黑土滩人工草地土壤种子库研究

黑土滩人工草地土壤种子库研究伊晨刚1，马玉寿2，李世雄2，王彦龙2（1.青海大学，青海西宁810016；2.青海省畜牧兽医科学院，青海西宁810016）摘要：采用萌发试验方法，研究了黑土滩人工草地土壤种子库的物种组成、密度、时空格局和物种多样性等特征，为黄河源区黑土滩退化草地改建成的人工草地群落演替的动态预测和持续利用提供一定的理论依据。结果表明：（1）土壤种子库中共有36种植物组成，隶属于16科。（2）土壤种子库在物种比例和发芽数比例上都表现出多年生草本植物一二年生草本植物灌木。（3）土壤种子库中禾本科植物是群落的优势种，经济型中优良牧草占最大比例。（4）土壤种子库中种子数量在垂直分布上呈现出由表层土壤向深层逐层减少的变化规律。（5）人工建植草地Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀性指数均随年龄的增长而呈下降趋势。关键词：黑土滩；土壤种子库；人工草地；物种多样性ThestudyonsoilseedbankofculturedgrasslandonBlackSoilBeachYIChen-gang1,MAYu-shou2,LIShi-xiong2,WANGYan-long2(1.QinghaiUniversity,QinghaiXining810016;QinghaiAcademyofAnimalandVeterinarySciences,QinghaiXining810016)Abstracts:ThecharacteristicsofsoilseedbankforculturedgrasslandonBlackSoilBeacharestudiedbygerminationtestmethods,suchasspeciescomposition,density,spatialandtemporalpatternsandspeciesdiversity,toprovideatheoreticalbasisforDynamicforecastaboutCommunitysuccessionandsustainableuseofthedegradedgrasslandturnedintotheculturedgrasslandonBlackSoilBeachinYellowRiversourcearea.Theresultsshowedthat:(1)Therewere36plantspeciesinthesoilseedbank,whichbelongsto16families.(2)Proportionofspeciesandgerminationinthesoilseedshowperennialherbaceousplantsannualbiennialherbageplantsshrubsbank.(3)GramineaearethedominantspeciesinthecommunityofsoilseedbankandFinepastureoccupysthelargestproportionineconomicmodel(4)Fortheverticaldistribution,thenumberofseedsinthesoilseedbanktookonadecreasingtrendwithsoildepthincreasing.(5)ThetrendsofMargalefabundanceindex,Shannon-WienerdiversityindexandPielouevennessindexaredecreasingwiththegrowthoftheageinculturedgrassland.KeyWords：BlackSoilBeach；Soilseedbank；Culturedgrassland；Speciesdiversity由于人类活动和自然因素的相互作用，近年来青藏高原高寒草甸面临着严重的退化问题，以黑土滩为主的高寒草甸退化现象日益加剧，大量的试验研究结果表明，建植人工草地是快速恢复黑土滩植被的有效途径[1,2]。该项研究是以在黑土滩上建植的不同类型人工草地为研究对象，开展了人工草地土壤种子库特征分析，旨在为高寒草甸黑土滩人工草地群落演替的动态预测和持续利用提供一定的理论依据。土壤种子库不仅是植被天然更新的物质基础[3],也是植物种群物种多样性的潜在提供者[4]。研究土壤种子库的组成、动态以及它在植被恢复和演替中的作用，将有助于对高寒草地尤其是退化草地的管理，有助于在草地的恢复和重建方面采取正确有效的恢复治理措施[5]。1材料与方法1.1试验地概况试验地处青海省果洛州玛沁县境内大武镇格姆滩，100°13′06.5E，34°27′56.9N，海拔3736m。属高原寒冷气候类型，年均温-3.9℃，≥5℃年积温850.3℃，最冷月1月的平均气温为-12.6℃,最热月7月的平均气温为9.7℃。牧草生长季为156d，无绝对无霜期。年降水量513.02mm，5-9月降水437.10mm，占年降水量的85.20%。1.2研究方法1.2.1土壤种子库调查取样土壤种子库的取样时间在2010年5月。样地设在2000年和2004年建植的垂穗披碱草(Elymusnutans)草地及2002年和2005年建植的青海草地早熟禾(PoapratensisL.cv.Qinghai)草地中，样地面积为1hm2，随机选取10个样方，样方面积为1m×1m，在样方内随机选取15个样点，用直径3cm的土钻分3层取样。取样层分别为：0-2cm，2-5cm，5-10cm，然后把同层的土芯重复15次混合在一起，并分层装袋，带回试验室供土壤种子萌发与鉴定试验之用。1.2.2土壤种子库萌发试验取回的土样带回实验室，风干、过筛去除杂物后，在萌发用的塑料发芽盆底部预先填上5cm厚的无种子细砂，将土样均匀平摊在发芽盆内。用3个填满无种子细砂的塑料盆作为对照来监测是否有由空中传播的种子污染萌发装置。然后置于温室中进行种子发芽和幼苗种属诊断实验。种子发芽实验期间，每天定时喷洒适量水分，使盆内土壤保持湿润状态。种子萌发后，仔细观察和诊断幼苗种属，参照青海植物志[6]及活体标本,一旦能够判别出一个幼苗的种属，则记其数（视其为有生命的种子）并将其从盆中轻轻拔掉，直至识别出所有幼苗的种属。1.3数据处理1.3.1土壤种子库密度土壤种子库密度用单位面积土壤内所含有的活力种子数量来表示。将取样面积的种子数目换算为1m×1m的数量即为土壤种子库的种子密度(用均值±标准误表示)。1.3.2物种多样性根据各群落种子库中物种数及其种子数量，分别采用Margalef丰富度指数、shannon-wiener多样性指数公式计算种子库物种丰富度和物种多样性指数。均匀性指数采用Pielou系数公式计算种子库物种的均匀性系数。计算公式为Margalef丰富度指数NSRln1Shannon—Wiener多样性指数)ln(-1PiiPHsiPielou均匀性系数SHEln式中：S—种子库中物种总数；N—种子库中所有种的种子总数；Pi—第i种植物的种子数占种子库中总种子数的比例；H—Shannon-Wiener多样性指数。对采集的试验数据，采用excel和SPSS17.0进行数据处理与统计分析。2结果与分析2.1土壤种子库物种组成及大小2.1.1种子库的物种组成表1不同样地土壤种子库物种组成及大小植物科名植物种/学名生活型/经济型种子库密度/（粒/㎡）8龄青海草地早熟禾5龄青海草地早熟禾10龄垂穗披碱草6龄垂穗披碱草禾本科垂穗披碱草/ElymusnutansP/Y397.6±137.71846±468.81647.2±1186.9511.2±264.1青海草地早熟禾/PoapratensisL.cv.QinghaiP/Y4260±1302.21874.4±599.828.4±34.8227.2±72.4冷地早熟禾/PoacrymophilaP/Y965.6±212.51732.4±648.22102.6±900.3369.2±235.9中华羊茅/FestucasinensisP/Y624.8±260.356.8±56.8洽草/KoeleriacristataP/Y85.2±82.828.4±28.4百合科独花黄精/PolygonatumhookeriP/D340.8±248.4142±110.0蓝花韭/AlliumbeesianumP/Y56.8±56.8报春花科海乳草/GlauxmaritimaP/K28.4±28.4227.2±85.256.8±28.428.4±28.4小点地梅/AndrosacegmeliniiP/D56.8±34.828.4±28.4羽叶点地梅/PomatosacefiliculaA/D56.8±34.856.8±56.8198.8±131.7车前科平车前/PlantagodepressaA/K85.2±85.2豆科红花岩黄芪/HedysarummultijugumS/Y85.2±56.8黄花棘豆/OxytropisochrocephalaP/D113.6±113.6113.6±53.1255.6±130.1142±142.0菊科细叶亚菊/AjaniatenuifoliaP/D113.6±53.1细裂叶莲蒿/ArtemisiagmeliniiP/D28.4±28.4昆仑蒿/ArtemisiananschanicaP/D28.4±28.428.4±18.4397.6±130.1线叶蒿/ArtemisiasubulataP/D28.4±28.4乳白香靑/AnaphalislacteaP/D28.4±28.428.4±28.4蓼科圆穗蓼/PolygonummacrophyllumP/K113.6±53.1113.6±82.8西伯利亚蓼/PolygonumsibiricumP/K28.4±28.4冰岛蓼/KoenigiaislandicaA/K28.4±28.428.4±28.428.4±28.4龙胆科麻花艽/GentianastramineaP/D56.8±56.8毛茛科高山唐松草/ThalictrumalpinumA/D482.8±131.7340.8±146.2113.6±53.1113.6±53.1露蕊乌头/AconitumgymnandrumA/D28.4±28.428.4±28.4高原毛茛/RanunculustanguticusP/D28.4±28.4铁棒锤/AconitumpendulumP/D28.4±28.428.4±28.4茜草科蓬子菜/GaliumverumP/K28.4±28.4蔷薇科萎陵菜/PotentillachinensisSer.P/K28.4±28.4255.6±82.8284±185.1198.8±85.2茄科马尿泡/PrzewalskiatanguticaP/D0.028.4±28.40.028.4±28.4莎草苔草/CarextristachyaP/Y142±110.028.4±28.4矮莎草/CyperuspygmaeusA/Y113.6±82.8170.4±82.828.4±28.4十字花科碎米荠/CardaminehirsutaA/K397.6±259.585.2±56.8玄参科婆婆纳/VeronicadidymaA/K170.4±69.6170.4±137.7113.6±82.8255.6±113.6短穗兔耳草/LagotisbrachystachyaP/D56.8±56.81192.8±752.2255.6±170.4甘肃马先蒿/PediculariskansuensisA/D227.2±165.6312.4±181.8426±391.5紫草科微孔草/MicroulayounghusbandiiA/K198.8±165.6198.8±165.656.8±34.8植物种数3620241922密度合计7753.28122.47044