Spatio-temporal variation in soil seed banks under contrasting grazing regimes following low and high seasonal rainfall in arid Namibia

In arid rangelands, soil seed bank characteristics vary with rainfall patterns, livestock pressure and habitat heterogeneity. We investigated this issue by assessing spatio-temporal patterns in soil seed bank density and richness in a degraded (heavy grazing) and non-degraded (light grazing) Nama Karoo ecosystem. To account for variation in seed distribution, different microsites were compared, and the effect of diaspore size on the patterning analyzed. Long-term heavy grazing increased seed densities and species richness of the soil seed bank by favoring small-seeded and tiny-seeded annual species. The spatial patterning of the soil seed bank was, however, similar to that found under sustainable grazing. The overall seed distribution was dictated by the small-scale environmental heterogeneity, which interacted with diaspore size. Our results suggest that the degraded environment is still efficient in controlling secondary dispersal and retaining seeds. This is through low stature barriers like surface rocks, which replace the function of grazing-sensitive perennial grasses in trapping and storing small diaspores. Soil seed banks were persistent and accumulated readily-germinable seeds over time. Observed temporal pattern across the study sites indicates that both condition and sequence of preceding rainfall seasons are likely to have a profound effect on soil seed banks of subsequent years.     

准噶尔无叶豆土壤种子库特征及其对种子萌发的影响

 准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum (Litv.) Vass.)是中亚荒漠特有种,中国的单属种植物类群,稀有种,仅片段化分布在古尔班通古特沙漠风蚀坡地及流动-半流动沙丘上。按照不同微地形条件,于2008年9月、2009年的4月及6月分别对两个自然种群8种微地形条件(A种群为积沙灌丛下、积沙平缓处、风蚀灌丛下和风蚀平缓处4种; B种群为沙丘上部、中部、下部及底部4种)进行土壤种子库取样,并统计萌发季节的自然种群萌发率,同时对比室内萌发率,以研究土壤种子库的时空分布特征及其对种子萌发的影响。结果表明,从9月至次年4月和6月,种群种子库密度逐渐减少。自然状态下沙埋深度0—6 cm的种子能够萌发,主要萌发季节(4月)A种群有42%~73.56%的种子、B种群有63.33%~72.73%的种子分布在沙土6 cm以下的深度,为“无效种子”。A种群积沙灌丛下种子库密度值最大,但萌发季节的自然种群萌发率为0; B种群的沙丘下部种子库密度较大,但自然种群萌发率仅为4.8%±0.8%。不同微地形条件下沙粒打磨作用(去除种子硬实)和水分条件的差异,是微地形间种子萌发率差异的主要原因。本研究从土壤种子库角度解析自然种群有性更新困难的原因,为该稀有物种的保育提供理论依据。     

渭河盆地深部构造活动的地裂缝孕育机理

渭河盆地是我国乃至世界上地裂缝最发育、灾害最严重的地区。基于渭河盆地深部构造模式,采用有限元数值分析方法,分析了上地幔上隆、中地壳流展和上地壳拉张3种深部构造作用下盆地浅表岩土介质的应力和变形响应特征,从而揭示了渭河盆地深部构造活动与该区域地裂缝群发之间的孕育关系。结果表明：上地幔的隆起和中地壳侧向流展形成了浅部拉张应力环境,这种效应与盆地周边块体运动形成的伸展引张构造应力场叠加,再附加断裂伸展倾滑形成的局部拉伸应力场构成了地裂缝形成的主要动力来源。     

温度和光照对3种雀麦属(Bromus)植物种子萌发的影响

旱雀麦(Bromus tectorum)原产于欧亚大陆,18世纪传入北美,并成为该地区的入侵植物。然而,同为雀麦属的扁穗雀麦(Bromus catharticus)和无芒雀麦(Bromus inermis)并不具有旱雀麦的入侵性。本研究设置高温、低温和黑暗等处理,探讨温度和光照对3种植物种子萌发的影响,旨在从种子萌发的角度揭示旱雀麦的入侵性。结果表明：温度和光照对旱雀麦和扁穗雀麦种子的发芽率均无明显影响(p>0.05);高温和黑暗处理显著提高了无芒雀麦种子的发芽率(p<0.05),对旱雀麦、扁穗雀麦和无芒雀麦种子的发芽势、发芽指数、日均发芽率、发芽系数、发芽峰值和发芽值有一定的促进作用,而低温处理则表现出相反的效应;高温和黑暗处理对3种植物种子的平均发芽天数和萌发持续时间有一定降低的作用,而低温处理则表现出相反的效应。同一处理下旱雀麦种子萌发各项指标均优于另两种植物,这可能是旱雀麦具有较强入侵性的重要原因。     

水分和沙埋对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响

通过室内试验研究了土壤水分和沙埋深度对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响。结果表明:草本雾冰藜（Bassia dasyphylla）种子萌发和幼苗出土喜好水分,水分含量越高,种子发芽率越高;半灌木黑沙蒿（Artemisia ordosica）、灌木沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）和沙棘（Hippophae rhamnoides）种子在含水量为15%~20%的土壤中发芽率高,干旱或水分含量过高会导致种子发芽率降低。沙埋深度显著影响种子的萌发和出苗,雾冰藜种子在无沙埋时发芽率最高,黑沙蒿适宜沙埋深度为0.5 cm,沙冬青和沙棘适宜沙埋深度1.0 cm。     

不同温度和沙埋深度对砂生槐种子萌发及幼苗生长的影响

在沙地环境中,沙埋是影响植物种子萌发和幼苗存活的一个重要因素。砂生槐是西藏特有的沙生植物,主要分布在雅鲁藏布江中游地区及拉萨河、年楚河等主要支流宽谷区。对砂生槐幼苗进行了控制沙埋试验,研究了不同温度和沙埋深度对砂生槐种子萌发特性的影响。结果表明,温度和沙埋深度显著影响砂生槐种子的萌发率和出苗率。在15～30 ℃的温度范围内,随着温度的升高,种子萌发率显著下降,15 ℃时,其种子萌发率达到最高值;砂生槐种子能在深度≤10 cm的沙埋中萌发,≤8 cm的沙埋中出苗,在此范围内,随着沙埋深度的增加,砂生槐种子的萌发率和出苗率逐渐降低。沙埋深度在植株高度的33％时,砂生槐幼苗能够存活,且总生物量大于未沙埋幼苗;当沙埋深度增至植株高度的66％时,砂生槐幼苗存活率降至43％,生长受到抑制;而当沙埋深度增至植株高度的100％和133％时,没有砂生槐幼苗存活。可见砂生槐植株在适应沙埋环境方面主要采用调整生物量分配模式的生态对策。     

Germination of Callitris seeds in relation to temperature, water stress, priming, and hydration–dehydration cycles

The effects of temperature, water stress, hydration–dehydration cycles and seed priming on the germination of Callitris verrucosa and Callitris preissii, two Australian semi-arid coniferous tree species, were investigated. Optimum germination occurred at 18°C, with a minimum germination time of 8–9 days for both species. At this temperature, germination was inhibited at osmotic potentials lower than −1·0 MPa, but the capacity to germinate at low osmotic stress increased as the temperature decreased. Seed priming and hydration–dehydration cycles did not reduce seed viability, and Callitris seeds appear to retain the physiological changes induced by short-term hydration, as the time to the onset of germination was decreased to about 3 days. The capacity of Callitris seeds for incremental germination is likely to increase overall germination success in a low rainfall environment.     

几种沉水植物营养繁殖体萌发的光需求研究

对4种沉水植物营养繁殖体萌发的光需求进行了初步的实验研究。结果证明,强光照射可以打破菹草繁殖芽的休眠,促使其在夏初萌发,推论菹草繁殖芽的夏季休眠可能与其所处的水底光照不足有关。苦草、黑藻及金鱼藻营养繁殖体的萌发无需光刺激,但当水底相对光照强度小于5％时形成白化苗,不能进行正常的光合作用。沉水植物营养繁殖体萌发期的水底光照条件是决定沉水植物能否再生的关键因素。     

低温处理对天然牧草种子发芽的影响

温度是影响牧草种子发芽的主要因素之一。本研究以大针茅和克氏针茅种子为研究对象,采用低温处理和常温发芽方式进行发芽试验,分析低温处理对两种牧草种子发芽率和发芽势的影响。结果表明:低温处理不同程度地提高了两种牧草种子的发芽率,同时也加快了起始发芽时间。对于大针茅而言,低温处理和常温发芽的种子发芽势从开始发芽到最后都体现了由慢变快再变慢的趋势,温度处理对其发芽历期的影响不很明显。而克氏针茅低温处理和常温发芽的种子发芽势却体现了相反的变化趋势,经过低温处理的种子发芽势逐渐变慢,发芽历期长,常温发芽的种子发芽势逐渐变快,发芽历期短。     

植被生态动力学模式中萌衍方案的研究进展

萌衍模块是植被生态动力学模式中群体动力学方案的重要组成部分,主要用于描述种子的生产、萌芽以及最终发展成新个体等一系列过程,对植被群落结构和演替起着至关重要的作用。然而,目前其参数化方案较不成熟,不同模式的方案差异较大,且存在众多不确定性。因此,为了提出更加合理的萌衍方案,作者首先从观测角度总结了影响种子生产和传播、种子库以及种子萌发和幼苗存活的各种因素;然后围绕森林林窗模型和全球植被动力学模式的萌衍方案进行较为全面的介绍和评述,重点关注对幼苗个体数增量的计算方案;最后讨论其中存在的不确定性和今后的发展方向。