风能把植物的种子带多远?新型号

随着地球气候的不断变化，植物适应不断变化的环境的能力对其生存至关重要。通常情况下，为了生存，植物必须通过释放种子来移动位置，但植物扎根在地下，不能移动自己。相反，他们依靠动物或风将种子带到一个新的地方。

植物在生态系统中扮演着重要的基础性角色，通过帮助创造食物和药物等资源来促进人类健康。

因此，为了更好地了解植物如何在面临气候变化等挑战时保持弹性，密苏里大学和密歇根州立大学的一组研究人员最近合作开发了一种创新的数学模型，可以快速可靠地预测风可以将植物种子带到多远。

“一旦种子从植物中释放出来，我们想知道它们能飞多远，因为随着风力条件的波动，种子会因不同的重量、大小和形状而不同地四处移动，”穆工程学院土木与环境工程系助理教授王彬彬说。

“这个模型让我们更好地了解种子在不同条件下落在地面上的概率，具体取决于种子类型、植物类型和风速。”

马里兰大学农业、食品和自然资源学院自然资源学院助理教授杰弗里·伍德说，该模型的一个优势是它能够预测当风肆虐时种子最终降落在地面上的概率。

伍德说:“就像河流中的水流产生的涡流一样，大气中也有涡流，特别是在最接近地球表面的最低部分。”

“这些大气涡流被称为湍流，是一种混乱的漩涡运动，可以在大气中传输气体和热量。它们还通过空气传播种子。”

生态系统中某一部分的变化会对其他部分产生“滚雪球效应”。

例如，植物多样性的丧失会破坏整个生态系统脆弱的稳定性，并影响人类和动物种群。

这就是为什么理解种子传播很重要。密歇根州立大学自然科学学院助理教授劳伦·沙利文说，植物一生只能进行一次这种移动——作为一粒种子。

她说，例如，如果植物结籽时风力较低、平静且不汹涌，种子可能会直接落下，不会四处传播。

沙利文说:“了解植物种子一年四季的移动方式对我们分析它们如何应对气候变化至关重要。”

“这一运动对于我们如何增加生态系统的多样性也很重要。作为一名生物学家，我们现在能够与研究空气动力学和微气象学等方面的研究人员合作，而不是对植物如何移动做出假设。这种创新的方法可以帮助我们开发精确的模型，这些模型足够简单，可以在短短的时间内做出良好的预测。”

该模型根据种子和植物类型、植物高度和风速进行预测，可以在短短一两天内开发出一整年的预测数据。

这类似于王创建的其他模型，用于预测鱼卵在河流中的传播或携带病毒的呼吸道飞沫在空气中的传播。

作为他们未来工作的一部分，该团队将为K-12和大学生开发教育节目。例如，它们将为大学生提供探索不同学科(如农业、生物科学和工程)如何合作解决不同现实问题的机会。

来源: Materials provided by University of Missouri-Columbia.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Binbin Wang, Lauren L. Sullivan, Jeffrey D. Wood. Modeling wind-driven seed dispersal using a coupled Lagrangian particle tracking and 1-D k-ɛ turbulence model. Ecological Modelling, 2023; 486: 110503 DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2023.110503