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| 編輯推薦： |
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《东祁连山高寒草甸种子库与种子雨研究》可作为草业科学、环境科学等领域的科研、管理和教学人员的工具书，也可作为相关专业本科生和研究生的学习资料。
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| 內容簡介： |
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《东祁连山高寒草甸种子库与种子雨研究》以东祁连山高寒草甸种子库与种子雨研究为主要内容，详细介绍了土壤种子库和种子雨的概念、研究的意义、容量大小和结构及空间格局、类型及分析方法，深入分析了东祁连山高寒草甸土壤种子库和种子雨与现存植被的关系及其在植被恢复中的作用，分别论述了未退化草地、轻度退化草地、中度退化草地、重度退化草地、新鼢鼠鼠丘、旧鼢鼠鼠丘、一年生燕麦人工草地和多年生垂穗披碱草人工草地的土壤种子库和种子雨的大小、物种组成、多样性特征、数量动态，以及土壤种子库、种子雨和地上植被之间的关系。《东祁连山高寒草甸种子库与种子雨研究》为东祁连山高寒草甸的高效生产和持续管理提供了理论依据和技术支撑，同时为世界同类地区高寒草甸的持续发展提供了借鉴参考。
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| 目錄：
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序
前言
1 绪论 1
2 实验设计 5
2.1 研究区概况 5
2.1.1 研究区域自然地理概况 5
2.1.2 研究区植物区系背景 6
2.1.3 研究样地植物群落学特征 6
2.1.4 研究样地土壤环境背景 10
2.2 研究方法 12
2.2.1 土壤理化性质研究方法 12
2.2.2 土壤种子库取样分析方法 18
2.2.3 种子雨试验方法 20
2.2.4 地上植被调查方法 21
2.2.5 种子鉴定方法 21
2.2.6 α多样性指数 22
2.2.7 β多样性指数 22
2.2.8 相似性指数 22
2.2.9 数据其他处理方法 23
3 土壤种子库 25
3.1 土壤种子库的概念及形成 25
3.2 土壤种子库研究的目的和意义 26
3.2.1 土壤种子库与生物多样性保护 27
3.2.2 土壤种子库与生态系统稳定性 28
3.2.3 土壤种子库对植被恢复和重建的潜力度 28
3.3 土壤种子库的容量大小和结构及空间格局 33
3.4 土壤种子库的时间动态特征 38
3.5 影响土壤种子库数量特征及变化的主要因素 41
3.5.1 干扰 41
3.5.2 局部小气候 42
3.6 土壤种子库的分类 43
3.7 土壤种子库的取样和分析方法 44
3.7.1 取样方法 44
3.7.2 取样量的大小 45
3.7.3 取样时间 45
3.7.4 种子鉴定 46
3.8 土壤种子库与地上植被的关系 48
3.8.1 不相似性 49
3.8.2 相似性 49
3.9 土壤种子库在植被恢复与重建中的潜力 50
4 东祁连山土壤种子库大小、结构及多样性特征 53
4.1 土壤筛对土壤种子库的分离效果 54
4.2 土壤种子库可萌发种子数量统计特征 55
4.3 土壤种子库物种多样性特征 58
4.3.1 土壤种子库物种组成及数量 58
4.3.2 土壤种子库物种科、属、种组成 65
4.3.3 土壤种子库种子物种α多样性 69
4.3.4 土壤种子库中种子植物物种组成β多样性 73
4.3.5 土壤种子库组成植物功能群的物种数及种子密度特征 74
4.4 土壤种子库构成物种的生活型谱 79
5 种子雨 85
5.1 种子雨的概念 85
5.2 种子雨研究的目的和意义 85
5.3 种子雨的空间格局 87
5.4 种子雨的时间动态 88
5.4.1 种子雨的季节动态 88
5.4.2 种子雨的年际变化 89
5.5 种子雨的研究方法 89
5.5.1 种子收集 89
5.5.2 种子的鉴定和统计 90
5.6 种子雨和土壤种子库、幼苗库及地上植被间的关系 90
6 东祁连山种子雨大小、结构及多样性特征 93
6.1 种子雨数量 94
6.2 种子雨中物种科、属、种组成 99
6.3 种子雨中种子物种α多样性 101
6.4 种子雨中种子物种β多样性 103
6.5 种子雨中种子的功能群物种数和种子数量 104
6.6 种子雨构成物种的生活型谱 106
6.7 各样地间种子雨物种构成相似性 109
6.8 种子雨数量动态 110
7 土壤种子库、种子雨与地上植被之间的关系 113
7.1 土壤种子库与地上植被关系 113
7.2 种子雨与地上植被的关系 117
7.3 土壤种子库与种子雨的关系 119
8 结论 125
8.1 土壤种子库的数量 125
8.2 土壤种子库的物种数量 125
8.3 土壤种子库多样性 127
8.4 土壤种子库功能群 127
8.5 土壤种子库物种生活型谱 127
8.6 种子雨的物种数量 127
8.7 种子雨的多样性 129
8.8 种子雨功能群 129
8.9 种子雨物种生活型谱 129
8.10 种子雨的数量动态 129
8.11 土壤种子库、种子雨及地上植被的相互关系 129
8.11.1 土壤种子库和地上植被的关系 129
8.11.2 种子雨和地上植被的关系 130
8.11.3 土壤种子库和种子雨的关系 130
参考文献 131
附录 部分植物拉丁名 149
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| 內容試閱：
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1 绪 论
土壤种子库是指土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子的总和Simpson，1989。土壤种子是群落的重要组成部分，影响植被的发展趋势Mole and Drake，1999。土壤种子库作为植被天然更新的物质基础Cohen，1966可预测种群未来的发展方向及趋势Williams et al.，2005。在系统研究土壤种子库的早期，Chippindale和Milton就指出，具有土壤种子库的知识，对于解决在农业生产实践中出现的生态学问题，以及在研究土壤与种间竞争对种群影响的基本问题上将是很有价值的Chippindale and Milton，1934。对土壤种子库的研究在植被恢复与演替过程中有较深远的意义，可以帮助人类在环境治理与林业发展方面制订合理的政策与措施刘旭等，2008。土壤种子库的研究对生态学研究具有重要意义。
土壤种子库被认为是植物种群基因多样性的潜在提供者。土壤种子库提供了一个“记忆”，种子寿命和休眠时间越长，生态学上积累的变异就越多，遗传变异的潜力就越大冯秀等，2007。
土壤种子库中先锋植物对生态系统的稳定性影响较大，先锋植物的物种多样性和丰富度直接预示着生态系统的恢复潜力度。当在生态系统中占据主导地位的草本及木本均是从外界侵入并发展起来的情况下，可以预示，原有的生态系统已经极大的不稳定，并且丧失原有植被的恢复力度Martins and Engel，2007。
很多的研究都已经证实了土壤种子库对植被恢复的积极作用。物种的再现部分取决于种子在土壤种子库里的持久性能，持久土壤种子库在植物群落恢复过程中具有重要地位Vécrin et al.，2007。
在种子成熟季节，种子依靠自身的重力和外界力量风力等散落到地面，Harper把在特定时间和特定空间从母株上散落的一定数量的种子称为种子雨Harper，1977。种子雨又称为种子流。种子雨中的“雨”表示数量多而集中，所以种子雨的含意是植物的传播体包括果实和种子像降雨一样，大量而集中地降落于地面仲延凯等，1999。种子雨中既有成熟种子，又有未成熟种子，还有死亡的种子于顺利等，2007。种子雨是植物种子扩散的开端，作为种群的输入源，将影响种群的结构组成和发展邹莉等，2007。
种子扩散是植物更新的关键阶段Howe and Miriti，2000，它影响种子密度、被捕食率、种子与母树的距离、种子到达的生境类型及建成的植株将与何种植物竞争等，从而影响幼苗的存活和建成，最终影响植物种群的生长和繁衍Clark et al.，1999；李宏俊和张知彬，2001；Seidler and Plotkin，2006。
一般而言，森林天然更新的成效取决于3个条件，即有无种源、有无种子发芽的条件和有无幼苗存活生长的条件。所以对于一个种群的发生发展，了解其有无种源、种子存活情况及种子库的数量动态具有重要意义马万里等，2001。森林的天然更新充分依靠自然的力量来实现森林生态环境的自然恢复，并且能够培育出合乎自然规律的高生物多样性和高生态质量的森林，而其育林成本大约只是人工更新造林成本的14，是一种低投入、高产出的森林培育方式贾云飞和阳艳兰，2002。而在森林更新动态中种子雨的生产、扩散及土壤种子库中种子的动态等均可能成为植物更新的限制因素Dalling et al.，1998；Barnes，2001。因此，研究种子雨的特征，对深入研究植物种群的更新对策、发展动态和植被恢复具有重要意义王巍等，2000。
另外，种子雨的研究也常和土壤种子库一起进行。在草原上，草原植物的种子以种子雨的形式降落到地面，储存于土壤种子库中，供第二年生长成为植物，草原植物靠这一过程更新繁殖。因此，对于草原来说，搞清种子雨的来源和降落具有重要意义仲延凯等，1999。
已经有大量关于土壤种子库的研究在高寒和北极地区展开Chambers，1993；Diemer and Prock，1993；Onipchenko et al.，1998；Arroyo et al.，1999；Cavieres and Arroyo，2001。国内关于高寒草甸土壤种子库和种子雨的研究报道较少邓自发等，1997；邓自发等，2001；邓自发等，2003；马妙君等，2009；徐志伟，2004；旦正措，2010。这些报道的研究内容主要集中于青藏高原的种子库和种子雨的大小及物种组成、动态，以及种子库和种子雨与地上植被之间的关系等几个方面的研究。
尚占环等2006对黄河源区 4 种不同退化程度的高寒草地进行了研究，结果表明，土壤种子库在实验室条件下萌发的种子数量，未退化草甸为 1194～3744 粒m2，平均 2421.3 粒m2；轻度退化草甸为5376～10 912 粒m2，平均 7786.7 粒m2；中度退化草甸为 2304～13 216粒m2，平均8695.5粒m2；重度退化草甸为4768～12 352粒m2，平均8125.9粒m2。
马妙君等2009采用幼苗萌发法研究了青藏高原东部高寒草甸封育和退化地区土壤种子库的差异，结果表明，两个样地总共有 10 161株幼苗萌发，退化样地土壤种子库种子密度6105±153粒m2显著高于封育样地3883±798粒m2，分属于55个物种，23个科。
邓自发等2003对青海海北小嵩草草甸土壤种子库的大小和物种组成进行了初步研究，结果表明，返青期和枯黄期小嵩草草甸土壤种子库单位体积1.0m×1.0m×0.1m分别有种子10 550粒和13 815粒，分属于 9 个科。其中，莎草科Cyperaceae、豆科Leguminosae和龙胆科Gentianaceae占优势，禾本科Gramineae所占比例较小。这些研究结果说明，高寒草甸拥有一个巨大的土壤种子库。
邓自发等2003对小嵩草草甸种子雨的大小和物种组成的研究结果表明，每平方米种子雨为 8436.4 粒，由 25 种植物组成，分属于 10个科，莎草科和禾本科所占比例较大。此结果说明青海海北高寒草甸种子雨数量也是较大的。
迄今为止，国内对于高寒草甸种子库和种子雨的动态只有邓自发等2003作过初步研究，其研究结果表明，小嵩草草甸在枯黄期种子库主要由24种植物组成，分属于9个科，平均单位体积1.0m×1.0m×0.1m有种子13 815粒；在返青期，种子库10 550粒，分属于9个科，物种组成与枯黄期的差异不大，但各物种所占比例发生明显变化。在种子雨组成的时间分布上，种子散布具有明显的季节性，主要集中在9月，8月30日至10月10日的3次调查数占种子总数的81.32%。
当前，对高寒草甸土壤种子库和种子雨研究的主要内容是：①种子库和种子雨的大小及物种组成；②种子库、种子雨和地上植被之间的关系；③种子库和种子雨在植被恢复中的潜力；④种子库和种子雨的动态。
综上所述，目前，对东祁连山高寒草甸土壤种子库和种子雨的研究还很少，长期的过度放牧及不合理利用，使得东祁连山地区的生态环境恶化严重。本研究对不同退化程度的天然草地、人工草地和新鼢鼠鼠丘、旧鼢鼠鼠丘的土壤种子库和种子雨的大小、物种构成、植物生活型与植物功能群及其动态，以及土壤种子库、种子雨和地上植被相互之间的关系进行了系统研究，探索了土壤种子库和种子雨对东祁连山高寒草甸受损植被恢复和重建的潜在贡献。
本项目的研究成果可为充分利用土壤中的种子进行本土植物群落恢复、提高植被重建效率、减少外来物种入侵风险提供科学依据，对该地区及其类似生态区域的草地退化治理具有重要的现实意义，为东祁连山高寒草甸生态管理及植被恢复与重建提供了理论依据。
2 实 验 设 计
2.1 研究区概况
2.1.1 研究区域自然地理概况
研究样地位于青藏高原边缘的天祝藏族自治县金强河河谷，南北宽5～15km，东西长约30km，境内地形受马牙雪山和雷公山强烈隆起的影响，形成东西向的峡谷地带，西高东低。该地区为寒冷潮湿类高寒草地，气候寒冷潮湿，空气稀薄，太阳辐射强。甘肃农业大学实验站海拔2960m记录，年均温–0.1℃，1月平均气温为–18.3℃，7月为12.7℃，全年＞0℃积温1380℃。野生植物有120d左右的生长期，在气温最高的7月仍有0℃以下的低温出现；年日照时数2600h；年降水量416mm，集中在7月、8月、9月，多为地形雨；水热同期；年蒸发量1592mm，约是降水量的3.8倍，春季常有旱象；无绝对无霜期李凤霞和张德罡，2005。本研究共设置8个研究样地表2.1。
区内土层较薄，厚40～80cm，土壤pH为7.0～8.2，有机质含量高，为10%～16%。土壤从河漫滩、阶地至高山依次为亚高山草甸土、亚高山黑钙土、亚高山栗钙土、亚高山灌丛草甸土、高山灌丛草甸土。
2.1.2 研究区植物区系背景
金强河地区的植被属于青藏高原植物亚区。组成本区的种子植物约有384种，分属于50科168属。其中灌木有12科16属30种，以蔷薇科Rosaceae、杨柳科Salicaceae、杜鹃花科Ericaceae植物为主；草本有354种，以禾本科Gramineae、菊科Compositae、毛茛科Ranunculaceae、莎草科Cyperaceae、豆科Leguminosae、蔷薇科等植物为主于应文等，1999。
依据气候-土地-植物综合顺序分类法，该区草地为寒冷潮湿高寒草甸类，草地型主要有珠芽蓼+嵩草型Polygonum viviparum+Kobresia spp.、禾草+杂类草型grass+forb、矮嵩草+珠芽蓼型Kobresia humilis+ Polygonum viviparum、线叶嵩草+龙胆型Kobresia capillifolia+Genttiana spp.许鹏，1994。
2.1.3 研究样地植物群落学特征
依据草地综合指标评价法和任继周提出的以草地植物经济类群和特征植物、地表状况、水土流失现象、土壤有机质和酸度为指标的综合判断法任继周和朱兴运，1995；朱兴运等，1995，以及中国科学院自然资源综合考察委员苏大学关于草地退化程度暂制订的分级与指标孙吉雄，2000表2.2确定4个不同退化程度的草地。
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