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不同退水时间土壤种子库与地表植被关系研究??



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不同退水时间土壤种子库与地表植被关系研 究??
作者:党丽霞 杨虎元?? 来源:《环境与发展》2014 年第 03 期

摘要为了研究湿地不同退水时间条件下土壤种质资源与地表植被关系的特征,在三个不同 的水位条件下,通过幼苗萌发法对野鸭湖湿地近十年来退水湿地面积中土壤种

子资源的分布格 局进行了研究,同时,对该区域的地表植被在不同退水时间条件下进行了春、夏、秋三次统 计。结果表明,土壤中的种子与地表植被在不同的退水时间条件下,差异显著。文章同时还分 析了在不同退水时间条件下,土壤种质资源与地表植被产生差异的原因,为今后利用土壤种子 资源在湿地恢复和湿地保护过程中的应用提供理论参考。 关键词湿地 退水时间 土壤种子库 地表植被 中图分类号 S154 文献标识码 A 文章编号 2095-672X(2014)03-0124-05 Abstract: In this paper, the relationship between soil seed bank and standing vegetation in different period of water degeneration at Yeyahu wetland Nature Re-serve of Beijing were investigated in April 2008 as the water degeneration below one year, one to three years, three to five years, five to seven years and seven to ten years. At the same place, the upper vegetations were in investigated in spring, summer and autumn. The results showed that there were 78 species belonging to 23 families and 48 genuses in the total 5 different period of water degeneration of soil seed banks. As the delay of the water degeneration to five to seven years, the species were the most of 48,but the area of the water degeneration to seven to ten years, the species were the least of 34. In all of the 5 water degeneration area, the number of the plant living in the moist soil was the most in the 1 to 3 water degeneration area, accounting to 62.8%. Meanwhile research about upper vegetation was done in spring summer and autumn. The result displayed the diversity between the soil bank and the upper vegetation was marked. In the three season, the highest was in the water degeneration to five to seven years, the lowest was in the water degeneration of below 1 year. There was some fluctuation in summer. Therefore, in the progress of the recovery of Yeyahu wetland, according to the recovery purpose, choose the water degeneration of 1 to 3 years for the soil source maybe could get the best effect and enhance the systemic protection for the conservation of soil seed banks of degraded wetland in Yeyahu Wetland Nature Reserve of Beijing.Key words: Wetland; Periods of water degeneration;Soil germplasm resource;Upper vegetation 湿地是自然界最富生物多样性的生态景观,研究湿地种子库与地表植被关系,有助于更好 地利用湿地土壤种子库资源进行湿地恢复。由于在过去的几个世纪,人类对湿地的利用主要集 中在排水和围垦上,导致湿地退化程度不断加重,所以保护和恢复湿地对于人类生存和发展具

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有重要的意义。然而,利用土壤种子库进行湿地恢复的取材工作直接决定着在湿地恢复工程的 成败,再加上目前对土壤种子库所掌握的知识还不是非常的完善,所以在湿地恢复过程中根据 地表植被与土壤种子库的关系合理设计实施方案具有非常重要的意义。 近年来由于官厅水库补给水量的不足和降水量的缺乏导致植物种类的减少,本实验对野鸭 湖湿地在不同退水时间条件下土壤种子库分布格局和地表植被的关系进行了研究,以为今后野 鸭湖退化湿地的恢复提供理论依据。 1 研究区域的自然概况 北京市野鸭湖(省级)湿地自然保护区位于北京市延庆县西南部的官厅水库上游,其地理 位置为东经 115°47′-115°54′, 北纬 40°25′-40°30′,据统计,野鸭湖湿地 2002 年水域面积约为 9.8 km2,沼泽地约有 12km2。野鸭湖湿地土壤类型以褐土为主,四季气候明显,昼夜温差 大,同时光照充足,属于北温带 大陆型气候。据统计野鸭潮湿地高等植物有 71 科 213 属 357 种,占北京市科、属、种、数的 42%、25%和 17%。 2 研究方法 对于土壤种质资源的研究采取土壤种子库的研究方法进行。对于地表植被调查,本实验通 过 GPS 详细定位,在原土壤采集地点进行地表植被调查,共分 3 次进行,调查时间分别为 2008 年 5 月 20~22 日、7 月 3~5 日和 10 月 12~15 日,代表春夏秋 3 个季节物候特征。在每 一个不同的退水区域内取 3~5 个 1× 1m 大小植物样方,记录该样方中植物的种类、多度、高 度和投影盖度等数据。 2.1 种质资源取样 2008 年 4 月份在野鸭湖湿地进行取样工作,选取 3 个垂直于河岸的样带,宽约 50m ,按 照样带中现场植被类型将其划分为 5 个不同的退水时间带,分别为退水 10-7 年、退水 7-5 年、 退水 5-3 年、退水 3-1 年以及退水 1 年以下的区域,分别在 3 个样带内选取 5 个具有代表性的 地点作为样点,共 15 个样点,每个样点取 3 个土芯作为一个样方,在样方中用圆柱形种子库 取样器(直径 5cm)进行取样,深度为 10cm,充分混匀后成为一个样,密封记录,带回实验 室。 2.2 种质资源萌发及幼苗计数 种子萌发在野鸭湖湿地海后大院的小型温室内进行,萌发前用 0.2mm 孔径的土壤筛对土 样进行筛选,以浓缩种子密度,缩短萌发时间。将筛选过的土壤种子库均分为两份,平铺于装 有厚度为 1.5cm 基质(高温灭活 12h 的湿地土壤)的培养皿内。培养皿随机排放在不供热的温 室内(与外来繁殖体隔离)萌发。将装好的培养皿分为 3 组,其中一组培养皿内保持干燥,一 组培养皿内保持湿润,另外一组培养皿内保持水淹(4cm 水深)。萌发时间持续 5 个月。

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实验期间每周统计每个培养皿内每种植物萌发的个体数。对于无法立即鉴定的物种,移栽 至另外的培养皿培养至可鉴定为止。 2.3 数据分析 利用萌发的幼苗密度和物种数来评价种子的规模;参照目前应用较为广泛的两种生物多样 性指数,即 Shannon-Wiener 和 Simpson 多样性指数[1],来反映不同时期种子库的变化特征。 综上所述,土壤种子库与地表植被的相似性系数在退水 5-7 年最高,在夏季的调查数据出 现了一些波动,在退水 1 年以下区域最低,分析其主要结论,可能的因素为:第一,随着退水 时间的推移,土壤中旱生植物的种子储备量越来越多,而退化前湿生植物落入的种子雨,由于 种子寿命的关系,逐渐丧失活性[2]。第二,不同退水区域植物生长在不同季节对水分的需求 不同[3]水位变化频率对湿地群落的物种组成有显著影响[4],退水 7-10 年区域,地表由于长年 干旱,已成为杨树灌木丛,草本植物很少生长,故相似性系数较低。而退水 5-7 年相似性系数 最高。第三,野鸭湖夏季干旱造成部分生境的改变,水位进一步降低,所以出现在退水 3-5 年 区域的生境条件更适合地表植被的生长,其相似性系数最高。另外,在退水 1 年以下区域,其 相似性系数最低其原因为随着退水时间的前移,湿生植物越来越多,一直到达天然湿地区 域,,该地区绝大部分地表群落物种以无性繁殖为主[5],有些植物的种子并不存在于土壤中[3] 当然,实验误差也可能导致实验结果有所偏颇。 3.4 不同退水时间土壤种子库与地表植被的关系探讨 目前关于土壤种子库与地表植被关系的研究中,有些表明不同植被类型斑块中的种子库能 很好地反映地上植被的物种组成,另一些研究则表明两者差异较大。本研究结果表明,不同退 水时间条件下土壤种子库与地表植被的相似性系数值较小。造成种子库与地表植被物种组成差 异的原因是多方面的,根据本次实验的结果和其他研究成果可总结出以下原因: (1)不同物种种子萌发所需的适宜条件不相同,很难在一个实验中满足所有物种种子萌 发的最适条件,从而低估了种子库的物种组成。例如,Thompson 等[6]指出,许多湿地物种萌 发前需要经历温度波动的环境,所以水位下降以及植被残留物去除将利于种子萌发。Cresswell 和 Grime[7]发现,许多湿地物种需要直接暴露于阳光下才能萌发,植被对阳光的遮挡影响了野 外条件下的种子萌发。 (2)不同物种的生长季节存在差异[8]。本实验在三个季节中,每一次对同一个样点进行 调查时,植被的组成和结构都会出现较大的改变。如在许多样方中扁杆藨草的夏季植被调查结 果的物种丰富度都很高,但在秋季植被调查时已基本枯萎,在样方中所占的比例会比原来减少 很多,这样对比与同一个土壤种子库的萌发结果,其相似性系数和植被自身的多样性指数都会 受到一定的干扰。

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(3)不同斑块类型的小生境差异大。本次实验的 75 个样方中,每个样方呈梅花形每层取 土芯 5 个。取样数量虽然较多,但每个地点的平均土芯数仅为 25 个。由于植被大部分都是集 群分布,而在土壤取样时由于没有地表植被存在,不可能对每一个取样地点的每一种植被类型 都进行取样,这样就很有可能在取样时造成某些植被类型被取样很多次,而某些植被类型取样 较少的情况 (4) 种子库的形成过程中会由于环境因素而出现一定程度的变动[9],如在秋冬季节其地 上部分枯萎倒伏,在地表面形成一层凋落物。这种小生境条件不利于其它物种的生长和种子萌 发。这样,一方面阻止了斑块外围的物种侵入;另一方面导致斑块中原有的种子库得不到有效 更新,导致一些物种在种子库中的种子数量减少甚至消失。 (5) 地表植被中的一些种类在种子库中并不存在种子[10]。如芦苇,其主要繁殖方式为 营养体繁殖。在本研究中,大部分的研究样点及其附近都发现有其地表植被大量存在,但在种 子库中并没有发现有芦苇幼苗萌发,另外在野外的植被调查过程中也没有发现有单独的芦苇苗 出现,一般认为,芦苇在野鸭湖地区不能产生具有活性的种子,所以在土壤种子库中找不到芦 苇比较正常。 4 结论与展望 根据本实验结果可以发现,随着退水时间的延长,野鸭湖湿地湿生植物和水生植物所占比 例越来越少,但是在退水 1-7 年区域内,每平方米萌发物种数量不存在显著差异。种子库萌发 数据表明,0-5cm 土层的物种数量是 5-10cm 的 3-4 倍,所以在野鸭湖湿地恢复过程中,可以根 据恢复目的和布设的水位线等要求,选择在退水 1-3 年区域的 0-5cm 土层作为选土区,以期达 到最佳的恢复效果。在湿地恢复过程中,选择本区域的土壤种子库作为选土区,既可以节省成 本,也可以外来植被类型的干扰,可以最大限度地恢复到退化以前的湿地生态系统类型。通过 本实验的研究,希望能够为野鸭湖湿地以至整个华北地区相同类型的湿地保护与恢复工作提供 参考。 参考文献 [1]王相磊等,洪湖湿地退耕初期种子库的季节动态[J].植物生态学报,2003,27(3): 352-359. [2] 李守淳等,潘阳湖湿地土壤种子库特征以及与地表植被的关系[J].江西师范大学学报, 2011,35(4):435. [3] Jianming Hong,Shu Liu,ect,Soil seed bank techniques for restoring wetland vegetation diversity in Yeyahu wetland ,Beijing[J]. Ecological Engineering, 2012, 42: 200-202.[4]李守淳 等,蚌湖湖滨带的土壤种子库特征[J].植物科学学报,2011,29(2):169.

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[5] 王国栋,吕宪等,三江平原恢复湿地土壤种子库特征及其与植被的关系[J].植物生态学 报,2012,36(8):770-771. [6]Schafer,A. & W.Wichtmann.1998.Fen restoration and reed cultivation: firstresults of an interdisciplinary project in Northeastern Germany Economic aspects. In: Malterer,T.J., K.W.Johnson & J.Stewarteds. Peatland restoration and reclamation. Duluth:International PeatSociety.244~249. [7]王宝娟,胡东,刘晓燕,陈卫.《北京市野鸭湖湿地植物区系分析》[J].首都师范大学学 报(自然科学版),2004, 25(专集):53~54. [8]Thompson K, Grime J P, Mason G. Seed germination in response to diurnal fluctuations of temperature. Nature, 1977, 267: 147~149. [9]刘树,洪剑明.《野鸭湖湿地土壤种子库与地表植被关系研究》[J].湿地科学,2008 (1).54~58. [10]Andersen R N. Germination and Establishment of Weed s For Experimental Purposes. Weed Science Society of America, Urbana, IL ,1968. 230.收稿日期:2014-3-14 作者简介:党丽霞(1984-),女,教师,主要研究方向:植物营养与生理.



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