土壤种子库的研究进展及若干研究热点

 土壤种子库是指存在于表层土壤（包括凋落物）中的有生命的种子。土壤种子库的研究已是植物生态学研究不可缺少的一部分,现已成为植物种群生态学中比较活跃的领域。土壤种子库时期是植物种群生活史的一个重要阶段,有人称之为潜种群阶段。土壤种子库对一年生植物来说尤其重要。土壤种子库简单地可分为瞬时土壤种子库和长久土壤种子库,即使给予理想的萌发条件如季节、温度、湿度等,土壤种子库中也仍有部分种子保持休眠状态,休眠的种子组成了土壤长久种子库的成分。时空异质性是土壤种子库的基本特性之一,不仅不同植被类型的土壤种子库具有不同的组成、大小和多样性,而且微环境也影响土壤种子库的分布格局。由于萌发、捕食和衰老等原因,土壤种子库具有季节动态,一般在旧种子萌发之后,新种子散布之前达到最低点。在高等植物占据的大多数生境中,以休眠繁殖体形式存在的个体远远超过地上植株的数量;土壤种子库、幼苗库和成年植被相互联系相互影响。由于各种原因如群落类型的差异、群落的演替阶段、取样的时间等,地上植被和土壤种子库之间关系大体上可分为两种情况,即相似性和差异性;研究土壤种子库的方法通常有萌发法和物理分离法。土壤种子库能部分反应群落的历史,对退化生态系统的恢复起着重要的作用。目前土壤种子库的主要研究热点问题可分为以下几个方面：1）土壤种子库的研究方法,2）土壤种子库的分类问题,3）土壤种子库分布的时空格局,4）地上植被和土壤种子库的关系,5）土壤种子库的动态等。     

种子生态学: 种子在群落中的作用

种子是指由胚珠发育而成的繁殖器官。在生态学研究中,其涵义要比植物学上种子的概念宽泛有时也指果实。作为种子植物生活史的一个重要阶段,种子从其发生、发育到成熟、传播、萌发以至成苗都与周围的环境紧密联系着。因而种子生态学是研究种子与其环境相互关系的科学。种子生态学的研究内容主要包括:种子发育与成熟的环境调节(生殖分配和结实格局)、种子性状、种子捕食、种子传播(包括种子雨)、种子库、种子休眠、种子萌发、幼苗建成和种群更新等,其中种子传播、土壤种子库、种子休眠与萌发是研究的核心内容。     

土壤种子库研究综述

土壤种子库是指存在于土壤表面和土壤中全部存活种子的总和。土壤种子库研究是植物生态学研究的一个重要领域。研究土壤种子库是对生物多样性研究的一个重要补充 ,有助于对植被更新和植被演替动态的了解 ,对于植被重建与恢复具有指导意义 ,有利于指导我们的生产实践。本文从土壤种子库研究的取样方法、研究内容及进展等方面进行一个较系统的总结 ,为将来的研究提供一些有益的途径。     

秦岭太白山4类森林土壤种子库的储量分布与物种多样性

种子是种子植物的繁殖体。了解种子生态学对于发展群落结构和功能的理论具有关键性作用。土壤种子库可以从另一个角度表现植被的潜在更新能力。本文通过野外植被调查和室内试验 ,从 2 4 0份土样中 ,采用物理方法挑选土壤中的种子进行分类统计 ,研究了秦岭太白山南坡的锐齿槲栎 (Quercusalienavar.acuteserrata)林、糙皮桦 (Betulautilis)林、巴山冷杉 (Abiesfargesii)林、太白红杉 (Larixpotaniniivar .chinensis)林 4类森林的土壤种子库分布状况 ,了解土壤种子库储量分布以及物种多样性特点。主要研究结果如下 :(1) 4类森林中 ,糙皮桦林的土壤种子库总储量最大 ,为 1.77× 10 4ind ./m2 ;太白红杉林的土壤种子库总储量最小 ,为 1.74 2× 10 3 ind ./m2 。种子的特性对于土壤种子库储量有较大的影响。 (2 ) 4类森林的土壤种子库储量在土层中的垂直分布为枯落物层 >腐殖质层 >心土层 ;锐齿槲栎林土壤种子库中物种种类最多 ,有 5 0种 ;阔叶林中潜在的群落优势度为多个种群分配 ,而针叶林的种子库中优势种较少 ;巴山冷杉林种子库群落均匀度大于其他 3种林地的。 (3)土壤种子库的种子储量与种子密度的变化规律基本一致 ;用种子密度来表示种子库的大小特征 ,考虑了土壤性质等对种子库的影响 ,比用种子储量来     

伊犁河谷苦豆子植冠种子库特征

植物果实成熟后在植冠宿存延迟释放种子,是沙生生境植物的一种适应性性状。以分布于新疆霍城县荒漠草原内的野生苦豆子(Sophora alopecuroides L.)为研究对象,采用野外调查的方法,调查了野生苦豆子的植冠种子库的大小、种子活力、对土壤种子库的补充及其脱落动态。结果表明:在3月上旬,苦豆子植冠宿存种子的规模为271±124粒·m~(-2);其中,完整种子达144±138粒·m~(-2),构成了苦豆子的植冠种子库;对种皮进行机械破损后,植冠种子库的种子发芽率达76.98%±11.89%,种子活力指数保持在72.44±39.01;苦豆子生殖株植冠种子库种子宿存的时间长达9个月,可以在较长时间范围内有效补充土壤种子库,并与土壤种子库共同执行种群更新和群落演替的繁殖体供应库的功能。研究结果有助于了解苦豆子的繁殖生态学特性,解析其在伊犁河谷恶性蔓延的生物生态学机理,为伊犁河谷草原生态系统的科学管理提供理论支持。     

Linking plant spatial aggregation with reproductive traits and near-source seed dispersal: ecological adaptation to heavy grazing

植物的生态适应策略一直备受生态学者的关注,然而很少有研究能够整体地、系统地揭示植物适应草食动物的生态过程。本研究以内蒙古荒漠草原建群种短花针茅为研究对象,分析了重度放牧和不放牧处理下短花针茅的繁殖个体性状、种子性状以及土壤种子库和种群空间格局。研究结果表明,生殖个体性状方面,生殖枝数量对营养枝数量有正向影响;土壤种子库方面,短花针茅生殖个体基部的土壤种子库中短花针茅密度显著高于旁边裸地土壤种子库中短花针茅的密度,且与种子性状和裸地土壤种子库显著负相关;在种群空间格局方面,重度放牧下短花针茅种群空间聚集分布。我们的结果认为在重度放牧处理下,生殖活动在短花针茅的资源分配中处于主导地位;短花针茅植物种群通过调控种子形态特征,采用就近扩散的生态策略,促进了幼年种群与成年种群在较小的尺度上空间正关联,从而形成“安全岛”。     

金沙江干热河谷山地植被恢复区土壤种子库和地上植被研究

土壤种子库在植物种群动态中起着重要作用。土壤种子库可缓解种群的灭绝过程,保存群落中植物种的表现特征,是植被天然更新的物质基础。通过对金沙江干热河谷山地植被恢复区（包括水平阶、自然坡面、沟底）和未恢复区（包括放牧地）的土壤种子库和地上植被的组成、大小及多样性进行比较研究表明,植被恢复区土壤种子库和地上植被的密度、丰富度、多样性及均匀度均大于未恢复区。恢复区地上生物量要远大于未恢复区。水平阶和各类型间的土壤种子库密度与地上植被密度差异显著。土壤种子库中草本植物占很大比例。孔颖草和扭黄茅是土壤种子库和地上植被的两大优势种,两者的个体数量、重要值及生物量最大。土壤种子库和地上植被有较高的相似性,且随着恢复程度的加深,相似性有增高的趋势;土壤种子库密度和地上植被密度之间关系可以用二次和三次曲线拟合。     

城市绿地种子库的初步研究

对城市绿地土壤种子库的组成、种群数量、空间分布和物种多样性进行了初步研究,结果表明：城市绿地土壤种子库存中共出现植物42种,其中在第一层中共出现植物1 477株,多样性指数为2.05,均匀度是0.58,最大的物种多样性指数是3.56,第二层的物种多样性指数,均匀度和最大物种多样性指数均比第一层要低,分别为1.94、0.56和3.47,植物种类也要少一些。城市绿地土壤种子库中种的丰富度、种子苗量、多样性指数均不如远郊区山地天然次生林。城市绿地土壤种子库中蕴藏着一些潜在种群,有些植物种可以用于城市绿化建设。     

植物生活史繁殖对策与干扰关系的研究

植物生活史繁殖对策研究是涉及植物的适应或进化、生态系统退化与恢复过程、生物多样性保护等多方面理论生态学和应用生态学研究内容的生态学研究领域。按Grime的植物生活史繁殖对策分类、植物营养繁殖与干扰适应、种子形态学与干扰适应、土壤种子库与干扰适应、植物繁殖体传播和萌发与干扰适应论述了当今极受关注的植物生活史繁殖对策与干扰关系,简述了我国干旱区干扰与植物生活史繁殖对策关系研究。     

植物种群更新的补充限制

补充限制基于生态位理论, 从种子萌发、幼苗存活和生长、繁殖体扩散等生活史阶段的种群统计特征及环境因素(土壤水分、养分、凋落物等)着手, 探讨种群的更新问题。种源限制和微生境限制是补充限制理论研究的核心内容, 但是哪个更为重要并没有统一的结论。种源限制与种子生产、土壤种子库和地下芽库中的繁殖体数量不足有关。其中, 气候的年际波动、土壤种子库寿命和动物的捕食都会影响种子生产在种群更新中的作用; 土壤种子库常被视为种群更新的保险库, 与地上种子雨共同促进种群更新, 但是, 如果土壤里种子具有较高的死亡率和休眠率, 将会降低种子库的作用; 地下芽库及其产生的无性分株对于种群更新的意义更多地体现在干扰后种群更强的恢复能力上。扩散限制是种群更新中的普遍现象, 与种子产量、散布能力、传播媒介、幼苗密度等因素有关。微生境限制主要表现为水分、养分、凋落物等非生物因素以及竞争、捕食等生物因素对种子的活力、萌发性、幼苗的存活力、物质分配等过程的影响, 其重要性随着植物生活史阶段而发生变化。未来需要进行综合的、长期的实验, 并应着重加强种源限制及相关生态过程的进化与生态相结合的机理性研究, 从而更深刻地认识和理解种群更新问题, 建立更为综合、系统的种群更新理论体系。     

持久土壤种子库研究综述

土壤种子库是指存在于土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子,简单地可分为短暂土壤种子库和持久土壤种子库。即使给予理想的萌发条件如季节、温度、湿度等,土壤种子库中也仍有部分种子保持休眠状态,休眠的种子组成了持久土壤种子库。持久土壤种子库具有在承受了空间或时间上不可预测的干扰的植被中发挥繁殖能力的潜势,因此,其在植被承受干扰后的恢复、管理和重建中常常起关键作用。研究持久土壤种子库能丰富生物多样性的内容,同时,可以为深入了解植被更新提供更多的信息。本文从持久土壤种子库的研究方法、分类方法、指示因子、生态意义,以及持久土壤种子库研究中存在的问题和今后的工作进行综述,试图为将来的工作奠定基础。     

Global asymptotic stability of plant-seed bank models

Many plant populations have persistent seed banks, which consist of viable seeds that remain dormant in the soil for many years. Seed banks are important for plant population dynamics because they buffer against environmental perturbations and reduce the probability of extinction. Viability of the seeds in the seed bank can depend on the seed’s age, hence it is important to keep track of the age distribution of seeds in the seed bank. In this paper we construct a general density-dependent plant-seed bank model where the seed bank is age-structured. We consider density dependence in both seedling establishment and seed production, since previous work has highlighted that overcrowding can suppress both of these processes. Under certain assumptions on the density dependence, we prove that there is a globally stable equilibrium population vector which is independent of the initial state. We derive an analytical formula for the equilibrium population using methods from feedback control theory. We apply these results to a model for the plant species Cirsium palustre and its seed bank.     

中国矿区土壤种子库研究的必要性与挑战

土壤种子库是土壤及其表面凋落物中所有具生命活力的种子,可反映区域特有的生物多样性特征,其多数存在于表层土壤.作为植被恢复生长的基础和潜在的绿化材料,表土和土壤种子库是矿区不可再生的有限资源.土壤种子库研究是我国矿区土地复垦与生态重建领域的热点之一.由于矿业生产的特殊性,矿区土壤种子库研究不能仅仅关注土壤种子库中种子类型、数量及其与地表植被相互关系等常规静态内容,还需要借鉴特殊生境下土壤种子库的研究成果,并结合矿区土地利用特征,在研究体系和思路上寻求突破.本文总结了矿区土壤种子库研究的特殊性及相关研究进展,综述了特殊生境下土壤种子库的研究进展及启示,并提出了我国矿区土壤种子库研究所面临的挑战,为强化我国矿区土壤种子库研究、提高我国矿区土地复垦中表土及土壤种子库利用效率、加快植被恢复进程提供参考.     

松嫩碱化草甸土壤种子库格局、动态研究进展

草地退化是全球干旱和半干旱草地生态系统的共同特征,由于土壤种子库在植被恢复和生物多样性维持等方面的重要作用,已成为研究热点。作为重要的脆弱生态系统,松嫩碱化草甸在人类活动和全球变化影响下发生了明显退化。松嫩碱化草甸土壤种子库研究始于20世纪90年代,主要集中在对虎尾草群落、星星草群落、碱蓬群落、羊草群落等不同演替阶段土壤种子库物种种类、密度、季节变化研究;该地区土壤种子库的物种数目随着恢复演替由初级向高级阶段而呈现逐渐增加的趋势,但物种数目均相对较少,且多以1年生为主。另外对种子雨和某些物种种子散布动态也有零星报道,主要是从群落水平进行的研究,种子雨的空间异质性表现在其组成和大小因群落而异。今后需要加强对松嫩碱化草甸土壤种子库格局与关键生境要素的耦合特征、种子库分布格局的形成机制等研究,研究方法上,引入稳定同位素标记和分子遗传学等研究方法和手段,开展持久种子库的长期定位监测研究,为盐碱地植被恢复提供理论依据。     

森林土壤种子库与天然更新

论述了森林土壤种子库的特点：（1）森林土壤种子库密度小于耕作土壤和草地,并且受森林类型和年龄的影响,变化幅度很大;（2）森林土壤种库的种类组成在森林的不同演替阶段,受其地上植被影响的程度不同;（3）森林土壤种子库的动态变化是周期化因数和随机性因数的结合,并从土壤种子库的时间动态和空间分布角度,分析了土壤种子库对天然更新的影响,森林土壤种子库是天然更新的物质基础,种子库的结构和功能影响天然更新能力的方向,因此能影响土壤种子库格局变化的各种因子或措施,均能显著地促进或妨碍森林的天然更新,根据森林土训种子库的时空格局特点及影响更新的障碍因子,可以采用人工的辅助措施促进更新,同时,对于森林土壤种子库的研究应着眼于应用干扰生态学的基本理论,以退化生态系统的重建和群落交错区的演替为主要内容,研究方法应以长期定位观测为宜。     

Genetic comparisons between seed bank and <Emphasis Type="Italic">Stipa krylovii</Emphasis> plant populations

The soil seed bank represents the potential plant population since it is the source for population replacement. The genetic structure of a Stipa kryiovii (Roshev.) plant population and its soil seed bank was investigated in the Xilinguole Steppe of Inner Mongolia using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analyses. The population was sampled at two sites that were in close proximity to each other (0.5 km apart). Thirty plants and 18 seed bank samples were taken from each site to determine the genetic diversity between sites and between sources (plant or seed). The material was analyzed using 13 primers to produce 92 loci. Eighty-six were multi-loci, of which 23 loci (26.74%) of allele frequencies showed significant differences (P ≤ 0.05). The genetic similarity between two seed bank sites was 0.9843 while the genetic similarity between two plant sites was 0.9619. Their similarities were all greater than that between the seed bank and plant populations. An analysis of their genetic structure showed that 87.86% of total variation was derived by two-loci. Genetic structures between plant and soil seed bank populations in S. krylovii were different due to the variance of mean gametic disequilibria and mean gene diversity. AMOVA results showed that the majority of variance (88.62%) occurred within sites, 12.75% was from between-groups. Further research is needed to investigate the selective function in maintaining the genetic diversity of Stipa krylovii plant populations.     

Soil seed bank contributes significantly to genetic variation of Hypericum sinaicum in a changing environment

The contribution of soil seed bank of a desert endemic plant species in maintaining genetic diversity has been addressed in this paper through investigating the differences in genetic diversity and structure (using AFLP markers) between plants grown from soil seed bank and standing crop plants within and among five populations of H. sinaicum growing at St. Katherine Protectorate, southern Sinai, Egypt. Standard genetic diversity measures showed that the molecular variation within and among populations was highly significantly different between standing crop and soil seed bank. While soil seed bank had lower genetic diversity than standing crop populations, pooling soil seed bank with standing crop samples resulted in higher diversity. The results revealed also that soil seed bank had lower differentiation (7 %) than among populations of the standing crop (18 %). Results of neighbor-joining, Bayesian clustering and principal coordinate analysis showed that soil seed banks had a separate gene pool different from standing crop. The study came to the conclusion that the genetic variation of the soil seed bank contributes significantly to the genetic variation of the species. This also stresses the importance of elucidating the genetic diversity and structure of the soil seed bank for any sound and long-term conservation efforts for desert species. These have been growing in small-size populations for a long time that any estimates gained only from aboveground sampling of populations may be ambiguous.     

Genetic comparisons between seed bank and Stipa krylovii plant populations

The soil seed bank represents the potential plant population since it is the source for population replacement. The genetic structure of a Stipa krylovii (Roshev.) plant population and its soil seed bank was investigated in the Xilinguole Steppe of Inner Mongolia using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analyses. The population was sampled at two sites that were in close proximity to each other (0.5 km apart). Thirty plants and 18 seed bank samples were taken from each site to determine the genetic diversity between sites and between sources (plant or seed). The material was analyzed using 13 primers to produce 92 loci. Eighty-six were multi-loci, of which 23 loci (26.74%) of allele frequencies showed significant differences (P < or = 0.05). The genetic similarity between two seed bank sites was 0.9843 while the genetic similarity between two plant sites was 0.9619. Their similarities were all greater than that between the seed bank and plant populations. An analysis of their genetic structure showed that 87.86% of total variation was derived by two-loci. Genetic structures between plant and soil seed bank populations in S. krylovii were different due to the variance of mean gametic disequilibria and mean gene diversity. AMOVA results showed that the majority of variance (88.62%) occurred within sites, 12.75% was from between-groups. Further research is needed to investigate the selective function in maintaining the genetic diversity of Stipa krylovii plant populations.