衡陽紫色土山丘區灌草地土地利用方式土壤種子庫特征

黃桂元 郭建軍

摘??? 要：通過野外調查取樣和室內試驗相結合的方法，于2017年和2018年對衡陽紫色土山丘區不同坡向、坡位灌草地土地利用方式0～10 cm土層土壤種子庫組成、密度及多樣性特征進行調查分析。結果表明：衡陽紫色土山丘區灌草地土地利用方式土壤種子庫密度為（2 367±217～6 867±410） 粒·m-2，陰坡土壤種子庫密度顯著高于陽坡（P<0.05），下坡顯著高于上坡（P<0.05）;坡向、坡位均顯著影響土壤種子庫的Margalef豐富度指數（R）、Shannon-Wiener多樣性指數（H）（P<0.05），但對Peilow均勻度指數（E）無顯著影響（P>0.05），2017和2018年土壤種子庫密度不存在顯著差異（P>0.05）。研究結果對衡陽紫色土山丘區灌草地土地利用方式的可持續利用和恢復提供參考依據。

關鍵詞：土壤種子庫;物種組成;物種多樣性;土地利用方式

中圖分類號：Q948.1??????????????? 文獻標識碼：A???????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.02.018

Soil Seed Bank Properties of Frutex and Grassland Land Use Type on Mountain and Hill Areas with Purple Soils in? Hengyang of Hunan Province， China

HUANG Guiyuan， GUO Jianjun

（Hengdong County Forestry Bureau of Hunan， Hengdong， Hunan 421400，China）

Abstract：By combining field survey sampling with lab experiments， we investigated and analyzed species composition， density and diversity properties in 0-10 cm soil layers on different slope and position of frutex and grassland land use type on mountain and hill areas with purple soils in Hengyang of Hunan Province， China in the year of 2017 and 2018. The results showed that the density of the soil seed bank was ranged from（2 367±217） seeds·m-2? to （6 867±410 ） seeds·m-2， and the shady slope was significantly higher the sun slope（P<0.05）， and the downslope position was significantly higher the upslope（P<0.05）; The slope direction and slope position significantly affected Margalef richness index（R）and Shannon-Wiener diversity（H）of soil seed bank（P<0.05）， however there was no significantly effect to Peilow evenness index（E）（P>0.05）， there was no significant effect on the soil seed bank in the year of 2017 and 2018（P>0.05）. The study can provide a reference for the sustainable use and restoration of frutex and grassland land use type on mountain and hill areas with purple soils in Hengyang of Hunan Province， China.

Key words： soil seed bank; species composition; species diversity; land use type

湖南省衡陽紫色土山丘區近2.67×104 hm2，是中國獨有的土地資源。這類土地色澤特別、肥力優良，具有發展農業優勢。但是，紫色土山丘區的生態脆弱，季節性干旱突出;土壤耐旱性差，養分含量不協調，不耐侵蝕，水土流失嚴重。植被遭破壞后，表土很快流失，林草恢復十分困難，農業發展受到很大制約，是中國南方極具代表性的生態災難區之一[1-3]。通過將灌木與草本進行人工耦合的灌草地土地利用方式，具有改善土壤物理、化學、生物學性質以及減少水土流失等諸多優點[4-6]，是改善土壤質量，使其良性發展的有效途徑之一[7-8]。但另一方面，該山丘區灌草地土地利用方式以紫穗槐（Amorpha fruticosa）、沙地柏（Sabina vulgaris）、馬桑（Coriaria nepalensis）、白花草木樨（Melilotus albus）、豬屎豆（Crotalaria pallid）等少數幾種灌木與草本為主[7-8]，有植物結構單一、群落穩定性差、生態服務功能弱等缺陷，嚴重影響到該區域生態經濟的持續發展。

土壤種子庫作為土壤基質中潛在的植物群落，在植被恢復與演替、生物多樣性維護與植物群落穩定性的維持等方面有重要作用[9-10]。土壤種子庫能夠記憶或“儲存”形成種子的環境因子，對形成較高級與復雜的植物群落意義深遠[11-12]。因此，加強衡陽紫色土山丘區土壤種子庫研究，間接了解植被恢復潛力，從而推動土壤種子庫在生態恢復中得到更好應用。

近年來，相關學者對衡陽紫色土丘陵坡地封山育林模式（20 a）、退耕還林模式（2 a）以及農耕模式的土壤種子庫特征進行了較系統的研究，并且取得了相應的研究成果[8，13]，但灌草地土地利用方式土壤種子庫特征研究未見報道。本研究以衡陽土山丘區灌草地土地利用方式為研究對象，于2017和2018年連續2年研究土壤種子庫分布格局，比較不同立地條件灌草地土地利用方式土壤種子庫特征，為灌草地土地利用方式恢復重建提供數據支持。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

衡陽紫色土山丘區衡南縣譚子山鎮工聯村（112°35′19″ E，27°18′35″ N），是典型的亞熱帶季風濕潤氣候，平均海拔140 m，年均溫17.9 ℃，無霜期287 d，年均降雨量1 320 mm，主要集中于6—8月，潛在蒸發量1 450 mm，紫色土網狀分布于海拔100? m

左右區域。自然條件下，陽坡植被覆蓋率約20%，陰坡可高達55%，大多為禾本科、馬桑科、菊科、豆科植物。2000年建植紫穗槐、沙地柏、馬桑與假儉草（Eremochloa ophiuroides）等人工植被，人工灌草植被間距1.25 m，建植后采用封山管理方式。

1.2 野外取樣

分別于2017和2018年3月中旬取樣，探究2年份土壤種子庫差異。取樣地位于湖南省衡南縣譚子山鎮的“紫穗槐+白花草木樨”灌草地系統中，用直徑為5.0 cm的土鉆在2坡向（陰、陽坡）的3坡位（上、中、下坡）取樣。30鉆/坡位，10鉆/1份，共3份（即3次重復），取樣深度0～10 cm，土壤倒入塑料袋中，共計18個土樣[2坡向（陰、陽坡）×3坡位（上、中、下坡）×3次重復]帶回實驗室用萌芽法對土壤種子進行甄別[14-15]。

1.3 萌發鑒定

樣方土壤被放置于溫室大棚的大花缽中，調節溫室大棚的溫光條件以及花缽的土壤含水量，每天觀察花缽中土壤植物種子萌發狀況（已萌發并可甄別的植物種子要及時清理），持續12個月，直到花缽的土壤再無種子萌發為止。

將土壤種子結果轉換為土壤種子庫密度（粒·m-2）。土壤種子庫多樣性采用Margalef豐富度指數（R）、Shannon-Wiener多樣性指數（H）、Peilow均勻度指數（E）計量與表示，其計算方法參考文獻[16]。

1.4 數據處理

所有數據采用SPSS 13.0軟件進行統計分析，采用多因素方差分析法分析坡向、坡位對土壤種子庫密度及多樣性的影響;用Duncan法對3次重復的均值±標準方差進行多重比較（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 土壤種子庫物種組成

綜合2017和2018年土壤種子庫研究結果，區域土壤種子庫共有15種植物，分屬于8科，其中菊科5種，禾本科4種，天南星科、豆科、燈心草科、車前草科、龍膽科、報春花科各1種;物種組成以多年生草本為主，占總物種的86.67%，一年或二年生草本、一年生草本各占6.67%;米口袋、小燈心草、藎草、旱黍草4種植物只在2018年出現，其余植物均在2017年、2018年出現。

2.2 坡向、坡位與土層對土壤種子庫影響

坡向對土壤種子庫密度與組成的影響達顯著水平（P<0.05）（表2—表4），陰坡土壤種子庫總密度（4 385±325～6 867±410粒·m-2）顯著高于陽坡（2 367±217～3 218±369粒·m-2）（P<0.05）;陰坡分布14～15種，陽坡13種，減少1～2種，2017年半夏、飛蓬只分布于陰坡，2018年長茅草、火絨草只分布于陰坡;在陽坡，2017年米口袋只分布于上坡，龍膽、過路黃只分布于下坡，2018年半夏只分布于下坡，僅（1±0）粒·m-2，但分布于中、下坡有10種之多，分別為飛蓬、米口袋、鬼針草、車前草、藎草、龍膽、過路黃、旱黍草、狗娃花、狗尾草;在陰坡，2017年，15種均存在，而隨時間演替，飛蓬已消失，長茅草、鬼針草、狗娃花只分布于下坡，火絨草、小燈心草、車前草只分布于中、下坡。

2.3 不同坡向、坡位土壤種子庫的多樣性指數

對2017年和2018年不同坡向、坡位土壤種子庫多樣性指數進行分析（表5），2017年，陰坡上坡、中坡與下坡豐富度指數、多樣性指數與均勻度指數顯著高于陽坡（P<0.05）;2018年陰坡上坡、中坡與下坡豐富度指數、多樣性指數顯著高于陽坡（P<0.05），但均勻度指數變化有所差異，陽坡中坡顯著高于陰坡中坡均勻度指數（P<0.05），陽坡與陰坡下坡均勻度指數差異不明顯（P>0.05）。

3 結論與討論

3.1 討論

于2017和2018年，通過對衡陽紫色土山丘區灌草地土地利用方式土壤種子庫研究發現，該環境土壤種子庫密度（2 367±217～6 867±410）粒·m-2，年際間差別小，與楊寧等[7-8]對衡陽紫色土丘陵坡地草地土地利用方式相應結果大致相同。與草地土地利用方式相比，灌草地土地利用方式本地鄉土的土壤種子占居總的土壤種子庫數量一定比例[17]。一方面，在該區域，在20世紀80年代開始實施推廣實施灌草地土地利用方式進行植被恢復，周邊草地等生態系統對灌草地土地利用方式產生深刻影響，使得灌草地土地利用方式的關鍵種在演替以及自然選擇過程中發生趨同適應，最后與周邊草地的植被逐于基本相同;另一方面，當地各級政府長期實施封山育林、退耕還林還草政策，所推廣實施的灌草地土地利用方式人為干擾少，有利于植物的生長發育與土壤種子庫的保存[18]。研究發現，由于灌草地土地利用方式經過多年自然選擇與演變，與周邊生態環境基本融合，多年生草本占植物種類的86.67%，從而確保其在植物群落演替進程中的自然更新與發展。

衡陽紫色土山丘區不同陰、陽坡土壤種子庫組成大致相同。一方面，由于陰、陽坡植被基本一致，土壤種子庫來源大致相同;另一方面，由于實驗地距離較近，且坡面平緩，生態因子基本相同，受風力、動物的傳播等的影響，陰、陽坡的種子庫組成趨于相同。但半夏、飛蓬、長茅草、火絨草等只出現于陰坡，陰坡受到太陽幅射少，土壤蒸發弱，加之為山丘區，坡度較緩，土壤水肥狀況較優，只適宜于半夏、飛蓬、長茅草、火絨草等陰性植物生長[19-20]。

陰、陽坡上、中和下3坡位的土壤種子庫大小關系均為下坡>中坡>上坡，原因可能為水土流失導致土壤種子隨土壤下移，隨坡位下降，土層厚度增加，深厚的土壤易受于累積較多的土壤種子[21]。這與陳孟晨等[22]的研究結果基本一致。

3.2 結論

通過對衡陽紫色土山丘區灌草地土地利用方式土壤種子庫特征進行研究，得出以下主要結論：紫色土山丘區灌草地土地利用方式土壤種子庫密度（2 367±217～6 867±410）粒·m-2，不同坡向、坡位，土壤種子庫密度存在顯著差異（P<0.05），陰坡與下坡分別顯著高于陽坡與上坡（P<0.05）;坡向、坡位對土壤種子庫的Margalef豐富度指數（R）、Shannon-Wiener多樣性指數（H）存在顯著影響（P<0.05），但對Peilow均勻度指數（E）無顯著影響（P>0.05），2017、2018年土壤種子庫密度不存在顯著差異（P>0.05）。

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