基于土壤種子庫激活的荒廢地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用*

宮彥章,毛君竹,李軍娟

基于土壤種子庫激活的荒廢地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用*

宮彥章,毛君竹,李軍娟

（深圳文科園林股份有限公司，廣東 深圳 518000）

以深圳市梧桐山常綠闊葉混交林林下10 cm厚表土為材料，做小規(guī)模的森林表土撒播試驗，研究土壤采集地植物組成數(shù)量特征與土壤種子庫萌發(fā)植物組成數(shù)量特征的關(guān)系．對土壤采集地植被特征、土壤種子庫喬灌草組成特征及土壤種子庫萌發(fā)物種組成的關(guān)系等做了分析研究，探討基于土壤種子庫在激活荒廢地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用中的作用與潛力，為實際植物恢復(fù)治理提供一定的理論依據(jù)．結(jié)果表明：（1）表土鋪撒試驗發(fā)芽植物種類與土壤采集地的植被沒有明確的關(guān)系；（2）亞熱帶常綠闊葉林及土壤采集地植被喬木和草本植物優(yōu)勢種在土壤種子庫中可以看到幼苗出現(xiàn)，而灌木植物優(yōu)勢種在土壤種子庫中基本沒有幼苗出現(xiàn)．因此，應(yīng)考慮借助植冠種子庫短期萌發(fā)種子，以彌補土壤種子庫儲存種子萌發(fā)的缺陷．

土壤種子庫；生態(tài)恢復(fù)；土壤采集地

土壤種子庫，又稱埋土種子（Soil Seed Bank），是指土壤及土壤表面的落葉層中所有具有生命力的種子的總和[1]．分為持久種子庫和短暫土壤種子庫，土壤中的植物種子具有長期或短期休眠的特殊性[2]，這使種子較植株在強度干擾脅迫下具有更強的脅迫忍耐能力．近些年來，圍繞土壤種子庫的形成機制、時空格局和生態(tài)功能，以及土壤種子庫與生態(tài)恢復(fù)關(guān)系等方面做了大量研究[3-9]，如澳大利亞的礦山廢棄地的植被恢復(fù)[10]；日本東京近郊土地利用變化所影響的次生林下表層土壤用于日本皇居?xùn)|御苑，形成近自然林地[11]；土壤種子庫用于道路斜面綠化工程的研究等[12]．然而，作為自然環(huán)境保全與生態(tài)恢復(fù)手段之一的土壤種子庫的應(yīng)用，在華南亞熱帶區(qū)域常綠闊葉林較少涉及，有很多具體的問題值得進一步深入研究．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于深圳東部梧桐山國家森林公園境內(nèi)，屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，熱量充足，氣候溫和．常年平均氣溫22.5 ℃，平均年降雨量1924.3 mm，日照2120.5 h[13]．土壤類型以赤紅壤、紅壤為主，多數(shù)土壤酸度較高，pH值4.40-6.05，少氮、速效磷較高、缺磷，有機質(zhì)含量較低，屬于較貧瘠的土類．梧桐山植被屬于典型的南亞熱帶植物區(qū)系，土壤采集地植被主要有木荷（）、黧蒴錐（Castanopsis fissa）、大葉相思（Acacia auriculiformis）、九節(jié)（）、粗葉榕（）、蘇鐵（）、狗骨柴（）、米碎花（）、芒萁（）等．

1.2 樣地設(shè)置與取樣

2018年7月下旬，選取深圳梧桐山國家森林公園常綠闊葉混交林0.33 hm2作為取樣地，在取樣地選取有代表性的3個20 m×20 m樣地，每個樣地隨機選擇5個1 m×1 m樣方，共計15個樣方，每個樣方地進行地上植物群落學(xué)的調(diào)查，詳細(xì)記錄樣方內(nèi)物種的種類、多度和蓋度等；每個樣方內(nèi)采集土樣，采用土鉆多點混合取樣方法，將不同深度土樣裝袋，做好標(biāo)簽，帶回試驗場地進行土壤種子庫萌發(fā)試驗．

1.3 試驗區(qū)設(shè)計

本試驗設(shè)在深圳市龍崗區(qū)達成工業(yè)區(qū)的一塊荒廢地，面積約200 m2（20 m×10 m）．將所采集的土壤種子庫樣品去除枯落物、雜物后，平鋪在80 cm×40 cm的經(jīng)高溫消毒的發(fā)芽盤內(nèi)，厚度約為2.5~3 cm（供試樣土下鋪設(shè)高溫加熱滅活的河沙），讓其自然萌發(fā)，用黑色遮陰網(wǎng)將頂部和四周圍住，避免強光和外界種子．整個萌發(fā)試驗自2018年8月初開始至2019年2月初結(jié)束，歷時6個月，萌發(fā)試驗全程采用自然光，經(jīng)常灑水保持土壤濕潤．

1.4 調(diào)查方法

本試驗對常綠闊葉林表土種子庫的發(fā)芽植物種類、發(fā)芽個體數(shù)、生長特性（植株高度、覆蓋面積）進行調(diào)查．對試驗區(qū)植物的生長特性（植株高度、覆蓋面積）測定頻率為1次/月．對試驗區(qū)發(fā)芽個體的識別與標(biāo)記、新生植物個體數(shù)、死亡個體數(shù)的調(diào)查頻率為1次/周．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤采集地植被及土壤種子庫喬木組成特征

常綠闊葉混交林土壤采集地喬木植被共有19種（表1），樣地內(nèi)喬木植物的優(yōu)勢種為木荷、大葉相思、黧蒴錐，重要值分別為70.07、61.24和44.93．從土壤采集地喬木重要值來看，木荷占絕對優(yōu)勢，大葉相思和黧蒴錐數(shù)量相當(dāng)．土壤種子庫萌發(fā)植物出現(xiàn)喬木植物4種（表2），土壤種子庫萌發(fā)喬木前4位的是山黃麻、豺皮樟、山烏桕和大葉相思．將土壤采集地和土壤種子庫萌發(fā)喬木植物對比分析，發(fā)現(xiàn)土壤種子庫相對數(shù)量前三位山黃麻、豺皮樟和山烏桕不是土壤采集地喬木層優(yōu)勢種，而土壤采集地喬木層優(yōu)勢種大葉相思在土壤種子庫相對數(shù)量僅為1.69%，木荷、黧蒴錐、銀柴、杉木等均沒有幼苗出現(xiàn)，這需要結(jié)合植物演替規(guī)律或進化史進一步研究．

2.2 土壤采集地植被及土壤種子庫灌木組成特征

常綠闊葉混交林土壤采集地灌木植被共有20種（表3），常綠闊葉混交林土壤采集地灌木的優(yōu)勢種主要有九節(jié)、粗葉榕、蘇鐵、狗骨柴、米碎花等物種，其中九節(jié)為主要優(yōu)勢種，重要值達42.30．土壤種子庫萌發(fā)植物出現(xiàn)灌木植物2種，見表4，灌木中鹽膚木占土壤種子庫萌發(fā)植物的69.66%（相對數(shù)量），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于喬木萌發(fā)數(shù)量．將土壤采集地和土壤種子庫萌發(fā)灌木植物對比分析，土壤采集地優(yōu)勢種和土壤種子庫萌發(fā)灌木優(yōu)勢種無相關(guān)性．

表1 土壤采集地喬木植被特征

表2 土壤種子庫萌發(fā)喬木數(shù)量特征

表3 土壤采集地灌木植被特征

表4 土壤種子庫萌發(fā)灌木數(shù)量特征

2.3 土壤采集地植被及土壤種子庫草本組成特征

常綠闊葉混交林土壤采集地草本植被共有14種（表5），常綠闊葉混交林土壤采集地草本植物的優(yōu)勢種主要以芒萁占絕對優(yōu)勢，重要值高達103.89，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它物種．土壤種子庫萌發(fā)植物出現(xiàn)草本植物2種，見表6，土壤種子庫萌發(fā)草本黑莎草（2.81%，相對數(shù)量）和斷節(jié)莎（1.69%，相對數(shù)量）．將土壤采集地和土壤種子庫萌發(fā)草本植物對比分析，土壤采集地絕對優(yōu)勢植物芒棋沒有幼苗出現(xiàn)，而土壤采集地相對優(yōu)勢種黑紗草在土壤種子庫相對數(shù)量僅為1.69%．

2.4 土壤采集地植被及土壤種子庫物種組成的關(guān)系

由表7可知，常綠闊葉混交林土壤種子庫中各植被層與土壤采集地植被的相似程度均不高，且均低于土壤采集地植被的物種數(shù)量．其中喬木的相似程度相對最高，共有3種相同物種，占地上喬木的15.79%，相似系數(shù)為0.25；草本的相似程度次之，僅有1種相同物種，占地上草本的5%，相似性系數(shù)為0.13，灌木的相似程度最低，占地上灌木的7.14%，相似性系數(shù)為0.09．

表5 土壤采集地草本植被特征

表6 土壤種子庫萌發(fā)草本數(shù)量特征

表7 土壤采集地植被與土壤種子庫物種組成相似性

3 結(jié)論與討論

1）本研究取樣時間為7月下旬，夏季采集的土樣，種子已經(jīng)完成萌發(fā)而新的種子尚未成熟和散布，故本研究對象為持久種子庫[14]．梧桐山南亞熱帶森林樣帶土壤種子庫儲量648粒/m2，高于鼎湖山南亞熱帶森林樣帶[15]，梧桐山土壤種子庫優(yōu)于同樣帶類型的鼎湖山土壤種子庫．

2）本實驗研究結(jié)果表明，表土鋪撒試驗發(fā)芽植物種類與土壤采集地的植被沒有明確的關(guān)系，喬木植物共有種只有15.79%，灌木共有種只有7.14%，草本共有種只有5%，這與其它學(xué)者的研究得到同樣的結(jié)論[16]．

3）亞熱帶常綠闊葉林及土壤采集地植被喬木和草本植物優(yōu)勢種在土壤種子庫中可以看到有幼苗出現(xiàn)，而且占有一定的數(shù)量，如大葉相思、黑莎草，而灌木植物優(yōu)勢種在土壤種子庫中基本沒有幼苗出現(xiàn)，這與該常綠闊葉林的演替階段有關(guān)，喬木多為忍耐型，灌木多為競爭型和草本植物多為雜草型，鑒于該常綠闊葉林處于較為穩(wěn)定的成熟階段，土壤種子庫萌發(fā)植物可能受到森林演替的影響[17]．喬木層中土壤采集地植被和土壤種子庫演替中間種類和數(shù)量都占優(yōu)，基本反映了森林群落的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，草本植物，土壤種子庫萌發(fā)先鋒種明顯少于演替中間種，這一現(xiàn)象可能是草本群落演替滯后于喬木群落的緣故．

4）土壤種子庫儲存種子為植被更新提供直接的種源保障，同時為儲存種子提供不同的微生境，生境異質(zhì)性不僅是土壤種子庫分布模式的決定因子，光、水分、土壤深度、土壤機械結(jié)構(gòu)、干擾類型等非生物因素直接或間接的影響著土壤種子庫的時空分布特征及其植被發(fā)展[18-19]，水分條件適宜時，部分種子先試探性地緩慢萌發(fā)，當(dāng)適宜條件持續(xù)時，大部分種子便快速完成萌發(fā)．木荷、黧蒴錐等種子萌發(fā)表現(xiàn)為植冠宿存增強型、土壤儲存減弱型，故應(yīng)考慮借助植冠種子庫短期萌發(fā)種子，以彌補土壤種子庫的儲存種子萌發(fā)的缺陷．

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Application of Wasteland Ecological Recovery Technology Based on Soil Seed Bank Activation

GONG Yanzhang, MAO Junzhu, LI Junjuan

（）

Byusing 10cm thick topsoil under the evergreen broad-leaved mixed forest in Shenzhen’s Wutong Mountain, a small-scale forest topsoil seeding experiment was carried out to study the relationship between the quantitative characteristics of plant composition and the soil seed bank germination plants in soil collection sites. This paper analyzed and researched the characteristics of the vegetation in the soil collection site, the composition characteristics of trees-shrubs -herbs in soil seed bank，and the germination species composition relationship of the soil seed bank. The role and potential of the soil seed bank in activating wasteland ecological recovery technology were explored to provide a certain theoretical basis for the actual plant restoration and management.The results show that: 1) there was no clear relationship between the species of germinating plants and the vegetation in the soil collection site; 2) the dominant species of arbor and herbaceous plants in the subtropical evergreen broad-leaved forest and the soil collection site could see the emergence of seedlings in the soil seed bank, while the dominant species of shrub plants basically did not appear in the soil seed bank. Conclusion: the short-term germination of seeds in crown seed bank should be considered to make up for the deficiency of seed germination in soil seed bank.

soil seed bank; ecological restoration; soil collection site

2020-04-13

深圳市科技計劃資助項目（JSGG20170822164024506）

宮彥章，男，山東濟寧人，高級工程師，主要從事海綿城市、生態(tài)修復(fù)研究工作．

S157

A

1672-0318（2020）05-0052-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.05.010