河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫特征

占玉芳,馬 力,滕玉風,錢萬建,魯延芳

張掖市林業科學研究院,張掖 734000

土壤種子庫(Soil Seed Bank,SSB)是指存在于土壤表面和土壤中的全部具有活力的種子的總和[1]。土壤種子庫作為潛在的植物種群,是植被潛在更新能力的重要組成部分,在干旱荒漠區植被恢復與更新及生態系統建設中發揮著重要的作用[2],成為植物種群生態學和恢復生態學研究的熱點問題之一。植物群落中地上植被和土壤種子庫的組成和格局的變化反映了植被演替的過程[3]。土壤種子庫的物種組成因不同植物群落組成而不同,掌握這些土壤種子庫物種的動態,不僅有助于理解在植物群落內部有重要限制作用的因子或過程[4—5],而且有利于科學地預測地上植被的演替及變化,從而為植被的恢復與治理提供參考。

河西走廊是中國沙漠化最嚴重的地區之一[6],境內戈壁面積8.55×104km2,沙漠、戈壁和零星沙地面積達7.54×102km2,東、北、西三面被騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠、庫姆塔格三大沙漠包圍[7]。河西走廊干旱缺水,生態環境極為脆弱[8],加之人類活動對水資源的過度開發利用,造成了天然綠洲退縮、地下水位下降、內陸河斷流、沙漠化擴大等嚴重的生態問題[9]。開展沙漠化土地生態恢復成為該地區一項長期而艱巨的任務,沙地人工植被是有效遏制沙漠化發展的重要途徑,以梭梭為主的沙漠人工植物群落是河西走廊地區經濟與社會可持續發展的綠色屏障,對于該地區干旱荒漠生態系統的穩定、維持與發展具有重要的意義[10]。對河西走廊以梭梭為主的人工植被覆蓋流沙產生的生態效應方面取得了一系列研究成果,其退化與更新成為干旱區生態研究的熱點之一[11]。長期以來,人們強調地上人工固沙植被的建設而忽視了地下土壤種子庫的研究與利用[12]。我國學者主要對民勤沙漠人工植被退化原因、土壤結皮、土壤養分、土壤水分動態開展大量研究[13—17]。而關于干旱沙區人工林土壤種子庫相關研究更少,僅見民勤綠洲邊緣梭梭林衰敗過程中土壤種子庫動態及其與地上植被的關系研究[18],石羊河中游沙漠化逆轉過程土壤種子庫的動態變化研究[12]。大量研究與實踐證明,只有具有豐富種子庫的退化沙地生態系統才能在較短的時間內實現恢復,因此,開展沙地人工林種子庫研究對于沙漠化土地管理與生態恢復極為重要[19]。本研究以河西走廊沙漠人工植被區為研究對象,研究沙地人工植被土壤種子庫的組成、物種多樣性特征以及與地上植被的關系,進一步探討該區土壤種子庫對于植被恢復的貢獻,為干旱荒漠區生態系統生物多樣性保護及植被恢復與重建提供一定的理論依據。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

研究區包括甘肅省民勤縣(位于河西走廊東北部,東、西、北三面被騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠所包圍)、臨澤縣(位于河西走廊中部、巴丹吉林沙漠南緣)、金塔縣(位于河西走廊西部北側,巴丹吉林沙漠腹地),地理位置38°26′—40°17′N,102°54′—99°23′E,屬于典型大陸性干旱氣候區,自東而西年降水量漸少,干燥度漸大,年日照時數增加。年均溫5.8—9.3℃,年降水量僅為40—400mm,年降水量主要集中在6—9月,所以大多數植物種的生長和繁殖主要依賴于這個時期的大氣降水,年蒸發量卻高達1500—3000mm,年日照時數2550—3500h。土壤以灰棕漠土和風沙土為主,其中灰棕漠土為地帶性土壤。天然植被以白刺(Nitrariatangutorum)、泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)為主,主要分布在丘間低地,伴生有沙拐棗(Calligonummongolicum)、霧冰黎(Bassiadasyphylla)、白莖鹽生草(Halogetonarachnoideus)、堿蓬(Suaedaglauca)、 沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)等。調查樣地基本情況如表1所示。本研究主要以河西走廊自東向西(武威市民勤縣-張掖市臨澤縣-酒泉市金塔縣)的水熱梯度為順序,研究沙漠人工梭梭林的土壤種子庫特征。

表1 樣地基本情況表

1.2 研究方法

1.2.1野外取樣與調查

樣地設置:通過查閱相關土壤和降水資料及實地考察,確定河西走廊民勤縣至金塔縣自東向西,每個植被區自北向南的經緯度梯度和水熱梯度上的15個人工沙漠植被研究區(表1)。

為全面研究人工沙漠植被區的土壤種子庫結構特征,在植物生長季節完全結束后進行土壤種子庫采集取樣[20]。2017年和2018年的4月、10月分別在河西走廊東段(民勤)、中部(臨澤)、西段(金塔)的沙漠人工植被區設置50m×50m樣地5個,進行土壤種子庫采樣。沿樣地(50m×50m)對角線等距(1m)“之”形布設樣點,每個樣地布設140個取土樣點,共計2100個土壤種子庫取土樣點。采土樣方的大小為10cm×10cm,深度為10cm,分0—2cm、2—5cm和5—10cm共3個土層采集土壤樣品,裝入自封塑料袋,帶回室內。7—8月進行地上植被調查,在每個樣地(50m×50m)內設10m×10m的灌木調查樣方5個,調查灌木的種類、數量、蓋度、高度、密度等信息,然后沿樣地對角線等距(5m)設1m×1m草本調查樣方28個,調查草本植物的種類、數量、高度、密度等。同時記錄經緯度、海拔高度等樣地信息。

1.2.2土壤種子庫萌發試驗

5月份土樣風干后去除石塊等雜物,并將土樣均勻平鋪在底部墊有珍珠巖的育苗盤(45cm×45cm×10cm)內,種土厚2—3cm,置露天進行種子發芽和幼苗診斷,發芽期間,在育苗盤上面覆蓋遮陽網,不僅防止其它種子被風吹入,也有利于保持土樣濕度。每天定時灑水2次,保持樣土濕潤。出苗后,根據其形態特征判別幼苗種屬,一旦識別,則視為有效種子,記錄其數,并從育苗盤中拔除,直到所有幼苗種屬被識別為止,萌發試驗于2018 年5月10 日—8月15日進行。最后計算出lm2內土壤種子庫密度(即有效種子數)。

1.2.3數據處理

①植物種生活型[20—21]:分為喬木、灌木、半灌木、多年生草本和一年生草本植物5種類型,計算植物種生活型百分比。

②種子庫的種子密度[22]:采用單位面積(1m×1m)土壤內所含有的種子數量來表示。

種子庫密度(粒/m2) =種子數量(粒)/收集表面積(m2)

采用SPASS 19.0 進行方差分析(one-way ANOVA),α=0.05:

③種子庫物種多樣性指數[20,22—24]:采用Shannon-Wiener 多樣性指數、Simpson多樣性指數和Margalett豐富度指數公式計算。公式如下:

Shannon-Wiener多樣性指數(H):

Simpson多樣性指數(D):

Margalett豐富度指數(R):

式中:S表示土壤種子庫中所有物種總數；Pi表示第i種植物的種子數占土壤種子庫中總種子數比例；N表示土壤種子庫中所有物種的種子總數。

④種子庫物種的均勻性指數[20,22—24]:采用Peilow系數公式計算。公式為:

Peilow 均勻性系數(E):

⑤土壤種子庫、土壤種子庫與地上植被相似性采用Jaccard 相似性系數測度[11]

Jaccard 相似性系數(SC):

SC=c/(a+b-c)

當Jaccard 相似性系數達到0.00—0.25時為極不相似,0.25—0.50時為中等不相似,0.50—0.75時為中等相似,0.75—1.00時為極相似。

⑥種子庫物種百分比[20]:土壤種子庫中某一物種種子數占所有物種種子總數的百分比。

2 結果與分析

2.1 種子庫物種組成及生活型

如表2所示,本研究共調查種子庫樣地15個,共統計到植物種子27種,分屬8科22屬,其中,藜科最多(10種),其次是禾本科(7種),菊科(4種),蒺藜科2種,檉柳科(1種),楊柳科(1種)、胡頹子科(1種)、豆科(1種)。在河西走廊東段沙漠人工林土壤種子庫中,共統計到植物種子21種,分屬6科21屬,其中,藜科最多,有10種,禾本科6種,菊科2種,蒺藜科2種,檉柳科1種；種子庫密度最大的是畫眉草((138±26.21)粒/m2),其次為刺沙蓬((41.43±5.01)粒/m2)、霧冰藜((32.86±4.85)粒/m2)。在河西走廊中段沙漠人工林土壤種子庫中共統計到植物種子9種,其中,藜科6種,禾本科2種,蒺藜科1種；種子庫密度最大的是霧冰藜((121.00±10.14)粒/m2),其次為白莖鹽生草((34.57±2.71)粒/m2)、梭梭((15.14±1.82)粒/m2)。在河西走廊西段沙漠人工林土壤種子庫中共統計到植物種子19種,其中,藜科7種,禾本科5種,菊科4種,楊柳科、胡頹子科、檉柳科、豆科各1種；種子庫密度最大的是假葦拂子茅((127.86±22.54)粒/m2),其次是刺沙蓬((11.00±1.64)粒/m2)、胡楊((8.71±1.43)粒/m2)。

如圖1 所示,在河西走廊沙漠人工林土壤種子庫0—2cm土層種子數所占種子庫比例較大,分別為65.01%、72.30%、48.51%,2—5cm土層種子數所占種子庫比例為15.18%、15.81%、32.63%,5—10cm土層種子數所占種子庫比例最小,為19.80%、11.89%、19.22%。由此可見,在河西走廊干旱區人工沙漠植被區(年降水量僅為40—400mm),0—2cm土層土壤種子庫種子數所占比例最大,也就是說土壤種子庫種子主要集中在0—2cm土層,占0—10cm土層種子庫密度的48%以上。

圖1 不同生活型植物和不同土層種子數量在各植被類型中所占比例Fig.1 The percentage of different life form of soil seed banks and the percentage of seeds in different soil layers of different land cover types

表2 不同植被區土壤種子庫物種及生活型組成

植物生活型是植物生長過程中對自然地理、氣候變化的響應,具體反映在其生理、結構及形態上；在一定程度上表征了區域環境氣候特性、種群對空間利用方式及群落中不同種群間可能形成的競爭關系[25—26]。本研究中土壤種子庫的物種生活型分析(圖1)可知,在降水量較大(≥110mm)的河西走廊東段、中部沙漠人工梭梭林土壤種子庫中,以一年生草本植物種子最多,分別達到了89.3%、89.44%,多年生草本植物種子分別為5.76%、1.16%,灌木種子分別為4.94%、9.4%。在降水量小的河西走廊西段(降水量僅為60mm)人工沙漠植被土壤種子庫中,多年生草本植物達到了74.24%,一年生草本植物占18.8%、半灌木0.76%、灌木0.76%、喬木5.61%。在河西走廊干旱沙漠區土壤種子庫的物種生活型以草本植物占絕對優勢,而喬木和灌木生活型比例很小。因此,在河西走廊沙漠人工林中草本層植物對荒漠植物群落結構、物種多樣性維持方面具有重要的意義。

2.2 土壤種子庫密度分布特征

2.2.1不同樣地土壤種子庫密度

圖2 不同樣地0—10cm土層的土壤種子庫密度Fig.2 Seed banks of 0—10cm soil in different plots P1—P15分別表示第1至第15個樣地

圖2 表示了15個樣地0—10cm土壤種子庫密度,從樣地P1到樣地P15,種子庫密度總體呈現指數性下降趨勢,從河西走廊東段沙漠區、河西走廊中段沙漠區到河西走廊西段沙漠區人工林,降水量減小而熱量增加,這也說明種子庫密度隨著降水量的下降和熱量的升高呈現下降的趨勢。總體而言,位于河西走廊東段人工沙漠植被區的樣地P5的種子庫密度最大,為858.57粒/m2,其次是樣地P4的種子庫密度522.86粒/m2,河西走廊中段人工沙漠植被區的樣地P10的種子庫密度484.296粒/m2,土壤種子庫密度最小的是河西走廊西段人工沙漠植被區的樣地P12,種子庫密度僅為19.29粒/m2,河西走廊西段人工沙漠植被區的樣地P15種子庫密度20.00粒/m2。河西走廊從東至西,年均降水量減小,年均蒸發量增大,年均溫度增高,同時,樣地植被調查結果也表明,沙漠人工群落除梭梭以外主要以白刺、紅砂等為主,草本植物以霧冰藜、白莖鹽生草等為主,地表植被稀疏,而且地表主要以戈壁礫石或流沙為主,生境條件非常嚴酷,不利于一年生草本層片的形成和發育。

2.2.2不同氣溫、降水量與土壤種子庫密度

圖3 種子庫密度和年均氣溫、降水量之間的關系Fig.3 Relationship between seed bank density and annual average temperature and precipitation

不同樣地土壤種子庫密度和氣溫、降水量之間的關系如圖3所示。由圖3可以看出,隨著氣溫的升高,種子庫密度總體呈指數性下降趨勢,即土壤種子庫密度與氣溫呈負相關關系。圖3表示,土壤種子庫密度與降水量呈正相關關系,說明隨著降水量的增大,土壤種子庫密度總體呈增大趨勢,河西走廊從東到西,沙漠人工林植被的土壤種子庫密度總體呈減小的趨勢。由此可知,河西走廊沙漠人工林土壤種子庫的水平地帶性分布特征明顯,影響土壤種子庫密度差異的主要外界環境因素是由水、熱分布的特性不同引起的。

2.2.3不同土壤深度土壤種子庫密度

土壤種子庫具有明顯的垂直分布特征,對種子的萌發和留存、植被的恢復與重建產生一定的影響[2]。通過對不同樣地不同土壤深度的種子庫密度分析(圖4),土壤種子庫種子主要分布在0—2cm的土層,其次分布在2—5cm的土層、5—10cm的土層。0—2cm的土層平均種子密度102.07粒/m2,占種子總數的51.64%；2—5cm的土層平均種子密度46.89粒/m2,占種子總數的24%；5—10cm的土層平均種子密度48.67粒/m2,占種子總數的24.36%,略高于2—5cm的土層。由此可見,隨著土層深度的增加,土壤種子庫密度先減小后增大,不同樣地土壤種子庫密度均呈明顯的垂直分布,河西走廊人工沙漠植被土壤種子庫種子在土層中的分布依次為土層0—2cm>土層5—10cm>土層2—5cm。土壤種子庫中種子的垂直分布可能與不同植物群落土壤環境、種子大小及物種繁殖策略的不同有關,可能還與地上植被的覆蓋及構建有關,灌木類群落土壤種子庫種子受地上植被保護大多分布在土壤表層。李國旗等[2]研究結果與本研究結果相一致。

圖4 不同樣地土壤種子庫密度的垂直分布Fig.4 Vertical distribution characteristics of soil seed bank density in different plot

圖5可知,河西走廊東段沙漠人工林中,0—2cm土層土壤種子庫密度為211.43粒/m2,2—5cm土層土壤種子庫密度為55.71粒/m2,5—10cm土層土壤種子庫密度為45.29粒/m2,隨土層深度增加,土壤種子庫密度減小；同樣,在河西走廊西段沙漠人工植被中,0—2cm土層土壤種子庫密度為40.06粒/m2,2—5cm土層土壤種子庫密度為26.94粒/m2,5—10cm土層土壤種子庫密度為15.87粒/m2,也是隨土層深度增加而減小；而在河西走廊中部沙漠人工梭梭林中,0—2cm土層土壤種子庫密度為54.71粒/m2,2—5cm土層土壤種子庫密度為58.00粒/m2,5—10cm土層土壤種子庫密度為84.86粒/m2,土壤種子庫密度隨土層深度增加而增大。

圖5 不同植被區土壤種子庫密度的垂直分布特征Fig.5 Vertical distribution characteristics of soil seed bank density in different vegetation areas

2.3 土壤種子庫物種多樣性變化

由表3 可知,河西走廊東段沙漠人工林中,土壤種子庫的Simpson指數在0.671—0.812之間,Shannon-Wiener指數范圍在0.636—1.990之間,這兩個指數均最高,且具有較多物種數,故具有較高的物種多樣性；河西走廊中部沙漠梭梭林次之,Simpson指數在0.417—0.809之間,Shannon-Wiener指數范圍在0.874—1.810之間,而河西走廊西段沙漠人工林土壤種子庫Simpson指數在0.256—0.707之間,Shannon-Wiener指數范圍在0.685—1.555之間,土壤種子庫物種多樣性較低。從河西走廊東段至西段,Simpson指數、Shannon-Wiener指數大體呈下降趨勢,同時Margalett豐富度指數、Peilow 均勻度指數也表現出相同的趨勢。因此,河西走廊從東到西土壤種子庫物種多樣性指數呈現下降的趨勢。

表3 不同樣地土壤種子庫多樣性和均勻度指數

2.4 土壤種子庫相似性

從表4中可以看出,河西走廊不同區域沙漠人工林的土壤種子庫相似性差異較大。在河西走廊東段沙漠人工林內(P1—P5),相似性系數在0.20—0.69之間,相似性系數小于0.7,沒有達到中等相似水平,說明不同土壤種子庫的物種組成存在較大差異。同樣,在河西走廊西段沙漠人工林內(P11—P15),相似性系數在0.21—0.57之間,相似性系數均小于0.6,低于較低相似水平,說明在河西走廊東段、西段沙漠人工林土壤種子庫土壤種子庫之間相似性低于中等水平,存在較大差異。在河西走廊中部沙漠人工林內(P6—P10),相似性系數范圍在0.56—0.89之間,屬于中等相似水平；因此,在河西走廊沙漠人工林由于生境植被的異質性程度土壤種子庫之間的差異性顯著。

2.5 土壤種子庫與地上植被的關系

經調查(圖6),河西走廊人工沙漠植被區地上植被共有40種,分屬13科37屬。圖6可知,以藜科植物最多有9種,所占地上植被物種的比例達23.08%,禾本科6種,豆科6種,菊科5種,蒺藜科3種,檉柳科2種,薔薇科1種,蓼科1種,胡頹子科2種,楊柳科2種,大戟科1種,榆科1種,白花丹科1種。河西走廊人工沙漠植被區地上植被生活型以灌木為主(圖6),所占比例30%,一年生草本占27.5%,多年生草本占25%。

在河西走廊人工林植被中,土壤種子庫與地上植被的共有的物種數較少,所占地上植被物種的比例達50%以上的有P1、P2、P3、P4、P8、P9、P10,其它樣地均小于50%；所占土壤種子庫物種的比例大于50%的只有樣地P6、P7、P9,其它均小于50%。在河西走廊沙漠人工林中,從東向西土壤種子庫與地上植被的相似性系數呈先增大后減小的趨勢,其中河西走廊中部的相似性系數在0.25—0.31之間,河西走廊東段的相似性系數在0.18—0.30之間,河西走廊西段的相似性系數在0—0.24之間,屬于較低相似水平(圖7)。河西走廊沙漠人工林土壤種子庫與地上植被的物種組成方面差異顯著,地上植被除人工栽植的梭梭、紅柳、胡楊以外,還有紅砂、白刺、沙拐棗、河西菊等旱生、中生灌木、半灌木,土壤種子庫中以一年生、多年生草本為主,灌木種子很少,由此可見,土壤種子庫對于沙區灌木層更新和演替的貢獻較小[20],由此可以更進一步認清干旱荒漠植被自然修復特點。

表4 不同樣地土壤種子庫物種相似性指數

圖6 河西走廊沙漠人工植被區地上植物Fig.6 Aboveground plants in desert artificial vegetation area of Hexi Corridor

圖7 河西走廊沙漠人工林土壤種子庫與現有地上植被的關系Fig.7 Relationship between the standing vegetation and soil seed bank in different plots

3 討論

土壤種子庫作為植物對脅迫環境適應機制和植被恢復演替研究的關鍵內容[27—28],已成為生物地理學和種子生態學的重要研究領域[28—29]。由于干旱荒漠生態系統生境異質性強,土壤種子庫在水平和垂直方向上的分布具有較大的變異性。沙漠地區由于強烈的風蝕和沙埋改變地表土層深度,從而使種子庫密度和組成隨土層深度而變化[19]。因此本研究中分0—2、2—5、5—10cm不同層次采集土壤樣品研究沙漠人工植被區的土壤種子庫,以減少取樣的隨機誤差,提高取樣的精確性[29—30]。

在我國干旱荒漠區,尤其在沙漠生態系統人工植被區,土壤種子庫在植物多樣性保護和植被恢復與重建起著十分關鍵的作用[30—31],與森林、草地相比數量與種類組成比較簡單。通過對河西走廊沙漠人工林土壤種子庫組成分析研究,共統計到植物種子27種,分屬8科22屬。在河西走廊沙漠人工林中,統計到的植物種子生活型由草本、灌木、半灌木、喬木組成,其中一年生草本植物占總體的65.85%,多年生草本占總體的27.05%,灌木占5.03%,喬木占5.61%,半灌木占0.76%。種子庫中以一年生草本植物占絕對優勢,這與趙文智對科爾沁沙地土壤種子庫[31]、劉曉霞對渾善達克沙地土壤種子庫研究[32]結果類似。這可能是由于干旱沙區降雨量極少,并且幾乎集中分布在7—9 月份期間,只有霧冰藜、白莖鹽生草、畫眉草等一年生短命沙旱生植物才能完成生命周期,并產生大量種子。與騰格里沙漠南緣和科爾沁沙漠地區相比[33—34],河西走廊沙漠人工植被土壤種子庫組成相對簡單,與典型干旱、極端干旱區的研究結論相似[34—36],這與沙區人工植被區群落組成相對單一和種子植物相對較少密切相關,但根本上還是干旱少雨、風蝕沙埋生境影響的結果。

土壤種子庫是植被自然恢復的物質基礎,其數量特征是判斷地上植被恢復能力的依據[37]。不同生態系統的土壤種子庫的數量存在顯著差異,森林、草地生態系統土壤種子庫密度大,組成較復雜,而荒漠生態系統土壤種子庫組成簡單,數量較少。在本研究中,土壤種子庫密度介于19.29—858.57粒/m2之間,甚至低于干旱、極端干旱地區沙漠土壤種子庫數量[38—40],這與前人研究其他沙漠區土壤種子庫密度研究結果相一致。

河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫的水平地帶性分布與溫度、降水量之間呈顯著相關性,水平地帶性分布特征明顯,說明水平方向的水、熱梯度是影響河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫密度的主要外界因素[30]。有研究認為,降水量極少是荒漠區土壤種子庫密度低的原因之一[20,41],而沙漠植被區種子庫密度低的原因與其地上植被稀少有關,這和本節的研究結論一致。隨著降水量的降低,沙漠人工林土壤種子庫密度減小,尤其是一年生草本植物土壤種子庫密度也明顯減小,如在位于金塔的樣地P15中,土壤種子庫密度僅為20.0粒/m2,地上植被除了栽植的梭梭外,幾乎沒有其它植物。所以在干旱環境不利于種子庫的存在。

本研究結果表明,河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫中植物種子密度的垂直分布規律土層0—2cm>土層5—10cm>土層2—5cm,隨著土壤深度的增加而先減小后增大,這與塔克拉瑪干沙漠北緣[42]、古爾班通古特沙漠地區[43]的研究結果不一致。本研究中,土壤種子庫主要集中在0—2cm土層中,這與沙漠中絕大部分種子存在于土壤表層的研究結果一致[11,44—45],5—10cm也有較多種子存在,這主要是由于植被區流沙質地由于風沙吹蝕、沙埋增加了種子進入土壤深層的機會。

土壤種子庫與地上植被的關系研究是土壤種子庫研究的熱點內容之一[10]。前期研究表明,森林生態系統中土壤種子庫與地上植被相似性較低(平均值31%),草地生態系統的相似性較高(平均值54%),濕地生態系統的相似性為中等(平均值47%)。而本研究中發現河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫與地上植被相似性較低,大多數樣地低于0.50,屬于較低相似水平。同時,土壤種子庫與地上植被相似性從東至西呈先增大后減小的趨勢，這可能與降水少、地下水位下降而降低了土壤種子庫與地上植被的相似性有關。

4 結論

河西走廊沙漠人工植被區,土壤種子庫共統計到27種植物種子,分屬8科22屬。以藜科植物最多,生活型包括一年生草本、多年生草本、半灌木、灌木、喬木植物,其中,一年生草本植物種子的比例達到了89%以上,是沙漠人工林土壤種子庫的主體。土壤種子庫密度介于19.29—858.57粒/m2之間,屬于干旱、極端干旱沙漠區土壤種子庫密度。河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫密度呈水平地帶性分布特征,主要受水、熱梯度的影響,從東向西,隨著溫度升高、降水量降低,土壤種子庫密度呈下降趨勢。土壤種子庫中植物種子主要集中在0—2cm的土層中,5—10cm的土層中也有相當一部分種子。土壤種子庫密度均呈明顯的垂直分布,土壤種子庫種子在土層中的分布依次為土層0—2cm>土層5—10cm>土層2—5cm,隨著土層增加,土壤種子庫密度總體呈下降趨勢。土壤種子庫多樣性低,從東向西總體呈下降趨勢。河西走廊不同區域沙漠人工植被區的土壤種子庫由于生境植被的異質性使土壤種子庫之間的相似性差異較大,在河西走廊東段沙漠人工植被區相似性系數在0.20—0.69之間,河西走廊中部沙漠人工植被區相似性系數范圍在0.56—0.89之間,而河西走廊西段沙漠人工植被區相似性系數在0.21—0.57之間。河西走廊沙漠人工植被區土壤種子庫和地上植被組成差異顯著,地上植被以旱生、中生灌木、半灌木為主,而土壤種子庫中以一年生、多年生草本為主,說明土壤種子庫對于灌木層更新和演替的貢獻很小。