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生物地理理论指出,“低纬度虫害程度高于高纬度地区,而高纬度地区植株适口性要高于低纬度地区,低纬度地区强烈的取食压力会筛选出比高纬度地区有更高取食抗性的植株”。这一理论在陆地森林和滨海盐沼生态系统中都得到大量研究的验证,但很少有红树林虫害纬度格局的生物地理学方面的研究。 红树植物富含单宁,具有广谱抗菌和适口性差等特征,因此具有较强的抗病虫害的能力。而近年来,中国红树林虫害频繁爆发,潮间带虫害爆发的机制特殊而复杂,引起了国内外科学家的关注。基于中国东南沿海低纬度与高纬度地区之间红树植物遭受虫害的差异,我们推断不同纬度的虫害差异是由种源地环境和植物特性共同决定。本研究以中国东南沿海红树林分布区为研究区域,选择广布种秋茄(Kandelia obovata)为研究对象,通过测定跨8个纬度下秋茄的叶片被取食程度和叶片性状,并采取交互种植实验(将来自高、中、低纬度的秋茄种源分别移植到秋茄分布的南界、中部和北界3个地点),跟踪调查3个地点中不同种源秋茄叶片被取食程度、叶片性状和虫口密度,从植株适口性和昆虫取食压力的角度,探究沿纬度梯度下红树植物叶片遭受虫害的时空动态及其影响机制。研究结果如下: 1.三年(2013-2015)的沿纬度调查均显示秋茄叶片虫害强度随纬度的升高而降低。低纬度地区秋茄被取食叶片数达50%以上,而高纬度地区秋茄被取食叶片数仅为30%左右,2015夏季低纬度地区被取食叶面积接近10%,而高纬度地区被取食叶面积低于2%;两年(2014-2015)的交互种植实验中,秋茄叶片虫害强度也表现为低纬度样地高于高纬度样地,但同一样地相同时间内不同种源秋茄植株几乎没有取食差异性。 2.秋茄叶片的功能性状和环境因子、昆虫取食行为相关。低纬度地区取食秋茄叶片的昆虫种类和数目众多,秋茄叶片韧度和总酚含量高于高纬度地区,这可能是对昆虫取食压力的响应;中纬度地区秋茄叶片韧度最低,总酚含量最高。其原因可能是中纬度地区最适合秋茄生长,秋茄叶片韧度低,适口性最高,虫害爆发时期秋茄叶片取食比例较高,总酚含量高于其他地区,但昆虫世更替比低纬度地区慢,昆虫总数比低纬度地区少,虫害程度总体上低于低纬度地区。秋茄虫害强度与叶片C含量显著相关,但叶片的适口性取决于其N含量和C/N,在生长季初,秋茄单叶面积和单叶干重为中纬度植株>低纬度植株>高纬度植株,中纬度地区秋茄成年植株N含量最高,C/N最低;但生长季末,强烈的取食效应后,中纬度秋茄单叶面积和单叶干重低于低纬度和高纬度样地植株,N含量降低,C/N升高。 3.荔枝异形小卷蛾(Cryptophlebia ombrodelta)是各样地内取食秋茄叶片的优势种。秋茄叶片虫害强度与各研究样地的温度、积温和降水量显著相关。温度、积温和降水量会影响取食昆虫的世代更替、羽化率和数量,对不同纬度下秋茄叶片的取食产生影响。取食昆虫的数量会伴随季节而变化,也受到当地天气和植被状况等因子的影响,但就现有调查而言,夏季单位时间内云霄样地内荔枝异形小卷蛾的数量要高于其他样地。 以上研究结果表明:对于广泛分布在中国东南沿海的红树植物秋茄,低纬度地区秋茄叶片虫害程度高于高纬度地区;和低纬度地区相比,高纬度地区秋茄叶片的韧度低、N含量高、C/N比低、总酚含量低,均表现出高纬度地区秋茄叶片的适口性高于低纬度地区。这些结果,和已有的生物地理理论相一致。相比高纬度和低纬度地区,中纬度地区最适合秋茄生长,移植到该地区的秋茄单叶生物量最大,但N含量最低、C/N和总酚含量最高,这可能是该地区秋茄叶片在单位时间内遭受的取食压力相对强烈,提高了秋茄的抗性。不同地区的气温、积温和降水不仅影响秋茄的生长,也通过影响取食植物昆虫的数量动态,对秋茄的叶片性状和代谢产物产生影响。本研究是对红树林虫害纬度格局的生物地理学方面的初步探索,研究结果可为进一步探究中国东南沿海红树林与植食昆虫间相互作用的机制以及红树林生态系统保护提供科学依据。