| 题名 | 沙漠植被的土壤种子库及沙拐枣植物的萌发生态学研究 |
| 作者 | 任珺 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2001 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 刘新民 |
| 关键词 | 沙拐枣属 沙漠植被 土壤种子库 植物影响模型 种子预处理 吸水脱水循环 种子萌发生态 |
| 中文摘要 | 本研究以中国科学院沙坡头沙漠试验研究站的人工植被区和新疆维吾尔自治区哈巴河县的天然红皮沙拐枣(Calligonum rubicundum)种群为主要调查试验研究地和种子采集区，对红皮沙拐枣种群土壤种子库分布的植物影响模型、水分供应方式对人工固沙植被土壤种子萌发的影响和沙拐枣植物种子的萌发生态学进行了研究。研究结果如下：(1)为了量化和模拟灌木个体对红皮沙拐枣(C. rubicundum)种群土壤种子库的分布格局的影响，利用样地内99株经过空间定位和测量的红皮沙拐枣植物个体，169个土壤种子库的系统抽样样点。根据不同的以抽样点为中心的选择圆半径(R)，分别对抽样点上的土壤种子库数量(S)与被选择的成熟个体数(I)、被选择的成熟个体高度和(H)和冠幅和(C)之间进行了回归分析。当选择圆半径为4倍所有植株平均高时，被选择的成熟个体数(I)对土壤种子库数量(S)具有较为强烈的影响。在本项研究中，在结合主风方向(cosα_i)，植物个体高度(H_i)和冠幅(C_i)及其与抽样点的距离(d_i)的基础上，确定植物个体对土壤种子库的综合影响模型为：S_d = a_0 + a_1 ∑ H_i((cosα_i + 1)／2)/d_i + a_2 ∑ C_i((cosa_i + 1)／2)／d_i经过对模型模拟值和实测值之间进行回归检验，所确定的模型具有良好的拟合性。研究结果首次从种群空间水平上提供了一种确定和模拟植物个体对土壤种子库分布格局的影响的定量方法。这种方法也可应用于估计在生态系统内的空间点上，优势植物对其它生物或非生物因素的影响。(2)应用称重法测定了沙拐枣属植物(Calligonum)种子在水分供应充足条件下，吸水率(Water-absorbing rate，WaR)随时间的变化值，并对这种变化分别用修正指数曲线、理查德曲线、逻辑斯蒂曲线和严格苏玛克曲线4种非线性单因变量回归模型及直线回归模型进行了拟合。根据拟合结果，确定红皮沙拐枣(C．rubicundum)种子吸水率的最优曲线模型为严格苏玛克曲线，头状沙拐枣(C caput-medusae)的最优曲线模型为逻辑斯蒂曲线。红皮和头状沙拐枣果实吸水率变化趋于平缓的转折点分别为24小时和16小时。刺毛较稠的蒙古沙拐枣(C. mongolicum)和头状沙拐枣(C. caput-medusae)种子具有较快的吸胀速度，刺毛较稀的泡果沙拐枣(C. junceum)、白皮沙拐枣(C. leucocladum)和戈壁沙拐枣(C. gobicum)种子的吸胀速度较慢。沙拐枣植物种子的吸胀速度与其干重和刺毛稀度具有一种正相关的关系。(3)为了研究不同水分供应对沙漠植被土壤种子库中种子萌发的影响，在温室条件下，进行了土壤最大持水和土壤保湿两种水分供应试验。结果表明，在土壤种子库中，有3种植物的种子在土壤最大持水条件下的萌发数量明显较大，9种植物在土壤保湿条件下的萌发数量明显较大，18种植物在两种水分供应条件下的萌发数量没有表现出明显差异。当植物种的土壤种子密度较低时，它常常会在不太合适的萌发条件下表现为不存在。研究结果表明，不同沙漠植物的土壤种子库萌发所要求的水分供应条件不同，强调在开始应用出苗法进行土壤种子库分析之前，首先进行土壤种子库预备萌发试验的必要性。同时也揭示出利用一种标准的水分供应处理方法去分析来自不同生境土样里种子库的危险性。(4)沙拐枣属植物(Calligonum)是干旱沙漠生态系统中多年生优势灌木。为了确定沙埋深度对10种沙拐枣属植物种子萌发和出苗的影响，在温室条件下进行了种子萌发实验。每种植物的种子分别被播种在沙埋深度为2、4、6、8、10、12和14 cm的花盆中，每日加水保湿进行萌发实验。结果表明，沙埋深度越深，种子的发芽和出苗速度越慢，发芽率和出苗率越低。能够出苗的最大沙埋深度是12 cm，出苗率最大的沙埋深度是2至4cm。不同种及不同沙埋处理对种子发芽率、出苗率、第一次出苗天数、种子休眠率和死亡率的影响均具有显著差异。每个种的第一次出苗天数与沙埋深度之间存在显著的正相关关系，而发芽率和出苗率与沙埋深度之问则存在着显著的负相关关系。(5)沙拐枣植物在中国北方荒漠区被广泛用于流动沙丘及固定沙地的植被恢复，有关它们的萌发特性的研究很少见到。为了确定沙拐枣植物种子的萌发特性及最优播前预处理方法，在实验室条件下，对10种沙拐枣植物的种子进行了磨砺、硫酸和热水浸泡、冷藏、种子浸出液处理，然后进行发芽实验研究。在1998年8月和9月，采集了10种沙拐枣的种子，并在发芽实验前进行了5种预处理。萌发实验的结果表明，10种沙拐枣植物对于不同的种子预处理，或多或少表现出相似的萌发反应。磨砺、硫酸浸泡和冷藏处理对种子萌发有明显的促进作用。与对照实验相比，种子浸出液处理对种子的发芽率、发芽速度均具有明显的抑制作用，并能增强种子的休眠。冷藏处理具有打破有活力的种子休眠、促进种子萌发的作用，但它与热水浸泡处理一样，对有活力种子表现出一定的致死作用。沙拐枣植物的萌发模式在不同种子预处理间均表现出明显的差异性。机械磨擦和硫酸处理能够促进种子的萌发率及萌发速度。泡果沙拐枣(C. junceum)在本项实验中表现出很强的萌发能力。本项研究对干旱沙漠区沙拐枣植物的直播造林具有一定的指导意义。(6)为了确定种子吸胀时间、温度和吸水脱水循环对7种沙拐枣属(Calligonum)植物萌发特性的影响，于1998年8月进行了种子收集和室内不同温度和吸水脱水循条件下的萌发实验。研究结果表明，种子吸胀时间与种子发芽速度之间没有相关关系。泡果沙拐枣(C．junceum)、白皮沙拐枣(C．leucocladum)、戈壁沙拐枣(C．gobicum)和蒙古沙拐枣(C．mongolicum)的最短萌时间(3至4天)均发生在20 ℃恒温条件下。而头状沙拐枣(C．caput-medusae)和乔木状沙拐枣(C. arborescens)的最短萌发时间(3天)、红皮沙拐枣(C. rubicundum)的最短萌发时间(6天)均发生在22 ℃的恒温处理条件下。与20 ℃和22 ℃恒温处理相比，12 ℃的低温处理显著增加了所有种的最小萌发启动时间4至9天。戈壁沙拐枣(C. gobicum)和乔木状沙拐枣(C．arborescens)的有活力种子的最大的最终萌发率发生在20 ℃的恒温处理条件下。而泡果沙拐枣(C．junceum)、白皮沙拐枣(C. leucocladum)、蒙古沙拐枣(C. mongolicum)、头状沙拐枣(C.caput-medusae)和红皮沙拐枣(C. rubicundum)在22 ℃的恒温处理条件下，表现出最大的最终萌发率。与对照相比，至少需要3次吸水脱水循环才能对7种沙拐枣植物种子的最小萌发时间产生影响，而循环后的延迟水分供应没有改变种子的最小萌发时间。所有参试种的最终发芽率在经过吸水脱水循环以及循环后的延迟水分供应处理条件下，均有所下降。说明沙漠生态系统中的频繁的、难以预测的少量降雨对沙拐枣植物的土壤种子库的萌发及种群的扩展具有一定的限制作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 91 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21908]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任珺. 沙漠植被的土壤种子库及沙拐枣植物的萌发生态学研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2001. |
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