植冠与土壤种子库储存种子的萌发特性及策略

为明确黄土丘陵沟壑区植物种子库如何调控种子萌发来提高个体适合度,选择研究区7种具有种子库的主要物种为研究对象,以刚成熟和室内储存种子为对照,比较植冠宿存(5个宿存期)和土壤埋藏(5a埋藏期)对植物种子萌发特性的影响,探讨植冠种子库与土壤种子库储存下的种子萌发策略。结果表明:7种植物种子经过不同种子库储存后萌发特性表现出明显的种间差异,黄刺玫(Rosa xanthina)和水栒子(Cotoneaster multiflorus)种子萌发力表现为植冠宿存不变型、土壤储存增强型,土壤储存明显提高水栒子种子萌发速率;达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)和狼牙刺(Sophora davidii)种子萌发力表现为植冠宿存增强型、土壤储存减弱型,种子萌发历时表现为植冠宿存延长型,土壤种子库储存还可加快达乌里胡枝子萌发速率、缩短萌发历时;茭蒿(Artemisia giralaii)和铁杆蒿(Artemisia gmelinii),种子萌发率随植冠宿存时间先升高后降低,随土壤储存时间先降低后升高,土壤储存可推迟其萌发,铁杆蒿种子萌发速率在植冠与土壤储存后均加快;紫丁香(Syringa oblata)种子萌发率随植冠宿存先升高后降低,土壤储存明显加快其种子启动萌发与速率。在黄土丘陵沟壑区,植物种子经过植冠或土壤种子库储存,或增加、加快、提早萌发充分利用有利条件提高占据性,或减少、减缓、推迟萌发分摊不利条件的风险;而且该区植物植冠与土壤储存后种子萌发特性间的关系,体现各自适应环境与应对干扰的分工与协作策略,主要表现为:单一主导型和相辅相成型。     

准格尔黄土丘陵沟壑区杜松疏林特征分析

对内蒙古准格尔黄土丘陵沟壑区天然杜松疏林进行了林分胸径、株高、密度和群落结构等的调查.结果表明:发育良好的杜松疏林具有明显的乔木层、灌木层和草本层,如杜松-虎榛子-日阴菅群落、杜松-黄刺玫-日阴菅群落、杜松-黄刺玫-黄囊苔群落;若干扰进一步减弱,它们会演替为辽东栎+杜松或油松+杜松群落;若干扰加强,杜松疏林会逆向演替为灌丛或草原,甚至为裸沟坡地.杜松疏林有高的物种丰富度,但生境脆弱,且林分平均胸径、平均高、密度均较小,故不适合作为用材林,应作为水土保持林和种源林加以保护利用更为合理.     

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响.结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30 min 雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P＜0.01).同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林.同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大.沙棘纯林及其混交林30 cm 以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值.2002年沙棘纯林的耗水深度为220 cm,而其混交林的耗水深度达到300 cm.同时,在整个生长季节中,沙棘纯林及其混交林整个剖面平均土壤含水量存在着显著的差异,表现为:沙棘×杨树＜沙棘＜沙棘×油松.     

黄土丘陵沟壑区生态—经济背景以及小流域优化生态—生产范式

在全面分析黄土丘陵沟壑区生态-经济敏感带的自然环境、社会经济环境的基础上，深入探讨了区域的优势景观单元——小流域的景观结构和功能，由此提出了构建小流域生态——生产范式的几项原则及范式内容。其中包括以下几项原则：水分平衡和高效利用原则、农林牧复合系统原则、区位优化原则等。范式内容强调小流域景观单元的空间异质性和等级特点，主要包括以村庄为中心的高效农业生产圈层结构模式、坡面梯状生态经济带建设模式、流域生态一经济水平生产模式、流域之间高效能流物流点一轴发展模式以及流域与外界环境的核心一边缘发展模式．     

陕北黄土丘陵区6种植物冠层种子库的初步研究

对陕北黄土丘陵区猪毛蒿（Artemisia scoparia）、铁杆蒿（Artemisia gmelinii）、茭蒿（Artemisia giraldii）、杠柳（Periploca sepium）、狼牙刺（Sophora viciifolia）和黄刺玫（Rosa xanthina）6种植物不同时期的冠层种子宿存量进行了调查。结果显示,6种植物均有不同程度的植冠种子宿存量,翌年4月,黄刺玫的宿存量可达57.60%,狼牙刺的宿存量达31.56%,杠柳的宿存量为6.30%,铁杆蒿的宿存量为2.42%,猪毛蒿的宿存量为1.86%,茭蒿的宿存量为1.16%。猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、黄刺玫的种子宿存时间可长达7个月之久,狼牙刺、杠柳的宿存时间为5～7个月。     

黄土丘陵沟壑区不同植被区土壤生态化学计量特征

以黄土丘陵沟壑区3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)不同坡向土壤作为研究对象,对土壤有机C、全N、全P、全K含量及其化学计量特征进行了研究.结果表明,不同植被区、坡向和土层土壤养分含量及其化学计量特征均有明显不同.土壤有机C、全N变异性较大,全P、全K变异性较小.表层土壤养分含量显著高于底层土壤;同一土层之间有机C、全N含量变异性较大,全P、全K含量变异性较小.不同坡向之间养分含量不同,阴坡最大,阳坡最小.土壤养分含量受植被类型及植被盖度的影响,森林区＞草原区＞森林草原区.土壤C/N、C/P、C/K、N/P、N/K比都较稳定,C/N比的变化范围为5.65-12.57,平均值为9.44; C/P比的变化范围为3.62-17.32,平均值为8.15;C/K比的变化范围为0.10-0.55,平均值为0.26;N/P比的变化范围为0.43-1.38,平均值为0.86; N/K比的变化范围为0.01-0.05,平均值为0.03;P/K比值较稳定,为0.03.土壤有机C和全N极显著正相关,全N和全P极显著正相关.     

黄土丘陵沟壑区80种植物繁殖体形态特征及其物种分布

植物繁殖体的形态特征及其物种分布是植物长期适应环境的结果,对退化生态系统的更新与恢复具有重要的理论与实践指导意义。研究了80种植物的繁殖体形态特征及与其物种分布的关系,结果表明：1）繁殖体重量差别较大（0. 020—357.428 mg）,主要集中在1—9.999 mg（占52.5%）。2）繁殖体的形状指数FI变化范围较大（1.06—12.93）,61.3%的植物繁殖体的形状近圆球形。3）33种植物繁殖体具有明显的附属物,包括毛、翅、芒和刺等。4）87.5%的植物繁殖体表面具有各种纹饰（棱、被毛、纹和颗粒状等）;繁殖体颜色以褐色和黑色为主,少数繁殖体颜色鲜艳;6种植物繁殖体具有吸水分泌粘液的特性。5）黄土丘陵沟壑区繁殖体重量小或形状近圆球形的植物分布数量多、范围广。6）繁殖体具有毛、翅和芒附属物或吸湿分泌粘液的植物在黄土丘陵沟壑区较繁殖体无附属物的植物能够分布更多、更广。繁殖体这些有利于物种分布的形态特征对于植物适应该区干旱与土壤侵蚀干扰具有重要的生态学意义,而且可用于指导该区人工补播促进植被恢复的物种选择。     

黄土丘陵沟壑区狼牙刺的生长特征研究

在陕北黄土丘陵沟壑区,对阳坡、半阳坡的不同林龄狼牙刺的生长特征作了系统研究,调查分析了狼牙刺的株高、冠幅、树龄、物种组成、新枝生长量以及地上部生物量和叶量(以柠条为研究对照)等生长特征指标。结果表明:天然灌木狼牙刺的株高在1.50m左右,冠幅约2.0m×2.0m,平均分枝数约4.45。17龄、14龄、6龄狼牙刺地上部生物量和种群密度分别为21.0t/hm2,10000株/hm2;27.3t/hm2,4375株/hm2;6.8t/hm2,8750株/hm2;6、7、8三个月份是狼牙刺新枝的快速生长期,新枝年生长量大小顺序为14龄狼牙刺>6龄狼牙刺>17龄狼牙刺。流域内,狼牙刺个体地径基本保持直线生长,其种群处于旺盛生长阶段。林龄是造成狼牙刺地上部生物量差异的主要内因,而立地条件(土壤水分状况)的优劣以及种群密度则是影响狼牙刺地上部生物量及生长速率的重要外部因素。与柠条相比,狼牙刺在长期的生长发育过程中与土壤水分环境形成了更为协调的关系,表现出较高的土壤水分含量和多年地上部累积生物量,生长旺期盖度均能达到50%以上,应该成为当地造林树种的优先选择之一。     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

黄土丘陵沟壑区主要草种枯落物的持水能力与养分潜在归还能力

黄土丘陵沟壑区由于土壤侵蚀严重,天然植被恢复缓慢,植被稀疏,枯枝落叶层的生态效应就显得尤为重要。对该区坡沟不同立地条件下草本群落主要物种的枯落物蓄积量、持水与养分潜在归还能力进行了分析,探讨主要物种枯落物对土壤的改善作用。结果表明:1)坡沟不同立地条件下枯落物蓄积量差异显著(P0.05),在73.74—175.26 g/m2之间变化,表现为阴沟坡峁顶阳沟坡阴梁峁坡阳梁峁坡;在坡面不同微地形下也差异显著(P0.05),在阳坡表现为株丛浅沟鱼鳞坑裸地,在阴坡为浅沟鱼鳞坑株丛裸地,在峁顶为株丛裸地。2)主要物种枯落物最大持水量可达自身干重的1.22—4.34倍;不同物种枯落物间的持水能力差异极显著(P0.01),表现为白羊草叶铁杆蒿叶白羊草茎达乌里胡枝子叶长芒草达乌里胡枝子枝铁杆蒿枝。3)枯落物C、N含量分别在7.35%—40.33%和0.61%—1.60%之间,不同物种间差异极显著(P0.01),同一物种枯落物C、N含量在坡沟不同立地条件下差异不显著。4)影响枯落物分解的木质素含量(1.00%—8.20%)、纤维素含量(3.16%—14.06%)、木质素/N值(0.78—12.48)、C/N值(5.61—57.41)在不同物种间差异极显著(P0.01);同一物种木质素含量、纤维素含量和木质素/N值在坡沟不同立地条件下差异显著(P0.05),而C/N值不显著。5)铁杆蒿叶的枯落物养分潜在归还能力最大,达乌里胡枝子和白羊草的枯落物次之,长芒草的枯落物养分潜在归还能力最小。     

黄土高原子午岭油松林的种子雨和土壤种子库动态

对黄土高原区子午岭不同林龄(18a、29a、40a、54a)油松(Pinus tabulaeformis carr.)人工林及天然林(约75a)的种子雨和土壤种子库进行了研究.结果表明,该区油松种子雨一般从每年9月初开始,一直到11月底结束,种子雨降落历程与林龄大小有关,种子雨发生时间和降落高峰期有所不同.不同林龄的油松种子雨强度不同,种子雨总量大小顺序为:40a人工林((489 9±8.64)粒· m-2)＞29a人工林((346.8±7.45)粒· m-2)＞54a人工林((327.1±8.13)粒· m-2)＞天然林((146.9±5.25)粒· m-2)＞18a人工林((78.1±2.72)粒· m-2).种子雨总量随林龄的增加而增加,约40a时达到高峰,种子雨活力也以40a时最高.不同林龄油松林土壤种子库存在显著差异,其中18a人工林种子库最小,40a人工林种子库最大.从种子雨降落到次年4月,5种林分土壤种子库总量下降了42.34%～53.59%,空粒种子增加了26.72%～48.69%;从4月到8月份种子腐烂率由10.28%～13 62%增加到57.25%～63.28%.动物的搬运、取食和种子腐烂死亡是种子库损耗的主要因素.土壤种子库中的油松种子主要集中在枯枝落叶层,其次为0～2cm层,2～10cm层种子最少.到8月中旬,土壤中98.26%的油松种子都已丧失活性.不同林分下油松幼苗的密度差异较大,40a人工林下幼苗最多,其余依次为29a人工林、54a人工林和天然林,18a人工林下的实生苗极少,幼苗死亡率极高.在一定龄级范围内,人工林结实能力和更新潜力随林龄增加而增加,40a时更新潜力最大.虽然有大量种子下落,但由于种子大量损耗和幼苗死亡,通过环境筛作用而最终可以成熟的个体数量十分有限.     

陕北黄土丘陵沟壑区坡沟立地环境下幼苗的存活特征

幼苗是植被恢复演替的基础, 在生态系统中具有非常重要的作用。为了探索黄土丘陵沟壑区坡沟立地环境下幼苗的存活特征, 在陕西省安塞县宋家沟和纸坊沟流域设置15个固定样地进行定点动态监测, 运用单因素方差分析法和系统聚类分析法对不同立地环境下的幼苗密度和幼苗存活率进行了分析。结果表明: 1)不同坡沟立地环境下, 幼苗存活特征差异明显, 整体表现为阳坡幼苗密度较小而存活率较高, 阴坡幼苗密度较大但存活率较低。2)细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)、菊叶委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等物种具有较高的幼苗存活率, 在生存竞争中幼苗是以“质”取胜; 而猪毛蒿(Artemisia scoparia)、中华苦荬菜(Ixeris chinensis)、阴行草(Siphonostegia chinensis)等物种具有较高的幼苗密度, 在生存竞争中是以“量”取胜。3)同一物种在坡沟立地环境下表现出不同的存活曲线, 不同物种在不同立地环境下也可呈现同一存活曲线; 细裂叶莲蒿、菊叶委陵菜、长芒草(Stipa bungeana)、阿尔泰狗娃花、兴安胡枝子(Lespedeza davurica)等物种, 幼苗不仅在雨季存活能力强且具有较强的越冬能力; 猪毛蒿、香青兰(Dracocephalum moldavica)、臭蒿(Artemisia hedinii)等物种在雨季前幼苗存活能力较强, 但冬季存活能力弱。4)坡面不同微环境下幼苗存活特征也存在差异, 即微环境的改变在一定程度上影响着幼苗的生长、存活和越冬。因此, 在黄土丘陵沟壑区应根据物种幼苗存活特性对幼苗进行适当的抚育管理, 这将有利于幼苗的建植和植被更新。     

黄土高原子午岭种子植物区系特征研究

黄土高原子午岭位于黄土高原中部半湿润半干旱过渡带(107°30′~109°40′E,33°50′~36°50′N)。其在植被分区上隶属于泛北极植物区、中国-日本森林植物亚区的华北地区黄土高原植物亚地区。区内共有种子植物94科361属689种,分别占黄土高原区种子植物总数的63.95%、41.78%和21.37%。其中大科、大属在区系组成中起着非常重要的作用。该区种子植物属包含15个分布区类型及12个变型,其中北温带分布、旧世界温带分布、泛热带分布、东亚分布等成分占有重要地位。其种子植物区系的基本特征是:植物种类相对丰富;多种地理成分交汇、过渡特征明显;区系组成以华北成分为主体,温带成分占优势;沿纬度梯度地理成分差异显著,垂直分布带谱不明显;区系成分新老并存,特有化程度低。     

黄土丘陵沟壑区潜在抗侵蚀植物分析

基于对黄土丘陵沟壑区延河流域多年(2003—2014年)植被调查资料的整理分析,根据抗侵蚀植物定义及Braun-Blanquet植物社会学方法,筛选该区潜在的抗侵蚀植物,阐明不同抗侵蚀植物的分布特征及其生存繁衍能力。结果表明:1)共筛选出潜在的抗侵蚀植物42种,分属18科33属,禾本科、豆科、菊科、蔷薇科物种最多,占总物种数的66%。2)42种植物中85%的物种生活型为高位芽、地上芽和地面芽植物,76%的物种生长型为灌木/小灌木和多年生草本,78%的物种水分生态类型为旱生和中生;结合该流域的气候条件及42种植物的分布范围,可将其分成广幅种、中幅种、窄幅种3种类型。3)55%的物种最大盖度超过50%,可成为群落的建群种或单优种;其它最大盖度小于50%的物种多成为群落的共优种,这些物种具有较高的盖度和地上生物量,表明植物能适应该区侵蚀环境且长势较好。4)42种植物几乎都具有土壤种子库和幼苗库,60%的物种具有植冠种子库;除一年生植物,其他植物均可进行营养繁殖,表明潜在的抗侵蚀植物均能维持自身的生存繁衍。5)42种植物中有13种为主杆型植物,其较大的冠幅能够保护基部土壤;8种疏丛型植物具较强的保护土体和拦截沉积物能力;6种聚丛型和7种簇丛型植物能有效拦截沉积物。总之,只占研究区记录的总物种数13%的潜在抗侵蚀植物具有种子库和幼苗库,多年生植物以营养生殖为主,能维持自身的生存繁衍;由于植冠对其下土壤的保护和植物基部茎对沉积物的拦截,在植物基部能形成土堆,可有效控制土壤侵蚀。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

粪种子库的理论基础、影响因素和生态意义

成熟种子被动物采食和排泄后,沉积在粪便中的有活力的种子称为粪种子库。种子经动物消化道携带而实现传播的过程称为消化道传播,粪种子库是种子消化道传播的必经阶段和关键节点。粪种子库和种子消化道传播一直以来都是生态学家关注的热点。介绍了粪种子库的形成原因和理论基础,指出粪种子库是动-植物互作的结果;讨论了影响粪种子库结构和组成的因素,包括种子形态、动物种类和外界环境对粪种子库生态功能的调控作用;阐述了粪种子库的生态意义,主要表现为种子远距离传播、粪便物质返还以及促进植物群落更新和发展;最后指出将来关于粪种子库的研究需要重点关注的几个方面问题,以期为合理、全面认识粪种子库提供理论参考,并为深刻理解动-植物互作机制提供科学依据。     

Effect of sheep grazing on seed circulation on the Loess Plateau

In grazing ecosystems, mature seeds fall directly to the soil to form the soil seed bank (SSB), or are ingested by grazing livestock to become part of the dung seed bank (DSB; i.e., seed circulation). Both the SSB and DSB form the basis for the natural regeneration of vegetation. However, little is known about the relationships between the SSB, DSB, and aboveground vegetation (AGV) community under different stocking rates (SRs). This study investigated the relationships between the SSB, seeds in Tan sheep (Ovis aries) dung, and AGV at different SRs (0, 2.7, 5.3, and 8.7 sheep ha^–1) in a semiarid region of the Loess Plateau in China. We found that Tan sheep grazing increased the species richness heterogeneity of grassland vegetation, and negatively influenced the density of AGV. Under natural conditions, 17 species from soil‐borne seeds and 10 species from Tan sheep dung germinated. There was low species similarity between the soil and DSBs and AGV. Sheep SR and the seed banks (soil and dung) were negatively correlated with AGV. Seeds are cycled from herbage to livestock to soil during cold season grazing; the seasonal nature of this seed dispersal is an adaptation to harsh, semiarid environments. Increased seed bank diversity under sheep grazing facilitates grassland regeneration on the Loess Plateau, similarly to other semiarid regions globally.