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河漫滩种子库研究进展
日期:2013-01-18 作者:郎 鹏,袁龙义,薛兴华 来源:安徽农业科学 点击:
 
河漫滩是指高低水位之间的河床及高水位之上直至河水影响完全消失为止的地带[1]。河漫滩土壤种子库拥有河漫滩植被历史的记忆能力,是植被更新、繁衍源物质提供者[2]。根据河漫滩土壤种子库中种子存活和休眠时间,可以确定种子发生的时间、植被发展和河道变迁的历程[3 -4]。河漫滩土壤种子库在湿地植物群落的保护和恢复中起重要作用,是湿地植物群落对土地利用和气候变化响应的重要指示者[5]。由于河漫滩特殊的地理位置,以及受到洪水、汛期、枯水期等特殊外界环境因素的干扰,因此,研究河漫滩种子库对研究耐水淹植物和适用于消落带植被恢复的物种选育具有重要的指导意义。
1 河漫滩种子库与地表植被演替
土壤种子库是指存在于土壤表面和土壤中的全部存活种子的总和,是植物群落的一部分,是河漫滩植被得以自然延续种群的关键所在,河漫滩植被的发生、消长、演替与土壤种子库的关系非常密切[6]。这些具有活力的种子当遇到合适的外部条件便会萌发成幼苗,从而建立起与植被更新的重要基础[7]。土壤种子库是植被动态的重要制约因素,影响生态系统的抗干扰能力和恢复能力,对植物物种和群落的恢复与保护具有重要的应用价值,有助于了解群落的演替趋势,指导植被的更新与重建,可为生态恢复中的实践操作提供理论依据。黑土滩人工植被是指在黑土滩退化基础上,通过一系列农业措施建立的人工植被,它自从诞生以来就一直伴随着自身退化的问题。因此,研究黑土滩人工植被土壤种子库组成及其大小的季节变化特征,对黑土滩的植被恢复与重建和重建后的黑土滩人工植被的可持续管理具有现实指导意义。
种子库显著影响地表植被的动态。河漫滩生境中周期性的水位变化可能导致地表植被的季节性演替,土壤中的种子和无性繁殖体在植被更替中有重要作用。研究表明,湿地植物具有长期续存的种子库[8 -13],种子库中的种子可以在不同的环境条件下萌发,补充到地表植被中,从而影响地表植被的组成和结构。不同退水时间区域内植被的分布有很大的差异性。如党丽霞在对野鸭湖湿地不同退水时间条件下土壤种子库的分布格局的研究发现,退水 3 ~5 年物种数量最多,但植被所属的科在退水1 ~3、3 ~5 和5 ~7 年数量几乎一致,均为 17 或 18 科,退水 1 年以下区域其物种数最少,这是由于在该区域大多处于湿润或季节性被水淹没的生态环境,干早或半干早物种在此生境几乎无法完成其生长、发育和繁殖的全部过程,所以物种数最少,几乎全部为湿生植物;在退水 7 ~10 年区域,该生境己经被很多盐碱性植被、旱生植物所占据,世代繁衍,由于土壤种子库中有部分湿生植物的种子可以随着季节和适宜的环境条件萌发来补充地上植被,但其种子库中的部分种子由于种子寿命的原因而比退水3 ~ 5 年的活性低,所以,在退水 7 ~ 10 年区域物种数显著高于退水 1 年以下,但却没有退水3 ~5 年活力旺盛[14]。
2 河漫滩种子库的作用和功能
2. 1 河漫滩种子库对湿地植被恢复的作用 河漫滩土壤种子库中生物多样性指数高、量较大,种质资源丰富,在湿地植被的延续和演替中起重要作用。土壤种子库内含有的各种具有繁殖能力的种子、果实及其他能再生的植物结构,储存着丰富的遗传基因。在遗传多样性的恢复和重建的过程中,可充分利用湿地土壤种子库的物种多样性最高、物种类型丰富和物种数量较大等特点,当人为给于适当的水文条件,进行湿地种子库的移植,可迅速、健康、有效地恢复湿地生态结构和功能,且恢复过程具有低成本、低耗能、低生境破坏性,恢复后成的生态系统结构稳定,植被类型以原生植被为主,不会造成外来植被入侵等事件,是各类型湿地进行恢复和重建的良好方法[14]。
近些年来,一些研究者已经开始强调种子库在湿地植被恢复中的作用[15 -19],种子库为受损植物群落的恢复重建提供了可能。首先,通过研究种子库的组成确定受损湿地的物种资源储备和评判它的自我恢复能力[20 -21],同时为植被恢复提供管理策略[22]。其次,许多湿地植物具有长期续存的种子库,累积在底泥中的种子承受的干扰较小,因而与地表植物相比,种子库对各种外界干扰具有更大的忍耐性[23]。此外,种子库可能累积更多的在不同选择压力下产生的基因。因此,在濒危物种保护和湿地植被恢复中具有不可取代的作用。
2. 2 河漫滩种子库对植被的更新功能
关于植被更新的研究更侧重于干扰的影响,很少描述静态条件下植被的理想更新模式,事实上这种更新行为很难发生。干扰使植被中光照、温度、养分和水分等环境条件发生变化,引起植被更新源产生变化,引起有效资源水平和供给能力,使之进行多次分配,导致植被更新行为多样化。正常干扰在很大程度上有利于植被更新,它是调节植被内部活力的一种重要驱动力,但突发的干扰或灾害一般不利于植被更新,有时对植被本身产生致命伤害。长期过度干扰( 如围垦、放牧、砍伐、挖掘等行为) 对植被正常更新的损害十分严重,过度的干扰几乎使植被更新库消亡或改变其结构,植被因此退化。植被更新对干扰响应能力有限,原因在于来源于繁殖体库的幼苗抗性较差,特别是种子产生的幼苗,几乎没有自己选择生存的余地[24]。当环境遭受自然变化( 洪水、火烧等) 或人为干扰( 林地砍伐、耕作、封育表层土移除等) 时,生境的异质性增大,促使土壤中处于休眠状态的种子萌发成苗,产生新的物种从而导致地面植被格局发生变化[25 -26]。因此干扰与植物种群的动态密切相关。通常植被在受到外部干扰后,首先会自身调整生存策略,从而直接影响到土壤种子库的组成、数量以及分布格局,进而影响植被的恢复[26]。唐勇等研究表明,适度的干扰可以增加生物多样性,有助于植被的恢复,但过度的干扰会阻碍植被的恢复[27]。因此,完全依靠种子库来恢复植被是不够的,有时需要借助人工措施来创造有利于种子库自然恢复的条件,逐步达到原有植被的恢复,如提供繁殖体[28]。
2. 3 河漫滩种子库对特殊物种选育的作用 大型水利工程的建设( 如三峡水电站、丹江口水库) 将有大面积的区域被淹没。一部分在蓄水期处于淹没状态的区域在泄水期时不会处在淹没状态,这样在蓄水与泄水之间存在一个处在淹没和不被淹没的区域,即消落带。消落带区域原来的物种主要是陆生物种,很难适应新的消落带的环境,再加上工程建设时这一区域的生境往往遭到很大的破坏,所以这一区域成了一个新的生态脆弱区域,往往植被难以恢复,变成裸地。然而这一区域,在生态学上具有重要的意义,并且直接影响库区的环境美观以及水库的水质质量。如何选育适合于消落带植被恢复的物种成为消落带植被恢复工程的关键。由于河漫滩特殊的地理位置在汛期时一部分区域将处在淹没状态而枯水期不会被淹没。这种情景与消落带区域的情景相似。河漫滩区域的物种处在长时间的外界环境的干扰下已经表现出了对这种特殊生境的适应性。这对用于消落带植被恢复物种的选育提供了很好的参考,河漫滩种子库蕴藏着河漫滩植被的基因库,因此对河漫滩种子库的研究对消落带植被恢复具有重要意义。
3 河漫滩种子库的保护生物学意义
土壤种子库在保护生物学上应用更广泛,保护生物学应该注重那些繁殖水平和能力很低的物种[29]。如果对目标物种土壤种子库了解清楚,就可以通过改变干扰因素对目标物种、种群进行合理保护,甚至可以根据详细指标进行物种保护及种群管理模型化[30]。土壤种子库作为繁殖体的储备库,可以减小种群灭绝几率,成为影响种群、群落乃至生态系统演替过程和发展趋势的重要因子[31]。持久性土壤种子库可以使种群在当地消失后长期存在,如欧洲北部短寿命的有花植物大多具有长寿命的种子,并形成长期的土壤种子库[32 -33]。土壤种子库被认为是植物种群基因多样性的潜在提供者[34],其可以指导进行保护生物学实践,对于那些在土壤种子库中存在很少及种子寿命短的植物,应该特别注意保护。土壤种子库持续时间的长短是影响植被恢复的一个重要因素。土壤种子库中的持久成分包含随时间积累的种群遗传潜能库,借此,在自然选择中能最终保存自己的基因型。环境变化会使某些物种从群落中消失。如果这种环境变化持续时间很长,一旦环境条件有所改善,只有那些持久种子库中的种子才有可能在地上植被恢复中出现并发挥作用。当群落受到时空上不可预测的干扰时,持久土壤种子库具有促进其自然恢复进程的潜势。持久土壤种子库既有利于植被的恢复,也有利于生物多样性保护。很多物种的恢复重建依靠土壤中的种子,而持久土壤种子库是非常重要的物种种源,同时也给外来入侵种干扰下的植被恢复提供了潜力[35]。
另外河漫滩的特殊地貌和特殊的气候水文环境往往成为一些濒危物种的逃生地,所以河漫滩种子库中还有濒危物种,对保护物种的多样性上有重要意义。
4 小结与讨论
植物种子的遗传载体功能使其在植被更新的生态学事件中具有特殊功能。植被更新是从繁殖体库到植株一系列过程,当突发的灾害及人类干扰损害超过植被或种群忍耐能力时,植被更新发生畸变,外来物种侵入对植被更新库产生压力,土壤种子库原有功能发生变化,驱动植被发生逆向演替。土壤种子库功能的研究应该注重其实用功能,目前集中于受损植被系统或濒危物种,土壤种子库功能研究更具有现实意义。土壤种子库功能的正常发挥是植被正常演替的基础。河漫滩由于其特殊的地貌特性,在地表植被演替、湿地生态修复、生物多样性的保护、消落带植被修复物种的选育等方面有重要理论和现实指导意义。近些年来,我国学者开始以国外研究为基础,探讨了如何研究国内的河漫滩系统,并寻找有效地恢复退化的河漫滩系统的方法。如将生态学原理、生态经济学原理、工程学原理等多学科相结合来重建和管理河漫滩。基于河漫滩的演替,退化的河漫滩系统是可以被恢复的。河漫滩的恢复和重建不仅是保护种子库和恢复植被,还应该增强人的保护意识,防止超出河漫滩生态系统自我恢复能力的干扰发生。最后,应将河漫滩的管理和恢复与区域生态恢复和景观建设相结合,使河漫滩的管理与社会经济协调发展[36 -43]。
参考文献(略)
 
 
采编:guoq
 
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