蜥蜴种子扩散作用研究——以吐鲁番沙虎和刺山柑为例

Seed dispersal is an important ecological process and critical to many ecological questions. Seed dispersal by frugivores is now recognized as an important ecosystem service but little has been published on the topic of seed dispersal by lizards. Seed dispersal effectiveness (SDE) provides a conceptual tool for quantifying the effects of seed dispersers on plant population recruitment as well as a more general framework for organizing thinking on how seed dispersers influence the ecology and evolution of the plants. In order to adequately assess SDE, we need to know the importance of the dispersal phase, both in its quantitative and qualitative components. In this program, we examine this in the interaction between the desert shrub Capparis spinosa and its disperser, the lizard Teratoscincus roborowskii to assess SDE both in its quantitative and qualitative components. We design following experiments: 1) foraging behavior observation and analysis to evaluate the number of visits lizard makes and the number of seeds dispersed per visit; 2) frugivore exclusion experiment to determine the probability of fruit removal; 3) seed coat comparisons and germination tests both in lab and field to evaluate processing in the lizard's digestive tract on the speed of germination and the percentage that germinate; 4) seed deposit pattern analysis to determine seed size and the specific microhabitat directly or indirectly influence seedling emergence and survival. Our research can provide foundation for better understanding the coevolution of desert plant and lizard, conservation and exploitation of this important plant resource. So this research has an important scientific significance and application value in future.

种子扩散是一个重要的生态学过程。食果动物的种子扩散作用具有重要的生态服务功能，然而对蜥蜴在种子扩散中的作用研究不多。种子扩散效率提供了研究种子扩散者对植物种群更新影响的定量评估工具，同时也可以作为种子扩散者影响植物生态和进化的一般性研究框架。本项目拟研究吐鲁番沙虎对荒漠灌丛植物刺山柑的种子扩散作用，通过一系列设计性实验：野外捕食行为观察和分析获得光顾植物的蜥蜴数量以及每次光顾扩散种子的数量；食果动物排除实验确定果实移除的潜力；室内/外种子萌发实验和种皮组织形态学观察评价蜥蜴消化道对种子萌发的影响；种子扩散格局分析确定种子大小及特殊小生境对萌发及幼苗定植及存活的影响等，从定性及定量两个方面确定吐鲁番沙虎对刺山柑种子的扩散效率。本项目的研究结果为探索荒漠动物与植物的协同进化机制及刺山柑这一重要资源植物的保护及开发利用提供重要依据，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

种子扩散影响植被的更新和重建，多种扩散方式中，动物对种子的扩散起重要作用，其中食果动物对种子的扩散作用尤为突出。食果动物摄食植物果实，其消化道对植物种子的消化作用及其排遗物的生境选择都可能影响种子的扩散。研究发现吐鲁番沙虎Teratoscincus roborowskii夏季采食刺山柑Capparis spinosa果实，在其排遗物中发现大量完整种子。本研究探究过消化道对种子吸水及萌发的影响、野外调查沙虎排遗物的生境选择及食果动物排除实验。分析探究吐鲁番沙虎是否是刺山柑种子的有效扩散者。主要结果如下：吐鲁番沙虎最长可达14.5天的刺山柑种子停留时间及其较长的排便间隔意味着由其介导的种子沉积有助于实现种子传播和植物更新；吐鲁番沙虎消化道对刺山柑种皮研磨作用随停留时间的增加而增大，刺山柑种子有快速吸水的特性，且2 h内不同消化停留时间对刺山柑种子吸水率和相对吸水速度影响显著，说明在种子的快速吸水阶段，沙虎消化道的时间效应明显促进种子吸水；吐鲁番沙虎消化道对刺山柑种子萌发率有显著提高（P <0.05），但对种子的萌发速度及生活力没有影响（P >0.05），过消化道对种子的时间效应不影响种子的萌发过程；沙虎排遗物生境比例与生境资源比例差异极显著（χ2=127.577，df=7，P =0.000<0.01），幼苗生境比例与生境资源比例差异显著（χ2=16.066，df=7，P =0.025<0.05），但沙虎排遗物生境比例与幼苗生境比例分布差异不显著（χ2=4.647，df=7，P =0.703>0.05）。且沙虎排遗物和幼苗对生境选择特点相似：随机选择刺山柑和枯木生境，偏好选择骆驼刺和骆驼蹄瓣生境，不选择沙拐枣、枯草、花花柴和空地生境。结果支持沙虎排遗物地点有利于刺山柑幼苗定植的定向扩散假说；排除沙虎围栏内果实被沙虎捕食的比例显著低于对照组 (0.01< P =0.025<0.05)，证实吐鲁番沙虎具有移除大量刺山柑果实的能力。上述结果表明通过吐鲁番沙虎消化道可以提高刺山柑种子的萌发并扩散大量完整而有活力的种子到有利于幼苗定植的小生境。吐鲁番沙虎是刺山柑的有效扩散者。