土壤種子庫在植被恢復(fù)中的應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：徐佳玉（1988—），女,江蘇江都人,主要從事用材林培育理論與技術(shù)方面的研究工作廣西大學(xué)林學(xué)院在讀碩士研究生。中圖分類號(hào)：Q948文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：16749944(2014)05006603

1引言

我國(guó)在建國(guó)以來為了大幅度提高生產(chǎn)力,以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)換來了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,造成大面積的生態(tài)自然林毀滅。北方沙塵肆虐,湖泊水位下降,沙漠化不斷嚴(yán)重等現(xiàn)象敲起了生態(tài)環(huán)境惡化警鐘。我國(guó)漸漸意識(shí)到了保護(hù)環(huán)境這個(gè)問題的重要性,搶救性的建立了部分自然保護(hù)區(qū)以保護(hù)天然林、湖泊、草原及其生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于已經(jīng)破壞了的原始林、次生林等實(shí)施大力恢復(fù),建立了三北防護(hù)林,實(shí)行了退耕環(huán)林、退牧還草、封山育林等政策,并提出了大力建設(shè)生態(tài)文明,構(gòu)建和諧社會(huì)的目標(biāo)。

因此,對(duì)于已退化、衰減的生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)行植被恢復(fù)是極其迫切和必要的。植被恢復(fù)有3種主要途徑:一是自然恢復(fù),利用土壤種子庫和自然演替;二是人工恢復(fù)如人工干預(yù),造林等;三是依靠其他微生物及動(dòng)物的作用。3種方法各有利弊,例如利用人工造林的方式雖可以快速的進(jìn)行植被恢復(fù),但是往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能郁閉,而且極易造成森林生物多樣性差,為病蟲害的爆發(fā)提供了條件,且在一些特殊地帶進(jìn)行人工造林投入大反而見效慢［1］。因此,縱觀這3種方式,對(duì)于天然植被的恢復(fù),以自然恢復(fù)效果最好,該方法恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,投入少產(chǎn)出多［2］。土壤種子庫作為一種自然恢復(fù)的途徑,對(duì)植被恢復(fù)有著極其重要的作用［3］。

2土壤種子庫

土壤種子庫是指存在于土壤上層凋落物和土壤中的全部活種子［4］。土壤種子庫的種子來源于地上植物,地上植物的更新都依靠于種子,所以說土壤種子庫對(duì)地上植物的影響很大,既有直接影響,也有間接影響［5,6］。近20年來,土壤種子庫的研究已經(jīng)有了初步的理論框架,也積累了大量數(shù)據(jù)。土壤種子庫在恢復(fù)生態(tài)工程中發(fā)展迅速,在重建、半重建的恢復(fù)工程中應(yīng)用廣泛,濕地、路礦工程等越來越多強(qiáng)調(diào)土壤種子庫巨大作用［7］。

2.1土壤種子庫的特征

2.1.1分類

根據(jù)種子在土壤中留存時(shí)間,Thompson等將種子庫分為兩大類四小類。一是短暫土壤種子庫,分為類型Ⅰ和類型Ⅱ;二是持久性土壤種子庫,分為類型Ⅲ和類型Ⅳ［8］。還有Nakagoshi［9］、Hodgson［10］等人根據(jù)其理念提出了理念相似,具體分類不同的分類方法。除此之外,還可按照土壤中種子活性長(zhǎng)短,還可將土壤種子庫劃分為暫時(shí)性種子庫、短期種子庫和長(zhǎng)期種子庫三類［11］。不論哪種分類方法,研究結(jié)果都表明,持久種子庫或長(zhǎng)期種子庫,都具有更強(qiáng)的更新和恢復(fù)植被的能力［12］。

2.1.2大小

土壤種子庫大小是指單位面積土壤中有活力的種子的數(shù)量,也稱種子密度［13］。種子庫的大小受多方面因素的影響,如種子的大小、不同植被類型、演替階段、地形等。以不同生態(tài)系統(tǒng)來比較,如在草原生態(tài)系統(tǒng)中,禾本科植物的種子小且數(shù)量多,其土壤種子庫密度相對(duì)較大［14］,而森林土壤種子庫密度則相對(duì)較小,小于耕地和草地,并受森林類型和年齡的影響變化很大［15］;以不同演替階段的生態(tài)系統(tǒng)來比較,演替早期的土壤種子庫相對(duì)較大［16］,而隨著時(shí)間的發(fā)展,土壤種子庫的種子密度差別會(huì)很大。

2.1.3結(jié)構(gòu)

土壤種子庫結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間和空間的變化而規(guī)律的變化,特別是物種組成和數(shù)量具有季節(jié)動(dòng)態(tài),年際變化和地帶變化。種子庫的水平分布主要有3種類型:隨機(jī)分布、均勻分布、集群分布［17］。由于受到空間異質(zhì)性的影響,種子庫內(nèi)種子大部分以斑塊的形式分布［18］。土壤種子庫還具有明顯的垂直結(jié)構(gòu),且種子密度與種子多樣性均隨著深度的增加而減少［3］,即上層密度>中層密度>下層密度。例如大多數(shù)木本植物種子都集中在枯枝落葉層［17］。對(duì)于不同的植物,其種子在土壤中的深度也不同,一般10cm土層以下基本不存在種子,有的植物甚至在5cm土層下就無分布了［19］。

2.2影響土壤種子庫因素

2.2.1自然因素

土壤種子庫不是一成不變的,而是各種影響因素綜合作用使得土壤種子庫處于一個(gè)不斷的動(dòng)態(tài)變化的過程中,這個(gè)動(dòng)態(tài)變化即是指種子輸入與輸出相互作用的過程。其中種子的輸入主要來源于種子雨,輸出則是指種子的萌發(fā)、死亡或被捕食。土壤種子庫的組成和大小隨時(shí)間呈現(xiàn)有規(guī)律的變化,種子的輸入、輸出及留存等制約著土壤種子庫的動(dòng)態(tài)規(guī)律［20］。

土壤種子庫的動(dòng)態(tài)受諸多因素的影響,而這些影響都是緩慢的。一方面與植物所處生境等外因密切相關(guān),如光照、溫度、水分、土壤等條件的不同,直接影響著種子庫能否順利萌發(fā),萌發(fā)后成苗質(zhì)量如何,甚至土壤中有機(jī)質(zhì)對(duì)于植被演替起直接作用［21］。另一方面,種子自身的質(zhì)量、大小、形狀、種子傳播距離、植物定居成功率和繁殖能力等內(nèi)因都影響種子庫恢復(fù)植被功能的發(fā)揮［22］。

2.2.2外部干擾對(duì)土壤種子庫的影響

干擾與植物種群的動(dòng)態(tài)密切相關(guān)［23］。當(dāng)環(huán)境產(chǎn)生劇烈變化時(shí),如洪水、森林大火等自然變化,或是耕作、砍伐等人為干擾,生境的異質(zhì)性增大,促使土壤中休眠狀態(tài)的種子萌發(fā),產(chǎn)生新的植株,從而改變地面植被種群構(gòu)成和組成結(jié)構(gòu)［17］。植物在受到環(huán)境脅迫時(shí),首先會(huì)從改變自身內(nèi)環(huán)境,從而改變生活機(jī)制以適應(yīng)新的環(huán)境,這些改變均會(huì)影響其土壤種子庫的組成、數(shù)量以及分布格局,進(jìn)而可以影響植被的恢復(fù)［24］。因此,土壤中存在的大規(guī)模的土壤種子庫提供了經(jīng)歷劇烈干擾的森林植被可以的快速恢復(fù)的可能性［25］。

外部干擾作為一種特殊的影響,對(duì)于擬定相關(guān)植被恢復(fù)的策略和采取的方式來說具有指導(dǎo)性作用。以土壤種子庫自然恢復(fù)為主,以人工適當(dāng)干預(yù)和管理為輔,可以最大限度的發(fā)揮土壤種子庫的作用并能彌補(bǔ)其不足。研究表明,適度的干擾可以增加生物多樣性,有助于植被的恢復(fù),而過度的干擾會(huì)阻礙植被的恢復(fù)［26］。Augusto等認(rèn)為從人工針葉林地恢復(fù)到原始的森林植被時(shí),只有部分能夠恢復(fù)至原來水平,大概會(huì)有至少15%的植被丟失［27］。同時(shí),土壤種子庫的潛力雖然很大,但不能無視恢復(fù)地點(diǎn)、生境的具體情況和復(fù)雜程度,一概利用土壤種子庫進(jìn)行植被的自然恢復(fù)［12］。對(duì)于因?yàn)楦鞣N影響因子如人為干擾嚴(yán)重、立地條件差等不適合種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的地區(qū),結(jié)合人工工程,多手段的,多方面的綜合治理實(shí)施,才能逐步實(shí)現(xiàn)原有植被的恢復(fù)［28］,這些手段如人為提供繁殖體或是營(yíng)造適宜微生境,可以在很大程度上提高退化植被的恢復(fù)速度［27］。

3結(jié)語

目前,有關(guān)利用土壤種子庫來進(jìn)行植被恢復(fù)還存在很多問題值得我們仔細(xì)研究和思考。首先,土壤種子庫的研究方法尚無一個(gè)國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如土壤種子庫采集土壤范圍,深度,種子萌發(fā)測(cè)定等,這樣使得研究出來的眾多結(jié)果無對(duì)比性,不能有效的整合為土壤種子庫研究體系的內(nèi)容。除此之外,采樣時(shí)間不一、研究持續(xù)時(shí)間短,也很有可能得出片面的,甚至是不正確的結(jié)論。建議建立標(biāo)準(zhǔn)樣地、固定樣地,以增長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。其次,謹(jǐn)慎使用外來物種,謹(jǐn)防生物入侵。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜性是人工措施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能預(yù)料的。如我國(guó)引進(jìn)的互花米草、水葫蘆等物種,看似能夠恢復(fù)當(dāng)?shù)刂脖?實(shí)際上該物種適應(yīng)了當(dāng)?shù)丨h(huán)境后,迅速的侵占原有物種的生存空間,形成生物入侵,對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都產(chǎn)生了巨大的影響［29］。最后,利用土壤種子庫進(jìn)行植被恢復(fù)不是萬能藥［30］,由于現(xiàn)有的研究和知識(shí)水平的限制,僅憑理論就想當(dāng)然的進(jìn)行實(shí)施,實(shí)際上在實(shí)施階段很有可能出現(xiàn)預(yù)料之外的結(jié)果。所以我們應(yīng)該保護(hù)先行,將原始的自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)起來,適度利用,使人與自然和諧相處,而非本末倒置,破壞后再集中研究如何恢復(fù)的問題。

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