干旱区生物土壤结皮对种子植物多样性的影响

通过调查古尔班通古特沙漠筑路形成的严重干扰样方与自然状态下轻微干扰样方种子植物多样性的差异,结合人为干扰生物土壤结皮样方的结果,综合生物土壤结皮土壤种子库、结皮上种子萌发、生长以及土壤养分与水分的特征,研究生物土壤结皮对种子植物多样性的影响。结果表明：完整结皮与适度干扰后结皮样方内植物多样性指数D分别为0.3296和0.5291,多样性指数H分别为0.8400和1.2957,差异均达到显著水平;严重干扰样方的多样性指数D和多样性指数H均显著低于轻度干扰样方的对应指标。说明对生物土壤结皮 “适度”干扰使其保持在早期发育阶段有利于增加种子植物多样性,而“严重”干扰使结皮变为流沙阶段会降低种子植物多样性。结皮影响种子植物多样性的机理主要在于发育后期的生物土壤结皮会降低土壤种子库,也会抑制多数种类种子萌发,夏秋季结皮深层土壤水分的减少也不利于深根植物的生存,但结皮土壤拥有相对较高的养分条件却能保证一年生短命植物生长和生存。相对于流沙,生物土壤结皮的存在有益于保持相对较高的植物多样性,这可能归功于生物土壤结皮有利于地表稳定性、以及其在防风蚀和土壤形成等方面重要的生态功能,因而,在采取 “适度”干扰措施以提高植物多样性之前需要慎重考虑可能带来的不利影响。     

沙土灭菌对羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种子萌发、幼苗生长及根鞘形成的影响

荒漠固沙植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)具特殊的根鞘结构,由植物、微生物、土壤共同参与形成。分析了沙土灭菌处理对羽毛针禾种子萌发、幼苗存活及根鞘初期形成过程的影响。结果表明:(1)灭菌沙土中,羽毛针禾种子萌发较慢,萌发率不超过25%,始终低于对照;而在土壤微生物的参与下,种子萌发率在种植19d后即可稳定在25%的水平。(2)灭菌处理下,羽毛针禾幼苗成活率5%;而土壤微生物参与下,幼苗成活率可高达36.54%。(3)幼苗种植40d左右,灭菌沙土中的幼株出现萎蔫枯黄、最后整株死亡的现象;而自然沙土中的幼苗株高是灭菌处理组的1.72倍,并且仍保持鲜绿色。(4)沙土灭菌处理后,幼株出现黑根现象,根毛失水萎蔫,沙粒粘附性变差。可见,土壤微生物在羽毛针禾种子萌发、幼苗存活、根鞘初期形成中均发挥重要作用,是促进固沙植物生长的潜在生物菌肥资源。     

梭梭林土壤结皮发育对黄花补血草种子萌发和种群特征的影响

通过梭梭林下黄花补血草种群发育和土壤种子萌发动态的野外调查以及模拟土壤结皮、降水试验,研究了土壤结皮发育(无结皮覆盖土壤NSC、物理结皮覆盖的土壤PSC、生物结皮覆盖的土壤BSC)对其土壤种子萌发、幼苗死亡、种群特征的影响以及土壤结皮发育与模拟降水的相互作用,旨在为梭梭林下黄花补血草种群建植以及灌草结合的治沙模式提供理论依据。研究结果表明:(1)土壤结皮的发育可以促进黄花补血草土壤种子萌发,表现为BSCPSCNSC,且处理间差异极显著(P0.01);而种群密度则受到限制,NSC和PSC覆盖的土壤与BSC覆盖的土壤之间差异极显著(P0.01);种群的平均株高和冠幅逐渐增大,但差异不显著(P0.05)。(2)在15 mm模拟降水条件下,土壤结皮发育对种群密度和土壤种子萌发均具有显著促进作用,具体表现为PSCBSCNSC,且差异极显著(P0.01),对种群的平均株高和冠幅没有显著影响(P0.05),而幼苗死亡率表现为NSCBSCPSC,且差异性极显著(P0.01)。(3)随着模拟降水量的逐渐增加,3种土壤结皮覆盖的土壤种子萌发率逐渐增大,而其幼苗死亡率逐渐减小;而不同结皮间存在差异性,表现为土壤种子萌发率BSCPSCNSC,幼苗死亡率NSCPSCBSC。梭梭林下土壤结皮发育既增加了土壤表层水土环境的稳定性,又增加了黄花补血草土壤种子基数,有利于土壤种子萌发和种群的更新和发育,而模拟降水可有效改善土壤水分条件,特别是结皮层土壤水分,为黄花补血草土壤种子萌发和种群更新提供了必要的物质基础和环境条件。     

生物土壤结皮与种子附属物对4种荒漠植物种子萌发的交互影响

生物土壤结皮能直接或间接地影响维管植物种子萌发与群落建成,种子本身的生物学特征（如种子附属物等）对萌发也存在一定影响。本研究选取古尔班通古特沙漠4种常见的具有不同形态附属物的藜科植物（梭梭（Haloxylon ammodendron ）、粗枝猪毛菜（Salsola subcrassa ）、心叶驼绒藜（Ceratoides ewersmanniana ）和角果藜（Ceratocarpus arenarius ））种子,设置苔藓结皮、地衣结皮和裸沙3种土壤基质,通过去除或保留种子附属物,对比研究了生物土壤结皮与种子附属物对种子萌发的影响。结果表明：粗枝猪毛菜和梭梭的苞片显著抑制了种子萌发（p <0.05）,心叶驼绒藜的柔毛和角果藜的刺状附属物对种子萌发没有显著影响（p >0.05）。与裸沙相比,苔藓结皮显著抑制了4种植物种子的萌发（p <0.05）,地衣结皮显著抑制了粗枝猪毛菜种子的萌发（p <0.01）,而对其他3种植物种子的萌发无显著影响（p >0.05）。同时,附属物与结皮对粗枝猪毛菜种子的萌发还具有交互作用,表现为显著抑制种子萌发（p <0.01）。可见,生物土壤结皮对具有不同附属物的荒漠植物种子萌发具有不同的影响,进而造成维管植物种子萌发的空间异质性,影响维管植物分布和多样性。     

荒漠植物种子萌发研究进展

 对种子自身结构,水分、温度、光照、沙埋深度等对荒漠植物种子萌发的影响进行了综述。硬实种子的不透水性、不透气性以及物理障碍是影响种子萌发的重要因素,通过热水浸种、擦破种皮或果皮、浓硫酸浸泡、低温或辐射处理可以破除硬实的影响。有些荒漠植物果皮或种皮外包有粘液层,这种结构对种子的萌发及幼苗生长有促进作用;部分植物的种胚覆盖物含有生长抑制物质而抑制种子萌发;胚休眠与后熟是影响胚萌发的重要生理因素。雨量大小、分布,降雨次数及土壤湿度是决定荒漠植物种子萌发的重要生态因子;温度影响种子的萌发,变温促进萌发;部分荒漠植物种子的萌发需要光照,有些要在暗中萌发,有些则对光无特异的需求;沙埋深度可调节光照、土壤湿度和土壤温度,从而调节种子萌发。应重视荒漠植物种子对严酷环境适应的研究,从分子水平上阐述其对严酷生境的适应机制。     

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是民勤绿洲-荒漠过渡区主要的盐生植物,近年来由于对其营养价值和药用价值的认识,新疆、青海和甘肃等地拟在荒漠-绿洲过渡带开展黑果枸杞种植以改善盐碱土和增加当地农民经济收入。主要通过插枝和种子繁殖黑果枸杞,而盐胁迫对黑果枸杞种子在实验室和大田的萌发以及对黑果枸杞幼苗生长的影响还未知。于2014年在民勤开展了不同盐度溶液对黑果枸杞萌发和幼苗生长的影响研究。结果表明:淡水条件下,黑果枸杞种子的萌发及幼苗生长优于盐水条件;在室内培养试验中,黑果枸杞种子累积萌发数和萌发率随浇灌水盐度的增加而减少;室外大田试验淡水处理下黑果枸杞种子累积萌发数和萌发率高于其他盐度处理;黑果枸杞种子萌发和幼苗生长对盐胁迫较敏感,其形态和生理均显示出抑制特征,不同处理的幼苗根芽比随着培养液盐度的增加而增加。大田种植时,降低表层土壤盐度是黑果枸杞成功建殖的关键。     

雾冰藜(Bassia dasyphylla)种子萌发和幼苗生长对盐碱胁迫的响应

一年生植物是干旱半干旱地区植被的重要组成部分,是许多植物生态学关键问题研究的良好试验材料。为研究荒漠区一年生植物雾冰藜(Bassia dasyphylla)对盐碱生境的适应能力,采用2种中性盐NaCl、Na_2SO_4及2种碱性盐Na_2CO_3、NaHCO_3按不同比例混合成30种溶液对雾冰藜种子进行胁迫处理。结果表明:在所模拟的均匀覆盖了总盐度50~250mmol·L^-1、pH 7.10~10.19范围内的30种盐碱条件下,雾冰藜的各项萌发参数和生长指标在对照组(CK)下最高,且均随盐浓度及pH的升高而下降,各处理组与对照组间存在显著差异(P<0.05);盐度、pH及二者之间的交互作用对萌发和生长指标均有显著抑制作用(P<0.05);不同盐碱组分对雾冰藜种子萌发和幼苗生长的抑制作用表现为Na2CO3>NaHCO_3>NaCl>Na_2SO_4。雾冰藜种子在萌发阶段比幼苗生长阶段对盐碱胁迫更敏感,盐度是种子萌发的主要胁迫因素,pH值则是幼苗建植的主要胁迫因素。盐碱条件下盐度和pH之间交互作用对雾冰藜种子萌发阶段和幼苗建植的抑制影响比单一的盐或碱胁迫的影响大。     

新疆古尔班通古特地区的土壤结皮及其保护

生物土壤结皮对于荒漠地区生态环境、土壤形成、防沙固沙等起到积极作用,因此对其进行保护和研究在中国北方荒漠化地区具有重要意义。在阐述生物土壤结皮的生态功能、性质及主要干扰因子的基础上,考虑到其特殊性质及主要的聚集分布区域和受到的潜在干扰,建议在中国新疆古尔班通古特沙漠地区建立生物土壤结皮国家级自然保护区,并提出了拟设立自然保护区的具体区域及相应的建议和措施,以促进生物土壤结皮和荒漠生态系统的研究和荒漠化地区生态环境的恢复与重建。     

干扰对生物土壤结皮及其理化性质的影响

生物土壤结皮作为荒漠地区特殊环境的产物,具有较强的抗风蚀、水蚀功能,也是干旱荒漠地区植被演替的重要基础。随着人类活动的加剧,生物土壤结皮也受到不同类型和不同程度的干扰,主要包括放牧、火烧、车辆碾压等形式。干扰对生物土壤结皮的影响主要表现在生物土壤结皮结构及盖度的变化、土壤理化性质的改变、土壤微生物数量及活性的变化等几个方面。放牧对土壤物理性质的影响还没有一致的结论,除了干扰的程度还与土壤含水量有关系。火烧虽然改善了土壤结构,但是破坏了地表植被的盖度,而且恢复比较困难,也加速了外界侵蚀的力度,对土壤化学性质也有显著影响。机械碾压的破坏力最强,且没有任何的积极意义。     

生物土壤结皮对土壤种子库的影响

在自然光照条件下,对草原化荒漠地带的苔藓与藻类两种生物土壤结皮进行干、湿处理, 第26卷第6期2006年11月中国沙漠JOURNAL OF DESERT RESEARCHVol. 26No.6Nov. 2006研究其上种子库组成与数量特征,结果表明:①有9种植物的幼苗出现在含有生物土壤结皮覆盖的表土中,它们分别是独行菜（Lepidium ruderate L.）、油蒿(Artemisia ordosica Krasch)、灰绿藜(Chenopodium glaucum L.)、多根葱(Allium polyirhizum Turcz.ex Rgl.)、小画眉草(Rragrostis poaeoides Beauv)、 雾冰藜(Bassia dasyphylla （Fisch.et Mey）)、 马齿苋(Potulaca oleracea L.)、狗尾草(Setaria viridis (L.)) 、苋菜(Amaranthus.retroflexus L.),其中一年生草本植物有7种;②在不同类型的结皮上,土壤种子库的总储量以及每种植物种子的储量存在着显著的差异:对于湿润处理的两种结皮,萌发的幼苗总密度存在着极显著的差异（P<0.001）,对于干燥处理的两种结皮,萌发幼苗的总密度也存在着显著的差异（P<0.05）;③水分是限制结皮种子库植物种子萌发的主要原因,苔藓与藻结皮上萌发的种子总密度都存在极显著的差异（P<0.001）。     

土壤微生物结皮对两种一年生植物幼苗存活和生长的影响

在温室实验和野外调查中,分析了两种一年生草本植物小画眉草(Eragrostics poaeoides)和雾冰藜(Bassia dasyphylla)的幼苗在苔藓结皮、藻结皮和流沙上的存活和生长状况。两种植物的幼苗存活率均表现出在苔藓结皮上最高而在流沙基质中最低。两种植物幼苗存活率与土壤表层水分含量呈正相关关系。与小画眉草相比较,雾冰藜的幼苗在萌发后根生长较为迅速,在3种土壤类型中和干湿两种水分处理下,雾冰藜较小画眉草均具有较高的幼苗存活率。在干燥处理下,生长在有结皮土壤中的两种植物的植株干重大约是生长在无结皮土壤中植株的5倍。增加水分能降低植株幼苗的死亡率,促进植株生长;增加水分也能在一定程度上减弱因土壤基质差异对幼苗存活和幼苗生长的影响。因此,在自然状况下年降雨量的多少和分配状况的差异可能会影响这两种植物每年幼苗存活率和生长状况的差异,进而会影响到这两个种群在人工固沙区盖度和分布格局的差异性。     

微生物结皮对两种一年生植物种子萌发和出苗的影响

在温室中对两种一年生植物的种子在微生物结皮和流沙对照上的萌发和出苗状况进行了实验.结果表明:在湿润和干燥状况下,苔藓结皮和藻结皮对种子萌发和出苗状况的影响,完整的和破坏的苔藓结皮和藻结皮对种子萌发和出苗状况的影响,总的来说雾冰藜(Bassia dasyphlla)在完整的苔藓结皮和破坏的两种结皮中出苗率均较高.完整致密的藻结皮能阻止雾冰藜的根接触土壤从而对其出苗设置了物理屏障.小种子植物小画眉草(Eragrostics poaeoides)因其种子较大,种子植物有相对大的土壤接触面积和具有特殊的结构须根,从而较容易克服结皮造成的物理屏障,穿透完整致密的结皮层而到达土壤.在破坏的微生物结皮中小画眉的出苗率略有降低.水分处理仅对雾冰藜的出苗有显著影响.在湿润处理下雾冰藜的出苗率要高于在干燥处理下的.因此,自然状况下年降雨量和分配状况的差异可能会影响这两种植物每年幼苗出苗率的差异,进而会影响到这两个种群在人工固沙区分布格局的差异.     

Study on Seed Bank Composition and Seedling Emergence Regularity in Placer Iron Ore Soil

The mining of placer iron ore greatly influences the surrounding desert grassland. In Agdala Town, Qinghe County, Xinjiang, the soil seed bank is severely damaged, and the utilization and productivity of desert grasslands are almost zero, which seriously affects the safety of the ecological environment and the development of local animal husbandry. It is very important to supplement soil seed banks to enhance the species composition of desert grasslands after ecological restoration. In this study, the effects of the seed bank, species composition, and seed burial depth on the seedling emergence rate at placer iron ore site before and after artificial seed bank replenishment were compared using the germination tray method. The original soil seed bank in the study area contained only four species, which were all annual plants. The dominant species were Salsola ruthenica and Corispermum orientale, and the soil seed bank density was very small. The emergence regularity of the soil seed bank was closely related to water content, and the emergence of annual vegetation was explosive. Seed burial depth affected the emergence rate of perennial grass, and we determined that a burial depth of 0-5 cm was the most effective for emergence. This indicates that seedling emergence of artificially supplemented soil seed bank can be completed within 7 days if the sowing depth is appropriate; sowing depths greater than 5 cm affect seed germination. These findings provide a basis for selecting species to populate large areas.     

The effect of biological soil crusts of different successional stages and conditions on the germination of seeds of three desert plants

Biological soil crusts greatly affect soil surface properties, which, in turn, may alter seed germination of vascular plants. We investigated the effects of two types of biological soil crusts (moss crust and algal crust) at different ages on the seed germination of Bassia dasyphylla and Artemisia ordosica. We also investigated the effects of crust conditions (living crust and dead crust) on seed germination of B. dasyphylla, A. ordosica and Eragrostis poaeoides. The presence of both algal and moss crusts significantly enhanced the germination of B. dasyphylla and A. ordosica compared with uncrusted soil. Crust age had no significant effect on the germination of either B. dasyphylla or A. ordosica for both moss and algal crusts. Germination of B. dasyphylla differed significantly between moss and algal crusts, but germination of both A. ordosica and E. poaeoides did not. Germination of A. ordosica, E. poaeoides and B. dasyphylla was significantly higher on living algal crust than on dead crust and uncrusted soil, while living moss crust enhanced the germination of both A. ordosica and B. dasyphylla but had no significant effect on E. poaeoides.     

土壤种子库萌发实验在野外与室内的对比分析

实验室萌发法是目前国内外研究土壤种子库时普遍采用的方法,而实验室与野外自然环境在萌发条件上具有很大的差异,在野外进行萌发实验是否对土壤种子库恢复潜力的估计更具有可靠性？鉴于此,我们在塔里木河下游选择了3个典型断面,分别在野外和实验室进行了土壤种子库萌发实验。结果表明:①野外与实验室萌出的物种相同,但幼苗密度在野外(598.8株\5m-2)明显高于实验室(530.3株\5m-2)。②物种组成中,豆科物种在野外实验幼苗密度明显较高;若以生活型划分,多年生草本和灌木幼苗密度在野外明显高于实验室。③各物种在野外和实验室的萌发特征相似,但在实验室萌发速度较快,萌发高峰期提前了2~3 d。综合来看,对于塔里木河下游土壤种子库的研究,在野外进行萌发实验其结果更具有可靠性。这对今后土壤种子库的研究具有参考意义。     

沙地恢复过程中两种一年生植物种子萌发和幼苗种群动态研究

狗尾草和虫实是科尔沁沙地两种常见一年生草本植物,在沙地恢复过程中起着非常重要的作用。采用固定样方法对自然条件下两种植物种子萌发和幼苗种群动态进行了研究。结果表明,沙地恢复不同阶段虫实和狗尾草萌发数量随季节和样地的变化而变化,种子萌发和幼苗存活显示出强烈的降雨依赖性,并且虫实和狗尾草种子当年可萌发数量都随沙地固定程度增加而逐渐增大。从4月到8月,各月虫实种子萌发比例依次降低,但大多数狗尾草种子在5月到6月才开始萌发。虫实和狗尾草种子呈现出分批萌发的策略。虫实和狗尾草主要分4批出苗,相对虫实而言,狗尾草出苗对降雨的响应存在一定的滞后性,且狗尾草萌发所需的温度较虫实高。虫实和狗尾草的存活曲线均属于C型曲线,是较为典型的r对策者。     

Effects of sand burial on dune plants: a review

Burial of different growth stages of plants （e.g., adult plants, seedlings and seeds） is frequent in dune ecosystems. The soil micro-environment, which differs from surface conditions, influences the survival and growth of dune plants. To sum up knowledge about the survival mechanisms of plants under sand burial and to promote practical rehabilitation of dune vegetation, we reviewed relevant published literature and concluded that： （1） Focus in recent years has been on impacts of sand burial on seed germination and seedling emergence. Generally, shallow burial increased seed germination and seedling emergence, but deeper burial was negative. Buried at the same depth, large seeds showed higher germination and seedling emergence rates, attributed to larger energy reserves. （2） Survival, growth and reproduction rates of dune plants show plasticity in response to sand burial. Long-term deep burial is fatal because it creates a physical barrier which overcomes the vertical growth of plants, reduces photosynthetic leaf area, and limits oxygen availability to roots. Modest burial, on the other hand, is advantageous for growth and reproduction of many dune plants, due to protection from excessive temperature and drought. （3） There are few reports concerning effects of sand burial on plant physiology, but a limited number of studies indicate that partial burial increases water use efficiency, chlorophyll content, transpiration rate and net photosynthetic rates. The antioxidant protective enzyme system and osmolyte balance were reported to be involved in the mechanisms of dune plant resistance to burial.     

超旱生小灌木——红砂大田育苗技术研发

采用对比试验,研究了红砂（Reamuria songarica （Pall.））大田容器育苗的容器选择、种子处理、覆土厚度、覆盖保护和灌水方式等措施对出苗率、成苗率和容器苗质量的影响。结果表明：红砂适宜的育苗容器为底部多孔的大规格容器,适宜的覆土厚度为0.3～0.6 cm,覆盖材料的适宜遮光率应控制在60%以下;以遮光率60%的遮荫网为例,适宜的覆盖时间为20~30 d左右;细质地的河沙表面覆盖是较好的覆盖方式。育苗容器和覆盖方式对幼苗质量有显著影响。覆土厚度和覆盖时间对出苗率和成苗率均有显著影响;覆盖方式仅对出苗率有显著影响;种子处理和灌水方式对出苗率、成苗率均无显著影响,但从生产的经济实用性及容器苗质量方面综合评价,种子机械处理和漫灌+喷灌灌水方式更符合生产推广要求。