)間提前或者延遲[32,36]。雖然植物和傳粉者均可提前或者延遲其物候，甚至有些動(dòng)物可能主動(dòng)調(diào)整自身物候來匹配植物的開花物候，但由于二者的響應(yīng)程度不同，而且傳粉動(dòng)物對(duì)氣候變暖的響應(yīng)比植物更加敏感[37]，這就可能導(dǎo)致植物和傳粉者間物候匹配性發(fā)生改變。一個(gè)典型的例子是，最近數(shù)十年來，氣候變暖導(dǎo)致了伊利比亞半島的傳粉昆蟲物候比其傳粉植物開花物候顯著提前，這使傳粉昆蟲與其原有授粉對(duì)象之間的互作機(jī)會(huì)顯著降低[38]。

傳粉者與植物間的物候不匹配，還導(dǎo)致傳粉者出現(xiàn)花資源供應(yīng)短缺，可獲得的有效花粉資源減少，進(jìn)而使其種群數(shù)量下降。植物則因缺乏合適的傳粉者，而導(dǎo)致傳粉失敗，其通過有性繁殖產(chǎn)生個(gè)體的數(shù)目會(huì)急劇減少，并可能最終導(dǎo)致植物群落衰退。例如，一些早花植物在暖春時(shí)花期提前, 而熊蜂出現(xiàn)時(shí)間并不受氣候變暖的影響，其后果是開花植物結(jié)實(shí)率顯著降低[39]。

2 群落組成和分布

2.1 植物群落組成和分布

眾所周知，氣候影響生物的分布及其互作網(wǎng)絡(luò)[40]。隨著物種原生境區(qū)域溫度的改變，物種分布會(huì)隨之發(fā)生變化，因?yàn)槲锓N總是傾向于分布在氣候條件最適宜的區(qū)域。大量研究表明，溫度升高可導(dǎo)致低海拔地區(qū)的物種向高海拔地區(qū)遷移，增加了高海拔地區(qū)物種的多樣性，從而改變高海拔地區(qū)的物種組成和群落結(jié)構(gòu)。如，與歷史記錄相比，阿爾卑斯山30個(gè)山峰在1992年到1993年間的植物物種豐富度增加了70%[41]。通過比較當(dāng)前和1945年蒙特利爾山脈的植被分布發(fā)現(xiàn)，歐洲山毛櫸(Fagussylvatica)向更高海拔上移了70 m,同時(shí)其原生境被更低海拔的冬青櫟(Quercusilex)和其他植被所替代[42]。與歷史植被記錄相比，瑞士低海拔地區(qū)森林中耐熱植被的豐富度顯著增加了，且山地物種在低海拔的地理分布有消失的趨勢(shì)[43- 44]。氣候變暖迫使物種向高海拔或高緯度地區(qū)遷移，可能導(dǎo)致那些未來適宜生境變小或原有分布區(qū)被隔離的種群滅絕，從而增加低緯度和已經(jīng)瀕危種群的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 動(dòng)物群落組成和分布

溫度是限制昆蟲分布的主要因子之一，全球氣候變暖導(dǎo)致的溫度升高必然對(duì)昆蟲的地理分布產(chǎn)生重要影響[45]。同時(shí)，由于昆蟲地理分布的變化會(huì)使其原生境中昆蟲的種類組成和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。研究表明，受氣候變暖的影響，傳粉昆蟲傾向于向高緯度(兩極地區(qū))和高海拔地區(qū)分布擴(kuò)散[46- 47]。例如，分布于加利福尼亞州和加拿大的Euphydryaseditha在過去100a內(nèi)分別向高海拔地區(qū)遷移了124 m和105 m[48]；由于溫度持續(xù)上升，在英國過去30a期間許多甲蟲、蝴蝶、蜻蜓和蝗蟲的地理分布向兩極和高海拔地區(qū)發(fā)生遷移[49]。這表明，傳粉者可通過較高的遷移擴(kuò)散能力以適應(yīng)氣候變暖帶來的威脅，減少滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 植物-傳粉者的空間匹配性

不同的生物對(duì)氣候變化的響應(yīng)可表現(xiàn)在其不同的遷移速度上。生命周期短、繁殖快的傳粉昆蟲遷移速度明顯快于生命周期長、繁殖較慢的植物。植物和傳粉者間不同的遷移速度意味著氣候變化可能會(huì)打亂現(xiàn)有物種間的互作關(guān)系[50- 51]，進(jìn)而可能使植物和傳粉者在地理分布上的不匹配。然而，當(dāng)前有關(guān)氣候變暖影響互作物種的研究大多數(shù)集中在物候匹配性方面，而對(duì)氣候變暖引起互作物種間空間不匹配性的研究則相對(duì)較少[52]。關(guān)于氣候變暖造成植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)空間不匹配的直接證據(jù)依然非常缺乏。

3 豐富度

3.1 花的豐富度

由于氣溫增加對(duì)物種生存、生長和競(jìng)爭(zhēng)能力的影響，植物可通過顯著的改變其本身或花的豐富度來響應(yīng)不斷持續(xù)的氣候變暖[53]，多數(shù)研究表明，北極和高山地區(qū)的植物常通過提高生殖投資(增加花的數(shù)量)以響應(yīng)氣溫升高[54]。但增溫限制了一些植物的春化作用，因此導(dǎo)致其花或種子產(chǎn)量下降[55]。如，由于全球氣候變暖導(dǎo)致降雪量的減少，使Delphiniumnelsonii在1973年到1989年期間花的豐富度逐年降低[56]。

花豐富度的增加，可能提高植物的花粉輸出率和結(jié)實(shí)率，從而影響其雌雄適合度[57]。因?yàn)榛ㄘS富度的增加，可改變植物開花模式，提高其對(duì)傳粉者訪花吸引力，使植物提供給傳粉者的有效資源發(fā)生變化，進(jìn)而使傳粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化(如泛化、特化、不對(duì)稱等)。泛化傳粉系統(tǒng)，可能因?yàn)闅夂蜃兣瘜?dǎo)致其開花模式更為集中，從而影響了部分傳粉者的有效訪問，因此可能更傾向于成為特化者。如通過模擬增溫實(shí)驗(yàn)對(duì)14種植物的傳粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增溫使大多數(shù)植物的傳粉者及其訪花頻率顯著減少[7]。這可能表明，隨著溫度升高，使植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)趨向更高的特化水平。?；膫鞣巯到y(tǒng)可能因?yàn)槭ヌ囟▊鞣壅哂绊懫溆行苑敝吵晒Γ菀妆罎?。但它們也可能因氣候變暖?dǎo)致的花豐富度增加，吸引更多的傳粉者，從而傾向于成為泛化者。不過，這些推論都還需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以證明。

3.2 動(dòng)物豐富度

氣候變暖可對(duì)昆蟲豐富度產(chǎn)生直接或間接影響[47,58]。氣候變暖會(huì)增加中、高緯度地區(qū)昆蟲的豐富度[59],而隨著氣溫升高我國新疆阿波羅絹蝶(Parnassiusapollo)的種群數(shù)量下降[60]。在西印度群島，溫度變化對(duì)不同傳粉者的豐富度產(chǎn)生不同影響，隨著溫度升高，鳥類和雙翅目昆蟲豐富度增加，但蜜蜂豐富度下降[61]。但總的來說，有關(guān)氣候變暖直接影響傳粉者豐富度的研究報(bào)道不多。

食物有效應(yīng)是影響大多數(shù)傳粉者的活動(dòng)和種群密度的關(guān)鍵因素[39,62]。氣候變暖可增加或減少植物的開花數(shù)量、影響開花物候與模式，并影響傳粉者的食物資源，傳粉昆蟲在失去通過植物所提供的花蜜和(或)花粉食物后，其豐富度可能受到間接影響。如1953年到2002年期間日本氣象機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)4種李屬(Prunus)樹種開花時(shí)間和菜粉蝶(Pierisrapae)(潛在的傳粉者)的首次出現(xiàn)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)其開花物候比過去30a有所提前，而菜粉蝶出現(xiàn)的時(shí)間推遲[63]，從而降低了菜粉蝶對(duì)李屬植物的有效依賴，并降低傳粉者的種群密度和豐富度。

4 植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)的緩沖機(jī)制

由氣候變化導(dǎo)致的植物與傳粉者物候和分布的不匹配可引發(fā)它們之間原有互作關(guān)系解體[39]。然而，植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)能產(chǎn)生某些緩沖機(jī)制以適應(yīng)長期合作伙伴的缺失[64]。

4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緩沖作用

傳粉網(wǎng)絡(luò)的嵌套結(jié)構(gòu)是指在核心的泛化者相互作用，而特化者只與泛化者互作[65]。不對(duì)稱性是指植物與傳粉者互作趨向特化者與泛化者相互作用[66]。傳粉網(wǎng)絡(luò)的這種嵌套結(jié)構(gòu)和不對(duì)稱性有助于降低系統(tǒng)對(duì)物種滅絕、干擾和棲息地喪失的敏感性[67]。這表明傳粉是冗余的生態(tài)服務(wù)，即使部分特化傳粉者消失，但其他泛化傳粉者將會(huì)擔(dān)負(fù)起傳粉的功能。這些特征能緩解氣候變暖對(duì)植物-傳粉者互作的影響，有助于維持互作系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。如Memmott等[68]通過模擬傳粉網(wǎng)絡(luò)物種滅絕對(duì)其結(jié)構(gòu)變化的影響，結(jié)果表明: 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有80%的傳粉者隨機(jī)滅絕, 仍有超過60%的植物有傳粉者訪花；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有80%的植物隨機(jī)滅絕時(shí)，仍有80%的傳粉者有訪問對(duì)象。

4.2 快速進(jìn)化

互作系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境變化和相互改變的快速反應(yīng)能力有助于適應(yīng)氣候變化[69]。例如,干旱條件下，氣候變暖可導(dǎo)致一年生植物蕪菁(Brassicarapa)通過提前開花以適宜環(huán)境變化,且其開花時(shí)間具有可遺傳性[70]。由于氣候變暖對(duì)植物和傳粉者物候影響的差異性，某些傳粉者能準(zhǔn)確追蹤其傳粉植物的物候變化。如當(dāng)植物始花期提前2—3周時(shí)，英國的紅襟粉蝶(Anthochariscardamines)首次出現(xiàn)時(shí)間仍能與其傳粉植物同步[71]。此外，隨著傳粉者數(shù)量的急劇減少, 植物可從依賴動(dòng)物傳粉向非生物傳粉發(fā)生進(jìn)化, 比如風(fēng)媒傳粉[72]或完全自花授粉[73]。

5 全球氣候變暖對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)影響的研究方法

5.1 長期觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累

由于氣候變化的長期性，目前關(guān)于氣候變暖對(duì)植物和昆蟲的研究通常是基于觀測(cè)幾十年乃至上百年的植物和動(dòng)物的物候數(shù)據(jù)、地理分布、豐富度等情況與相對(duì)應(yīng)時(shí)期的歷史氣候數(shù)據(jù)積累來分析氣候變暖對(duì)植物和傳粉之間關(guān)系的變化特征和趨勢(shì)，進(jìn)而探明氣候變暖對(duì)植物、傳粉者物候、地理分布、豐富度，以及植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)的影響。例如，Gaur等人[74]通過研究喜馬拉雅山過去100a的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著全球變暖，高山地區(qū)的植物物種豐富度有明顯增加的趨勢(shì)。Kelly和Goulden[75]通過對(duì)美國加利福尼亞州圣羅莎山1977—2007年間植被分布范圍研究發(fā)現(xiàn)，由于溫度升高，群落中的優(yōu)勢(shì)種平均海拔上升了65 m。

5.2 統(tǒng)計(jì)分析和模型預(yù)測(cè)的運(yùn)用

隨著生物科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、3S技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)出應(yīng)用于群落物種研究的分析軟件(如Ucinet、Pajek、Gephi、Cytoscape、Network3D等軟件)。通過收集歷史的氣候和動(dòng)植物物候、地理分布等數(shù)據(jù)，選擇合適的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立動(dòng)植物與氣候數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)模型，再利用模型人為假設(shè)溫度升高的條件下研究植物、傳粉者物候、地理分布、種群密度等變化來預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)動(dòng)植物的影響。這也是當(dāng)前研究氣候變化對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)影響的一個(gè)重要途徑。目前使用較普遍應(yīng)用的是研究氣候變化對(duì)物候影響的物候模型，如Ahas等[76]利用愛沙尼亞1948—1996 年3個(gè)氣象站24個(gè)物候期編輯了物候歷, 并分析了氣候變化上下2 ℃變化后物候的可能變化, 用線性統(tǒng)計(jì)分析顯示春季和夏季物候提前, 而秋季推遲。Cenci 等[77]根據(jù)1960—1982年間意大利中部圭多尼亞的500種物種開花期原始資料, 建立了57個(gè)野生物種開花期預(yù)報(bào)和3個(gè)物候-氣候模型。

此外，研究全球氣候變暖影響動(dòng)植物物種空間分布的模型主要是生態(tài)位模型(ecological niche modeling)。生態(tài)位模型是利用物種已知的分布數(shù)據(jù)和相關(guān)環(huán)境變量，根據(jù)一定的算法來構(gòu)建模型，判斷物種的生態(tài)需求，并將運(yùn)算結(jié)果投射至不同時(shí)間和空間以預(yù)測(cè)物種的時(shí)間分布和潛在分布[78]。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)的評(píng)估報(bào)告[79]，加拿大、英國和澳大利亞等國研究機(jī)構(gòu)相繼模擬了未來不同時(shí)期的氣候參數(shù)，為未來物種潛在分布的模擬提供了基礎(chǔ)，也為在溫度不斷升高的情況下對(duì)未來傳粉網(wǎng)絡(luò)空間分布的影響提供基礎(chǔ)。

Meta-分析(Meta-analysis)是指對(duì)具有相同研究目的的相互獨(dú)立的多個(gè)研究進(jìn)行定量合并和綜合分析的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法。Meta-分析首先應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和社會(huì)科學(xué)，在20世紀(jì)90年代開始引入到生態(tài)學(xué)研究[80]。目前學(xué)者們利用相關(guān)分析、模型和實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行Meta-分析，研究物種對(duì)氣候變暖的一系列生物學(xué)響應(yīng)。主要用于氣候變化對(duì)物種豐富度[81]、分布范圍[81]、物候[82]等方面的研究。如Jiguet等[83]用Meta-分析研究了71種法國繁殖鳥類物種對(duì)氣溫升高的響應(yīng)，并預(yù)測(cè)了物種對(duì)于極端溫度的耐受范圍。Parmesan[84]通過對(duì)來自北半球公布203種物種物候數(shù)據(jù)進(jìn)行Meta-分析，發(fā)現(xiàn)其蝴蝶的出現(xiàn)時(shí)間和遷徙到達(dá)時(shí)間比草本植物始花時(shí)間提前。這些研究都表明了Meta-分析在理解和預(yù)測(cè)持續(xù)的氣候變暖對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)影響研究中的重要性。

5.3 人工模擬增溫的方法和途徑

運(yùn)用沿著氣候條件的自然梯度(比如沿著海拔梯度變化、緯度梯度變化下的氣候變化)的觀察數(shù)據(jù)積累，來分析氣候變化對(duì)生態(tài)互作的影響是本領(lǐng)域研究中的重要方法之一[40]。而如果能結(jié)合人工控制實(shí)驗(yàn)來闡明所觀察到的數(shù)據(jù)結(jié)果，則更具說服力。人工氣候控制下的生態(tài)實(shí)驗(yàn)是研究氣候變暖對(duì)動(dòng)植物影響的重要手段。在已有的研究氣候變暖實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)工作者根據(jù)自身不同的條件采用了多種不同的增溫方法，以達(dá)到增溫目的，實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)。開頂式增溫小室(OTC)是國際凍原組織提倡的增溫方式，被廣泛應(yīng)用。比如Hoover等人[85]就利用該方法探討了模擬氣候變暖、CO2和氮沉降綜合作用對(duì)植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)的影響；Liancourt等人[86]也采用該方法模擬氣候變暖對(duì)蒙古高山草甸開花物候和豐富度影響?，F(xiàn)有研究中也有采用異地增溫培養(yǎng)植物，改變其物候之后，再將開花植物放置在其原生境中，觀察分析植物物候變化對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)的影響。比如Raffer等人[7]通過溫室大棚模擬氣候變暖，將植物種子播種在溫室大棚中，待其開花時(shí)再將其移入原生境，觀察其傳粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，并進(jìn)一步探明氣候變暖對(duì)植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)物候的影響。電加熱裝置的應(yīng)用，是模擬增溫的另一選擇。但該方法的問題是成本高、增溫效果不均勻、小氣候改變明顯，對(duì)植物生長產(chǎn)生較大影響，而且很難在沒有電源的野外實(shí)現(xiàn)增溫。Saavedra等人[87]就利用電加熱的方法研究了氣候變暖對(duì)高山地區(qū)Delphiniumnuttallianum開花物候和豐富的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣候變暖影響該物種的花豐富度，從而間接影響了其傳粉者豐富度。

6 未來研究的趨勢(shì)

近幾十年來，開展全球氣候變暖對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)影響研究的重要性已受到越來越多科學(xué)工作者的關(guān)注，并取得了豐富成果[5- 6]。但植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)對(duì)氣候變化響應(yīng)機(jī)制的研究還有待于進(jìn)一步深入，未來我們應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究。

6.1 大時(shí)空尺度研究

群落生態(tài)學(xué)家主要關(guān)注局部、短期的(一般1—3a)互作物種對(duì)，營養(yǎng)不匹配或資源競(jìng)爭(zhēng)的研究[88- 89]而不是互作網(wǎng)絡(luò)群落大范圍、長期動(dòng)態(tài)的結(jié)果。長期的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，尤其是設(shè)計(jì)追蹤傳粉服務(wù)和傳粉互作在時(shí)間上的變化的研究依然很少。已有的研究，在時(shí)間尺度上，大多數(shù)缺乏長時(shí)間的定位實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)。雖然已有少數(shù)時(shí)間跨度相對(duì)較長的研究[30-31,90]，但大部分都缺乏連續(xù)觀測(cè)、定位觀測(cè)、更缺乏長期控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在空間尺度上，已有研究大多局限于小范圍的調(diào)查，取樣范圍設(shè)計(jì)偏小。雖然有少量范圍跨度很廣的報(bào)道[91-92]，但取樣數(shù)據(jù)時(shí)間差異性太大，可比性值得斟酌。另外，盡管氣候變暖可影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)層次，但已有的大多數(shù)研究主要關(guān)注低層次生物組織的響應(yīng)(如單一物種、單一的植物種群或動(dòng)物種群受到環(huán)境變化的影響)，只有少數(shù)的研究考慮了群落水平[49,93]或生態(tài)系統(tǒng)水平[94]的影響。例如，傳統(tǒng)上，傳粉生態(tài)學(xué)家研究植物-傳粉者系統(tǒng)時(shí)，關(guān)注的大多是單一植物種群和通常一個(gè)或一些相關(guān)的訪問者類型，而不是整個(gè)生態(tài)群落或甚至是從全球視角開展相關(guān)研究。這些都不利于獲得準(zhǔn)確的結(jié)果和結(jié)論。因此，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)物種未來如何響應(yīng)氣候變暖，今后還需要更多來自群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀層次和來自較大區(qū)域乃至全球范圍同時(shí)開展的長期定位監(jiān)測(cè)和模擬增溫實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。這也需要全球傳粉網(wǎng)絡(luò)科研工作者的共同合作、協(xié)同創(chuàng)新。我國關(guān)于植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)方面的研究起步較晚，而且大多數(shù)研究處于種群水平[95- 96]，只有較少的研究關(guān)注群落水平的傳粉網(wǎng)絡(luò)[97- 98]，且沒有系統(tǒng)的開展大尺度研究，也很少考慮氣候變化的因素。因此，我國急需加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究和投入。

6.2 多因素協(xié)同作用影響研究

目前，大多數(shù)研究只關(guān)注單一因素對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)的影響，而忽略了全球氣候變化背景下，傳粉網(wǎng)絡(luò)可能受到多方面環(huán)境因素的協(xié)同影響[39]。雖然氣候變暖是引起植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)物候、地理分布和豐富度改變的主要因素，但氣候變暖同時(shí)還可導(dǎo)致融雪量、降雨量等一系列問題的改變，而且這些因素同樣可對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。所以，未來的研究焦點(diǎn)不僅包括溫度如何直接影響傳粉網(wǎng)絡(luò)，還應(yīng)包括氣候變化引起的間接影響。同時(shí)，對(duì)植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)如何受氣候變暖、海拔變化、群落結(jié)構(gòu)等多因素協(xié)同影響等問題的關(guān)注非常缺乏，未來需要更多地關(guān)注類似這些方面的多因素協(xié)同作用對(duì)傳粉網(wǎng)絡(luò)影響方面的研究。

6.3 物候匹配性機(jī)理研究

物種通過改變其自身的物候是物種響應(yīng)氣候變化最早的表現(xiàn)[25,71]。確定傳粉網(wǎng)絡(luò)的物候如何響應(yīng)氣候變化及其機(jī)制，對(duì)預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)植物-傳粉者互作的影響至關(guān)重要。目前，有關(guān)氣候變暖對(duì)植物、傳粉者物候影響的研究報(bào)道較多。尤其針對(duì)開花植物和傳粉者物候同步性的研究受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。由于不同的響應(yīng)機(jī)制，氣候變暖能使互作物種間的物候產(chǎn)生匹配或不匹配的響應(yīng)。然而，已有研究大多關(guān)注氣候變暖對(duì)互作物種間物候變化是否影響兩者的匹配性，而對(duì)植物-傳粉者物候匹配性機(jī)制卻知之甚少。植物、傳粉者響應(yīng)氣候變暖是一個(gè)復(fù)雜的過程，而不是某個(gè)物候在出現(xiàn)時(shí)間上簡(jiǎn)單的提前或推遲，因?yàn)椴煌参?、傳粉昆蟲個(gè)體的不同物候相對(duì)氣候變暖的敏感度都具有顯著差異；而且物候隨物種、環(huán)境信號(hào)的不同存在較大的空間特異性和不確定性[99]。所以，對(duì)物候匹配性機(jī)制的研究需要考慮不同物種對(duì)氣候變暖信號(hào)響應(yīng)的差異。同時(shí)，還需要考慮建立物候機(jī)理模型實(shí)驗(yàn)研究以揭示促進(jìn)或阻止傳粉者物候匹配/不匹配的響應(yīng)機(jī)制。面對(duì)持續(xù)變化的氣候，未來探明植物-傳粉者互作網(wǎng)絡(luò)的物候匹配性機(jī)理的研究極其重要，從深層次探討造成和影響物候匹配性的原因和因素也具有重要意義。

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New advances in effects of global warming on plant-pollinator networks

XIAO Yi′an1,2,4, ZHANG Sisi1,2, YAN Xiaohong1,4, DONG Ming3,*

1SchoolofLifeSciences,JinggangshanUniversity,Ji′an, 343009,China2SchoolofLifeSciences,SouthwestUniversity,Beibei400715,China3SchoolofLifeSciences,HangzhouNormalUniversity,Hangzhou311121,China4KeyLaboratoryforBiodiversityScienceandEcologicalEngineering,Ji′an343009，China

The interactions between plants and pollinators result in complex pollination networks. The effects of global climate warming on plant-pollinator networks have attracted extensive attention at present. In this paper, we attempt to introduce several major advances and some new interests in this area. Furthermore, we discussed the future research trends of plant-pollinator networks based on continuously rising temperature. (1) Climate warming makes phenology shift of plants and pollinators by affecting flowering time of plants and activity time of pollinators, which leads to a temporal decoupling of plants and pollinators. (2) Climate warming may cause changes in community structure of plants and pollinators and thus make them distribute to areas in higher latitude and altitude. These changes may result in spatial mismatch of plants and pollinators. (3) Plants and pollinators response to climate warming by increase or decrease its abundance, which may cause changes in structure of pollination networks. (4) The structure and rapid evolution of pollination networks can adapt to the changes or even collapse of interaction between plants and pollinators that result from the phenological and geographical distribution mismatch caused by climate warming. The following contents should be studied in the further research: (1) The effects of climate warming on plant-pollinator networks at large spatiotemporal scales; (2) The effects of multi-factorial synergy on plant-pollinator networks; (3) The mechanism of phenological matching caused by global warming.

global warming; plant-pollinator network; phenology; abundance; distribution; multi-factorial synergy; matching

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31060069, 31360099); 教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-07-0385); 江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2010GZN0129); 江西省高水平學(xué)科(生物學(xué))

2013- 09- 10;

2014- 07- 02

10.5846/stxb201309102245

*通訊作者Corresponding author.E-mail: dongming@hznu.edu.cn

肖宜安, 張斯斯, 閆小紅, 董鳴.全球氣候變暖影響植物-傳粉者網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(12):3871- 3880.

Xiao Y A, Zhang S S, Yan X H, Dong M.New advances in effects of global warming on plant-pollinator networks.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):3871- 3880.