什幺时候结果很重要!储存效应(Storageeffect)对

2020-06-16 阅读862 点赞997
什幺时候结果很重要!储存效应(Storageeffect)对

还记得在 2012 年刚看到 Jacob 使用巴拿马 BCI 热带森林的种子与小苗资料来估算 Storage effect 的论文时,那时超兴奋,还找了蔡虫和俊伟一起来研究这篇论文,心想:要是也可以用我们福山种子和小苗的资料来做一样的分析就好了。

没想到隔年毕业后去美国参加 workshop 时,会议期间 2012 年这篇论文的作者之一,巴拿马 Smithsonian 热带研究中心的研究员 Dr. Joe Wright 就介绍我认识 Jacob,希望能用 Jacob 发展的模式来进行跨样区比较,藉此了解 Storage effect 在不同森林中作用的强度。

什幺是 Storage effect 呢? Storage effect 是一种用来解释同一生物群落中,相似的物种如何共存的机制。其想法很简单,就是在同一生物群落中,这些共存的物种彼此对于环境变化的反应都不同,某几年可能是 A 物种活得比较好,另外几年则是 B 物种活得比较优,群落中没有一个物种可以每年都活得很好 ,所以没有一个物种能强势到把其他人都赶出群落,这些物种也因此得以共存。

至于为什幺这个机制要叫 Storage effect 呢?这是指生物可以在好年时将自己的优势储存起来 ,藉此撑过不利于其生存的歹年。一个群落内 Storage effect 作用的力道愈强,就有愈多物种能共存。

Storage effect 这个物种共存机制最大的优点就是能够被量化,只要有长时间的群落监测资料就能计算出来,但这最大的优点也是其最大的缺点,因为长期群落生态监测资料非常难以取得,这是因为一个研究计画多半只有三到五年,研究生毕业计画就结束了,加上许多研究单位又要求研究要能马上有成果,造成长期生态监测资料非常稀有。 不过还是有不少学者知道长期监测的重要性,所以想尽办法撑住这些长期监测计画。

好,转回正题。Jacob 想要藉由跨样区比较 Storage effect 的强度来回答什幺问题呢?

在生态学中,一个令生态学者非常着迷的现象就是热带雨林惊人的生物多样性。举例来说,在亚马逊雨林中,小小 25 公顷的森林中就有超过 1400 种的树木,而在整个北半球面积超过 420 万平方公里的温带与寒带森林中,总共加起来也才 1200 多种树,为什幺热带雨林中可以有这幺多种树木在一起生活呢?Jacob 与 Joe 就想知道这是不是与不同森林中 Storage effect 的强弱有关,是不是热带森林的 Storage effect 比较强、而温带森林的 Storage effect 比较弱?

那幺要用什幺资料来量化森林树木间的 Storage effect 呢?树木的生活史很漫长,族群的动态变化不像草本植物般容易测量,其族群成长率很难被量化。Jacob 就想到或许可以用森林树木生活史中变化最激烈的阶段:种子与小苗,用此阶段的动态来看看不同种树木,产生较多种子和小苗的年份是否会彼此错开,藉此降低不同树种在生长、存活上的竞争。

许多植物每年开花结果的好坏深受年间气候变化的影响,气候适宜的年度开花、结果量就比较多 ,反之气候不好的时候,结果量就会下降 。

我们的日常生活其实很常被这个现象影响,像是蔬菜水果的价格就与天候息息相关,像去年因为尼伯特颱风的影响,南部许多蔬菜水果都被扫烂,所以去年下半年水果就爆贵,而今年没什幺颱风,蔬菜水果产量就很充足,价格就相对平稳。在森林中植物开花、结果也是如此,植物开花、结果的产量与年间的气候变化有显着相关,不过不同植物对于气候变化的反应则未必相同。

Jacob 和 Joe 找了在全球不同森林长期监测植物结果与幼苗动态的学者们合作,台湾加入的研究人员包括东华大学孙义方老师、陈毓昀老师和我 、以及东海大学林宜静老师 ,分析结果发现,森林不同树种在不同年间结果与幼苗发生的同步性,的确随着纬度增加而提高,即 Storage effect 的强度会随着纬度增加而减弱。

这个分析结果其实很容易理解:在温带森林,由于生长季很短,树木们只有夏天短短两三个月适合开花结果,所以不同植物结果时间都很类似,而当气候异常时,要嘛大家一起好、要嘛大家一起坏,所有人的反应也都很类似,所以不同植物丰年发生的同步性很高。但在热带森林,全年都有不同的植物开花结果,每种植物对于气候变化的反应也不同,所以当气候异常时,并非大家的反应都一样,不同树种间产生大量果实与小苗的年份经常不一致,降低了树种间的竞争,因而让更多种树木能一起存活在同一片森林之中。

这个研究之所以可以发表在 nature,主要对是对于物种多样性随纬度变化的这个现象,提出了一个新的机制来解释,也有长期野外监测资料辅佐,证实这个机制的可能性。

这篇论文从 2013 年开始筹画到正式发表,其实也经历了很长的一段时间,更不用说各研究人员在不同森林为了累积长期监测资料所付出的辛劳,也很感谢过去和我们一起努力在福山收种子、调查小苗的研究伙伴们,农委会林务局、林业试验所对于这个监测计画的经费赞助,和我的论文指导老师谢长富教授对于相关长期监测计画的支持。

这次很幸运能有机会参与这个跨国合作研究,也期许未来能有更多机会能让台湾的森林研究成果站上国际舞台!

STRI 对于这篇研究的介绍:

Winter restricts innovation

https://eurekalert.org/pub_releases/2017-09/stri-wri091917.php

Jacob 2012 年在 Ecology 的论文:

Coexistence in tropical forests through asynchronous variation in annual seed production

http://dx.doi.org/10.1890/11-1935.1

Nature 邀请学者替这篇论文所写的介绍文:

A matter of time for tropical diversity

http://dx.doi.org/10.1038/nature24142

正文在此:

Temporal coexistence mechanisms contribute to the latitudinal gradient in forest diversity

http://dx.doi.org/10.1038/nature24038