衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)特征

黃桂元 郭建軍

摘??? 要：通過野外調(diào)查取樣和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，于2017年和2018年對(duì)衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)不同坡向、坡位灌草地土地利用方式0～10 cm土層土壤種子庫(kù)組成、密度及多樣性特征進(jìn)行調(diào)查分析。結(jié)果表明：衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)密度為（2 367±217～6 867±410） ?！-2，陰坡土壤種子庫(kù)密度顯著高于陽(yáng)坡（P<0.05），下坡顯著高于上坡（P<0.05）;坡向、坡位均顯著影響土壤種子庫(kù)的Margalef豐富度指數(shù)（R）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）（P<0.05），但對(duì)Peilow均勻度指數(shù)（E）無顯著影響（P>0.05），2017和2018年土壤種子庫(kù)密度不存在顯著差異（P>0.05）。研究結(jié)果對(duì)衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式的可持續(xù)利用和恢復(fù)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤種子庫(kù);物種組成;物種多樣性;土地利用方式

中圖分類號(hào)：Q948.1??????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.02.018

Soil Seed Bank Properties of Frutex and Grassland Land Use Type on Mountain and Hill Areas with Purple Soils in? Hengyang of Hunan Province， China

HUANG Guiyuan， GUO Jianjun

（Hengdong County Forestry Bureau of Hunan， Hengdong， Hunan 421400，China）

Abstract：By combining field survey sampling with lab experiments， we investigated and analyzed species composition， density and diversity properties in 0-10 cm soil layers on different slope and position of frutex and grassland land use type on mountain and hill areas with purple soils in Hengyang of Hunan Province， China in the year of 2017 and 2018. The results showed that the density of the soil seed bank was ranged from（2 367±217） seeds·m-2? to （6 867±410 ） seeds·m-2， and the shady slope was significantly higher the sun slope（P<0.05）， and the downslope position was significantly higher the upslope（P<0.05）; The slope direction and slope position significantly affected Margalef richness index（R）and Shannon-Wiener diversity（H）of soil seed bank（P<0.05）， however there was no significantly effect to Peilow evenness index（E）（P>0.05）， there was no significant effect on the soil seed bank in the year of 2017 and 2018（P>0.05）. The study can provide a reference for the sustainable use and restoration of frutex and grassland land use type on mountain and hill areas with purple soils in Hengyang of Hunan Province， China.

Key words： soil seed bank; species composition; species diversity; land use type

湖南省衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)近2.67×104 hm2，是中國(guó)獨(dú)有的土地資源。這類土地色澤特別、肥力優(yōu)良，具有發(fā)展農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)。但是，紫色土山丘區(qū)的生態(tài)脆弱，季節(jié)性干旱突出;土壤耐旱性差，養(yǎng)分含量不協(xié)調(diào)，不耐侵蝕，水土流失嚴(yán)重。植被遭破壞后，表土很快流失，林草恢復(fù)十分困難，農(nóng)業(yè)發(fā)展受到很大制約，是中國(guó)南方極具代表性的生態(tài)災(zāi)難區(qū)之一[1-3]。通過將灌木與草本進(jìn)行人工耦合的灌草地土地利用方式，具有改善土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)以及減少水土流失等諸多優(yōu)點(diǎn)[4-6]，是改善土壤質(zhì)量，使其良性發(fā)展的有效途徑之一[7-8]。但另一方面，該山丘區(qū)灌草地土地利用方式以紫穗槐（Amorpha fruticosa）、沙地柏（Sabina vulgaris）、馬桑（Coriaria nepalensis）、白花草木樨（Melilotus albus）、豬屎豆（Crotalaria pallid）等少數(shù)幾種灌木與草本為主[7-8]，有植物結(jié)構(gòu)單一、群落穩(wěn)定性差、生態(tài)服務(wù)功能弱等缺陷，嚴(yán)重影響到該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

土壤種子庫(kù)作為土壤基質(zhì)中潛在的植物群落，在植被恢復(fù)與演替、生物多樣性維護(hù)與植物群落穩(wěn)定性的維持等方面有重要作用[9-10]。土壤種子庫(kù)能夠記憶或“儲(chǔ)存”形成種子的環(huán)境因子，對(duì)形成較高級(jí)與復(fù)雜的植物群落意義深遠(yuǎn)[11-12]。因此，加強(qiáng)衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)土壤種子庫(kù)研究，間接了解植被恢復(fù)潛力，從而推動(dòng)土壤種子庫(kù)在生態(tài)恢復(fù)中得到更好應(yīng)用。

近年來，相關(guān)學(xué)者對(duì)衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地封山育林模式（20 a）、退耕還林模式（2 a）以及農(nóng)耕模式的土壤種子庫(kù)特征進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，并且取得了相應(yīng)的研究成果[8，13]，但灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)特征研究未見報(bào)道。本研究以衡陽(yáng)土山丘區(qū)灌草地土地利用方式為研究對(duì)象，于2017和2018年連續(xù)2年研究土壤種子庫(kù)分布格局，比較不同立地條件灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)特征，為灌草地土地利用方式恢復(fù)重建提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)衡南縣譚子山鎮(zhèn)工聯(lián)村（112°35′19″ E，27°18′35″ N），是典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，平均海拔140 m，年均溫17.9 ℃，無霜期287 d，年均降雨量1 320 mm，主要集中于6—8月，潛在蒸發(fā)量1 450 mm，紫色土網(wǎng)狀分布于海拔100? m

左右區(qū)域。自然條件下，陽(yáng)坡植被覆蓋率約20%，陰坡可高達(dá)55%，大多為禾本科、馬桑科、菊科、豆科植物。2000年建植紫穗槐、沙地柏、馬桑與假儉草（Eremochloa ophiuroides）等人工植被，人工灌草植被間距1.25 m，建植后采用封山管理方式。

1.2 野外取樣

分別于2017和2018年3月中旬取樣，探究2年份土壤種子庫(kù)差異。取樣地位于湖南省衡南縣譚子山鎮(zhèn)的“紫穗槐+白花草木樨”灌草地系統(tǒng)中，用直徑為5.0 cm的土鉆在2坡向（陰、陽(yáng)坡）的3坡位（上、中、下坡）取樣。30鉆/坡位，10鉆/1份，共3份（即3次重復(fù)），取樣深度0～10 cm，土壤倒入塑料袋中，共計(jì)18個(gè)土樣[2坡向（陰、陽(yáng)坡）×3坡位（上、中、下坡）×3次重復(fù)]帶回實(shí)驗(yàn)室用萌芽法對(duì)土壤種子進(jìn)行甄別[14-15]。

1.3 萌發(fā)鑒定

樣方土壤被放置于溫室大棚的大花缽中，調(diào)節(jié)溫室大棚的溫光條件以及花缽的土壤含水量，每天觀察花缽中土壤植物種子萌發(fā)狀況（已萌發(fā)并可甄別的植物種子要及時(shí)清理），持續(xù)12個(gè)月，直到花缽的土壤再無種子萌發(fā)為止。

將土壤種子結(jié)果轉(zhuǎn)換為土壤種子庫(kù)密度（?！-2）。土壤種子庫(kù)多樣性采用Margalef豐富度指數(shù)（R）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）、Peilow均勻度指數(shù)（E）計(jì)量與表示，其計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用多因素方差分析法分析坡向、坡位對(duì)土壤種子庫(kù)密度及多樣性的影響;用Duncan法對(duì)3次重復(fù)的均值±標(biāo)準(zhǔn)方差進(jìn)行多重比較（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤種子庫(kù)物種組成

綜合2017和2018年土壤種子庫(kù)研究結(jié)果，區(qū)域土壤種子庫(kù)共有15種植物，分屬于8科，其中菊科5種，禾本科4種，天南星科、豆科、燈心草科、車前草科、龍膽科、報(bào)春花科各1種;物種組成以多年生草本為主，占總物種的86.67%，一年或二年生草本、一年生草本各占6.67%;米口袋、小燈心草、藎草、旱黍草4種植物只在2018年出現(xiàn)，其余植物均在2017年、2018年出現(xiàn)。

2.2 坡向、坡位與土層對(duì)土壤種子庫(kù)影響

坡向?qū)ν寥婪N子庫(kù)密度與組成的影響達(dá)顯著水平（P<0.05）（表2—表4），陰坡土壤種子庫(kù)總密度（4 385±325～6 867±410粒·m-2）顯著高于陽(yáng)坡（2 367±217～3 218±369?！-2）（P<0.05）;陰坡分布14～15種，陽(yáng)坡13種，減少1～2種，2017年半夏、飛蓬只分布于陰坡，2018年長(zhǎng)茅草、火絨草只分布于陰坡;在陽(yáng)坡，2017年米口袋只分布于上坡，龍膽、過路黃只分布于下坡，2018年半夏只分布于下坡，僅（1±0）?！-2，但分布于中、下坡有10種之多，分別為飛蓬、米口袋、鬼針草、車前草、藎草、龍膽、過路黃、旱黍草、狗娃花、狗尾草;在陰坡，2017年，15種均存在，而隨時(shí)間演替，飛蓬已消失，長(zhǎng)茅草、鬼針草、狗娃花只分布于下坡，火絨草、小燈心草、車前草只分布于中、下坡。

2.3 不同坡向、坡位土壤種子庫(kù)的多樣性指數(shù)

對(duì)2017年和2018年不同坡向、坡位土壤種子庫(kù)多樣性指數(shù)進(jìn)行分析（表5），2017年，陰坡上坡、中坡與下坡豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)顯著高于陽(yáng)坡（P<0.05）;2018年陰坡上坡、中坡與下坡豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)顯著高于陽(yáng)坡（P<0.05），但均勻度指數(shù)變化有所差異，陽(yáng)坡中坡顯著高于陰坡中坡均勻度指數(shù)（P<0.05），陽(yáng)坡與陰坡下坡均勻度指數(shù)差異不明顯（P>0.05）。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

于2017和2018年，通過對(duì)衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)研究發(fā)現(xiàn)，該環(huán)境土壤種子庫(kù)密度（2 367±217～6 867±410）?！-2，年際間差別小，與楊寧等[7-8]對(duì)衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地草地土地利用方式相應(yīng)結(jié)果大致相同。與草地土地利用方式相比，灌草地土地利用方式本地鄉(xiāng)土的土壤種子占居總的土壤種子庫(kù)數(shù)量一定比例[17]。一方面，在該區(qū)域，在20世紀(jì)80年代開始實(shí)施推廣實(shí)施灌草地土地利用方式進(jìn)行植被恢復(fù)，周邊草地等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)灌草地土地利用方式產(chǎn)生深刻影響，使得灌草地土地利用方式的關(guān)鍵種在演替以及自然選擇過程中發(fā)生趨同適應(yīng)，最后與周邊草地的植被逐于基本相同;另一方面，當(dāng)?shù)馗骷?jí)政府長(zhǎng)期實(shí)施封山育林、退耕還林還草政策，所推廣實(shí)施的灌草地土地利用方式人為干擾少，有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育與土壤種子庫(kù)的保存[18]。研究發(fā)現(xiàn)，由于灌草地土地利用方式經(jīng)過多年自然選擇與演變，與周邊生態(tài)環(huán)境基本融合，多年生草本占植物種類的86.67%，從而確保其在植物群落演替進(jìn)程中的自然更新與發(fā)展。

衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)不同陰、陽(yáng)坡土壤種子庫(kù)組成大致相同。一方面，由于陰、陽(yáng)坡植被基本一致，土壤種子庫(kù)來源大致相同;另一方面，由于實(shí)驗(yàn)地距離較近，且坡面平緩，生態(tài)因子基本相同，受風(fēng)力、動(dòng)物的傳播等的影響，陰、陽(yáng)坡的種子庫(kù)組成趨于相同。但半夏、飛蓬、長(zhǎng)茅草、火絨草等只出現(xiàn)于陰坡，陰坡受到太陽(yáng)幅射少，土壤蒸發(fā)弱，加之為山丘區(qū)，坡度較緩，土壤水肥狀況較優(yōu)，只適宜于半夏、飛蓬、長(zhǎng)茅草、火絨草等陰性植物生長(zhǎng)[19-20]。

陰、陽(yáng)坡上、中和下3坡位的土壤種子庫(kù)大小關(guān)系均為下坡>中坡>上坡，原因可能為水土流失導(dǎo)致土壤種子隨土壤下移，隨坡位下降，土層厚度增加，深厚的土壤易受于累積較多的土壤種子[21]。這與陳孟晨等[22]的研究結(jié)果基本一致。

3.2 結(jié)論

通過對(duì)衡陽(yáng)紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)特征進(jìn)行研究，得出以下主要結(jié)論：紫色土山丘區(qū)灌草地土地利用方式土壤種子庫(kù)密度（2 367±217～6 867±410）?！-2，不同坡向、坡位，土壤種子庫(kù)密度存在顯著差異（P<0.05），陰坡與下坡分別顯著高于陽(yáng)坡與上坡（P<0.05）;坡向、坡位對(duì)土壤種子庫(kù)的Margalef豐富度指數(shù)（R）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）存在顯著影響（P<0.05），但對(duì)Peilow均勻度指數(shù)（E）無顯著影響（P>0.05），2017、2018年土壤種子庫(kù)密度不存在顯著差異（P>0.05）。

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