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退化生态系统的恢复进程受许多因素的影响,其中土壤状况和土壤种子库相对比较重要。土壤种子库作为植被潜在更新能力的重要组成部分,在植被自然恢复过程中起着重要的作用。它是植被重建与恢复的重要种源,是植被恢复的模板,很大程度上决定了植被恢复的进度和方向。黄土丘陵沟壑区是黄土高原水土流失最严重的地区,其退耕农田的植被恢复与重建是减少当地水土流失和黄河泥沙的根本措施。以前的研究比较重视土壤状况,而关于土壤种子库的研究很少。所以非常有必要对该区的土壤种子库现状进行一个摸底调查,以为退耕地植被恢复提供理论指导。
本研究利用以空间代时间的方法,在黄土丘陵沟壑区的典型区-安塞县真武洞镇西沟流域的墩滩山,对不同坡向、不同退耕年限退耕地的土壤种子库和地上植被状况进行了野外实地考察、取样和室内实验,初步得到以下结果:
1)12个样地土样中共萌发了28种2442个幼苗,隶属于11科23属;0-5cm土层的土壤种子库密度变动于900.1±351.3~6466.8±1708.4粒·m-2之间,5-10cm土层的值变动于116.7±61.4~2466.7±914.4粒·m-2之间;随着退耕年限的增加,土壤种子库的总密度都呈明显的递减趋势;阳坡的土壤种子库密度为阴坡的2.2~3.4倍;猪毛蒿和臭蒿是退耕地阳坡样地土壤种子库的优势物种,阴坡样地的优势物种是猪毛蒿;随着退耕年限的增加,均匀度与退耕年限呈显著正相关,丰富度、多样性基本上呈上升趋势,生态优势度则呈下降趋势,说明随着退耕年限的增加优势种趋向不明显;样地种子库组成成分的的相似性分析表明退耕演替的过程也是土壤种子库空间异质性加大的过程。
2)对12个不同退耕年限的样地进行地上植被调查,共发现54种植物,隶属于16科43属,草本植物占了绝对多的比例(88.89%);地上植被的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数和生态优势度都与退耕年限的相关性都不显著(R2<0.4);土壤种子库和地上植被之间的物种组成存在显著差异,地上植被中的物种数多于土壤种子库的物种数,平均是土壤种子库物种数的1.93倍,菊科、禾本科、豆科都是它们物种组成中的主要植物。
3)土壤种子库与地上植被的物种多样性存在一定的差异,相同退耕年限、相同坡向的样地中地上植被的丰富度指数和多样性指数都大于土壤种子库,尤其是地上植被的多样性指数要远远地大于土壤种子库;而均匀度指数和生态优势度基本上都是土壤种子库大于地上植被。总体上来说,土壤种子库和地上植被的相似性比较小。
4)在退耕地植物群落中,地下种子和地面植株都存在的植物有猪毛蒿、香青蓝、臭蒿、狗尾草、地黄、地锦、阿尔泰狗娃花、白羊草、百里香、抱茎苦卖菜、长芒草、茭蒿、菊叶委陵菜、山苦卖、硬质早熟禾、达乌里胡枝子和铁杆蒿17种,这些种子在当地的生境条件下能够顺利地自然更新和生存;地下种子存在但地面植株不存在的植物有地肤、鹤虱、画眉草、灰条、葶苈、艾蒿、糙隐子草、沙打旺、砂引草、败酱、紫草11种,这些植物的种子所需的萌发条件还尚未具备;地面植株存在但地下种子不存在的植物有大针茅、鹅冠草、风毛菊、鬼针草、角蒿、苦菜、苦卖菜、益母草、猪毛菜、白头翁、北京隐子草、糙叶黄耆、草木樨状黄耆、丛生隐子草等37种,这些植物的土壤种子库密度可能太低。
5)在p<0.05的显著水平上,土壤水分、有效磷、退耕年限和坡向是显著影响退耕地物种分布变化的主要因子;土壤水分、有效磷、土壤种子库和坡向是显著影响植物群落变化的主要因子;若只用土壤种子库因子来解释退耕地植被的变化情况,可解释植物群落变化的32.1%,物种变化的20.5%。
6)土壤种子库中主要以猪毛蒿、臭蒿等一些演替前期的物种为主,要加快退耕地植被恢复的进程,有必要适当引进一些演替后期物种,如白羊草、铁杆蒿、达乌里胡枝子、长芒草等,以缩短演替时间,促进黄土丘陵沟壑区水土流失的防治。