黃河下游流域土壤種子庫生物多樣性研究

摘 要:利用種子萌發試驗對濟南、魚臺、壽光三地的土壤種子庫進行了研究。結果顯示，濟南、魚臺、壽光三地的土壤種子庫密度分別為1 317.8±728.5粒/m2、1 043.4±289.4粒/m2、483.4±129.5粒/m2;種子庫組成以矮小、生活史短的禾本科、菊科、十字花科和莧科的一年生雜草為主;共發現一年生草本植物31種，多年生草本植物9種，半灌木2種，分別占總種數的73.8%、21.4%和4.8%。三地的土壤種子庫相似性較低，濟南-魚臺、濟南-壽光、魚臺-壽光的相似性系數分別為0.174、0.100、0.150。濟南土壤種子庫Margalef豐富度指數、辛普森多樣性指數、香農-威納指數和Pielou均勻性系數分別為2.695、0.553、1.22、0.42;魚臺為4.115、0.711、1.96、0.59;壽光為1.966、0.796、1.80、0.72。

關鍵詞:黃河下游流域;土壤種子庫;生物多樣性

中圖分類號:S154.4(252)文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2010)02-0059-05

土壤種子庫是指土壤表層和土壤中全部有活力的種子的總和。植物的種子庫時期是其種群生活史的潛種群階段[1]。在國外，土壤種子庫的系統研究開展較早，80年代，Robert(1981)[2]和Leck(1989)[3]就已經對種子庫的研究進行了系統的總結和概括。研究土壤種子庫的組成、數量及分布對群落演替和植被恢復有重大意義，是生物多樣性研究必不可少的一個方面，具有重要的學術和應用價值，有助于對農田、森林和自然保護區的管理，是植物生態學研究的一個熱點。近年來，土壤種子庫的研究成為國內植物生態學研究中比較活躍的領域，許多學者做了系統的整理和討論，發表了大量的文獻[4~8]。

研究農田種子庫的組成、多樣性和動態對于農田管理、預測雜草問題具有非常重要的意義。目前，國外學者對雜草種子庫進行的研究較多，主要側重于研究雜草種子庫的大小和結構特征，以及雜草種子庫在不同除草措施、耕作方式和輪作方式長期作用下的動態變化，國內在這方面的研究則剛剛起步，主要對各類作物田雜草種子庫的大小和結構組成進行調查[9，10]。

山東省黃河下游流域屬于暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，日照充分，是山東省重要的糧食蔬菜產區。在該地區加強種子庫研究，掌握種子庫的特點和動態變化規律，是一個迫切和重要的課題。本研究選取濟南、魚臺、壽光作為采樣地點，調查研究了該地區土壤種子庫生物多樣性現狀，以期為該地區農田管理和植被恢復提供基礎性的信息。

1 材料與方法

1.1 取樣

2005年7~9月，在濟南、魚臺和壽光分別選取15、25、20 km的樣帶，每隔1 km布設一個樣點，在各樣點用5 cm×5 cm(高×直徑)的環刀取0~5 cm土層的土樣，重復15次，將同一樣地的土樣混合裝入塑料袋，帶回實驗室。

1.2 萌發試驗

將取得的土樣風干、研磨、過篩，分離較大的種子并去除雜質。將土樣均勻地平攤在底部墊有沙土的225 mm×310 mm(高×直徑)花盆內。置于溫室中，定時澆水，保持盆土濕潤，待出苗后，進行記錄，一旦鑒定出其種屬，即拔除，直至不再出苗為止。

1.3 數據處理

1.3.1 土壤種子庫密度 利用Microsoft Excel和SPSS軟件進行數據統計分析，比較濟南、魚臺和壽光三地的土壤種子庫密度。

1.3.2 種子庫中種子生活型 參照《中國植被》(1980)[11] 所采用的生活型系統，將記錄到的植物種分為半灌木、多年生草本植物和一年生草本植物3種類型，分別計算每一類型植物占植物種總數的百分比。

1.3.3 生物多樣性指數 利用BIO-DAP軟件計算各種生物多樣性指數。公式如下:

Margalef豐富度指數 R=(S-1)/lnN;

2 結果與分析

2.1 土壤種子庫組成及生活型

本次調查中，土壤種子庫中共發現19科36屬42種植物，其中禾本科植物7種，菊科植物7種，十字花科植物6種，莧科4種，共占總數的57.1%。三地土壤種子庫植物分科特征如表1所示，濟南共發現18種，以菊科植物最多，占總數的27.8%;魚臺共發現28種，其中十字花科6種、禾本科5種，分別占總數的21.4%和17.9%;壽光共發現12種，其中禾本科5種，占總數的41.7%。

本次土壤種子庫調查中，共發現一年生草本植物31種，多年生草本植物9種，半灌木2種，分別占總種數的73.8%、21.4%和4.8%。其中，濟南地區共發現一年生草本植物12種，多年生草本植物4種，半灌木2種，分別占總數的66.7%、22.2%、11.1%;魚臺和壽光土壤種子庫中都未發現有半灌木;魚臺共發現一年生草本植物23種，

2.3 土壤種子庫物種多樣性

2.4 種子庫物種的相似性指數

由生活型來看，濟南、魚臺和壽光的一年生草本植物的比例依次升高，三地的土壤種子庫相似性較低(表4)。僅有牛筋草(Eleusine indica)和狗尾草(Setaria viridis)在三地均有發現(表2)。

3 結論與討論

濟南、魚臺和壽光是黃河下游重要的糧食蔬菜產地。魚臺作為優質稻生產基地，目前稻田面積占全縣種植面積的80%，而壽光以大棚蔬菜生產為主，因而其種子庫組成中含有大量常見農田雜草，具有農田雜草土壤種子庫的特征，種子顆粒細小，以禾本科、菊科、十字花科和莧科的一年生雜草為主。此次調查結果顯示，濟南地區土壤種子庫中共發現18種植物，其中菊科5種，禾本科3種，莧科2種，占總數的55.6%;其余科各1種。魚臺地區土壤種子庫中共計28種植物，其中十字花科6種，禾本科5種，菊科3種，共占總數的50%;莧科和唇形科各2種，其余科各1種。壽光地區土壤種子庫中共計12種植物，其中禾本科5種，十字花科2種，占總數的58.3%;其余科各1種。

香農-威納指數反映了種的個體出現的紊亂和不確定性。魚臺地處山東省西南部，座落于微山湖西岸，水資源條件優越，土壤類型富于變化，砂土、粘質砂土、砂質粘土、粘土隨距離微山湖的遠近呈梯度分布，其土壤種子庫種類也最為豐富，說明土壤種子庫與土壤類型之間關系的探討具有一定的價值和意義。

Silvertown J W根據不同研究者所得到的材料，歸納出各種土壤類型的土壤種子庫的大小，大部分森林土壤中的種子含量在102~103粒/m2，草地土壤為103~106粒/m2，而耕作土為103~105粒/m2[15]。以本次研究來看，三個地區的種子庫密度整體偏低，可能與采樣季節在7~9月，并非生長季結束有一定關系。

壽光地區的種子庫密度低于濟南、魚臺，可能與許多樣點在大棚內取樣有關。許多雜草都是r-對策者[10]，雖然受到農作物的競爭抑制等因素制約，農田雜草的結實量較正常狀態有明顯的降低，但雜草每年仍能夠產生足夠多的種子，這是農田雜草種子庫輸入的主要來源。土壤種子庫的輸出包括種子的萌發、休眠、死亡、移出。農田雜草主要為一年生雜草，萌發出苗是主要的輸出途徑。張紅梅等(2002)[16]認為，收獲后及時翻地，深翻和淺翻相結合，可把雜草控制在危害之前。一般來說，頻繁干擾地帶(包括耕地)中土壤種子庫與地上植被關系密切，因為耕作活動容易打破種子庫的種子休眠，并能促進種子萌發和幼苗生長[17]。國內外關于農田耕作強度與土壤種子庫關系的許多研究表明，隨著耕作強度的增加，雜草種子庫密度逐漸降低，輪作越密集，雜草種子庫密度越小[18]。在耕地中，一年生雜草與土壤種子庫的關系更為密切，這主要是因為一年生雜草群體主要來自土壤種子庫，耕作活動容易打破土壤種子庫的種子休眠，并能促進種子萌發和幼苗生長[19]。綜上所述，一方面大棚的存在降低了風、動物等導致的種子庫輸入幾率，且耕作強度大，農作物生長旺盛，抑制了雜草的生長，結實量相對小，因而種子庫輸入強度低;另一方面，輪作間隙小，適當翻耕，人工干擾強度大，大棚內環境條件適宜，土壤種子庫萌發出苗較為充分，因而輸出強度大。種子庫輸入減少，輸出增加，造成壽光土壤種子庫密度的下降。至于大棚對于雜草種子庫的具體影響及在農田雜草控制和管理方面的應用，還需要通過進一步的試驗研究確定。

參 考 文 獻:

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