蚂蚁对紫堇属早春类短命植物种子散布及种群空间分布格局的影响

蚂蚁是动物中最重要的种子散布者之一，目前关于蚂蚁散布的研究相对薄弱，对蚂蚁散布能否及如何影响植物种群分布格局也始终存在着争论。紫堇属是北温带分布大属，大多数物种为早春类短命植物，其种子上具有吸引蚂蚁取食和搬运的油质体。我国为该属植物的世界分布中心，为开展蚂蚁散布研究提供了有利条件，而相关研究国内外几为空白。本项目以紫堇属早春类短命植物为研究对象，以蚂蚁与种子间的相互作用机制和种子与植物种群个体在空间上的位置关系研究为突破点，重点围绕种子前散布方式对蚂蚁搬运种子的影响、蚂蚁对种子的搬运行为及种子散布对植物种群个体空间分布的影响等内容，通过野外调查与观察、野外与室内实验，在较大时空尺度上对多个物种开展比较研究，阐明蚂蚁对紫堇属早春类短命植物种子散布及种群空间分布格局的影响。本项目能弥补蚂蚁散布研究的不足，丰富散布生态学的科学内涵，同时为植被恢复与重建、生态系统维持和生物多样性保护提供理论依据。

蚂蚁对植物种子的传播和扩散（即蚂蚁散布，也称蚁播）是生态学领域研究和关注的热点，我国蚁播植物不但种类丰富而且分布广泛，但以往的研究十分有限。本研究以紫堇属植物为主要研究材料，围绕蚂蚁—种子间的相互作用及其对植物种群空间结构的影响等内容开展了工作。主要结果如下：1.为揭示种子特征对蚂蚁散布的影响，研究了蚂蚁对4属5种蚁播植物的完整种子、去除油质体种子和沾有人工模拟油质体的种子的搬运行为和搬运效率，结果表明油质体可通过对蚂蚁起吸引作用，或同时起吸引和钳着位点的双重作用等影响种子散布，该影响作用不但取决于植物种类，也与搬运蚂蚁的种类有关。2.为揭示蚂蚁对种子散布的影响，研究了蚂蚁觅食及搬运行为对阜平黄堇和小花黄堇种子散布，结果表明行使群体募集的蚂蚁比行使简单协作募集的蚂蚁有较高的搬运效率，蚂蚁散布导致不同植物种子到达蚁巢的数量和搬运距离不同，这种差异与搬运蚂蚁的觅食对策、搬运行为和种子特征有关。3.为揭示其他可利用食物对蚂蚁散布的影响，研究了食物添加处理后蚂蚁对小花宽瓣黄堇种子的拜访频率和搬运效率，结果表明其他可利用食物的影响具有蚂蚁种类及其觅食的募集方式依赖性。4.为探讨蚂蚁和鼠类对4种蚁播植物从林缘至林下空间结构的影响，研究了调查样地中4种植物多度、蚂蚁多度和蚂蚁对种子的搬运方向，以及蚂蚁和鼠类的作用，结果表明蚂蚁偏好于搬运油质体质量比大的种子，鼠类偏好于取食较大的种子。蚂蚁散布和鼠类的捕食压力是导致在小尺度上蚁播植物分布和多度变化的主要因素，该影响作用具有油质体质量比及种子大小依赖性。5.为揭示蚂蚁散布对人类活动干扰的响应，研究了两种干扰生境中蚂蚁种类和多度变化，以及该变化对蚂蚁—种子间相互作用的影响，结果表明生境扰动改变了蚂蚁群落结构，进而影响了蚂蚁—植物相互作用的方向和强度，这种影响与搬运蚂蚁的种类、多度及个体大小有关。另外，在两种干扰生境中蚂蚁与小花宽瓣黄堇之间表现为特化而非泛化的互利共生关系，这为互利共生关系的进化提供了一个研究案例。6.为揭示蚁播植物在早春开花是否是适应蚂蚁散布的物候特征，研究了紫堇属3种植物的种子释放特征，以及在种子释放期间搬运蚂蚁和非搬运蚂蚁种类和多度的变化，结果表明这3种蚁播植物在早春开花是适应蚂蚁散布的物候特征，此外种子释放期长短及其释放速率影响蚂蚁的搬运活动。本研究取得的进展将对我国散布生态学研究的深入开展起到积极的推动作用。