基于土壤种子库激活的荒废地生态恢复技术应用*

宫彦章,毛君竹,李军娟

基于土壤种子库激活的荒废地生态恢复技术应用*

宫彦章,毛君竹,李军娟

（深圳文科园林股份有限公司，广东 深圳 518000）

以深圳市梧桐山常绿阔叶混交林林下10 cm厚表土为材料，做小规模的森林表土撒播试验，研究土壤采集地植物组成数量特征与土壤种子库萌发植物组成数量特征的关系．对土壤采集地植被特征、土壤种子库乔灌草组成特征及土壤种子库萌发物种组成的关系等做了分析研究，探讨基于土壤种子库在激活荒废地生态恢复技术应用中的作用与潜力，为实际植物恢复治理提供一定的理论依据．结果表明：（1）表土铺撒试验发芽植物种类与土壤采集地的植被没有明确的关系；（2）亚热带常绿阔叶林及土壤采集地植被乔木和草本植物优势种在土壤种子库中可以看到幼苗出现，而灌木植物优势种在土壤种子库中基本没有幼苗出现．因此，应考虑借助植冠种子库短期萌发种子，以弥补土壤种子库储存种子萌发的缺陷．

土壤种子库；生态恢复；土壤采集地

土壤种子库，又称埋土种子（Soil Seed Bank），是指土壤及土壤表面的落叶层中所有具有生命力的种子的总和[1]．分为持久种子库和短暂土壤种子库，土壤中的植物种子具有长期或短期休眠的特殊性[2]，这使种子较植株在强度干扰胁迫下具有更强的胁迫忍耐能力．近些年来，围绕土壤种子库的形成机制、时空格局和生态功能，以及土壤种子库与生态恢复关系等方面做了大量研究[3-9]，如澳大利亚的矿山废弃地的植被恢复[10]；日本东京近郊土地利用变化所影响的次生林下表层土壤用于日本皇居东御苑，形成近自然林地[11]；土壤种子库用于道路斜面绿化工程的研究等[12]．然而，作为自然环境保全与生态恢复手段之一的土壤种子库的应用，在华南亚热带区域常绿阔叶林较少涉及，有很多具体的问题值得进一步深入研究．

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于深圳东部梧桐山国家森林公园境内，属于南亚热带海洋性季风气候区，雨量充沛，热量充足，气候温和．常年平均气温22.5 ℃，平均年降雨量1924.3 mm，日照2120.5 h[13]．土壤类型以赤红壤、红壤为主，多数土壤酸度较高，pH值4.40-6.05，少氮、速效磷较高、缺磷，有机质含量较低，属于较贫瘠的土类．梧桐山植被属于典型的南亚热带植物区系，土壤采集地植被主要有木荷（）、黧蒴锥（Castanopsis fissa）、大叶相思（Acacia auriculiformis）、九节（）、粗叶榕（）、苏铁（）、狗骨柴（）、米碎花（）、芒萁（）等．

1.2 样地设置与取样

2018年7月下旬，选取深圳梧桐山国家森林公园常绿阔叶混交林0.33 hm2作为取样地，在取样地选取有代表性的3个20 m×20 m样地，每个样地随机选择5个1 m×1 m样方，共计15个样方，每个样方地进行地上植物群落学的调查，详细记录样方内物种的种类、多度和盖度等；每个样方内采集土样，采用土钻多点混合取样方法，将不同深度土样装袋，做好标签，带回试验场地进行土壤种子库萌发试验．

1.3 试验区设计

本试验设在深圳市龙岗区达成工业区的一块荒废地，面积约200 m2（20 m×10 m）．将所采集的土壤种子库样品去除枯落物、杂物后，平铺在80 cm×40 cm的经高温消毒的发芽盘内，厚度约为2.5~3 cm（供试样土下铺设高温加热灭活的河沙），让其自然萌发，用黑色遮阴网将顶部和四周围住，避免强光和外界种子．整个萌发试验自2018年8月初开始至2019年2月初结束，历时6个月，萌发试验全程采用自然光，经常洒水保持土壤湿润．

1.4 调查方法

本试验对常绿阔叶林表土种子库的发芽植物种类、发芽个体数、生长特性（植株高度、覆盖面积）进行调查．对试验区植物的生长特性（植株高度、覆盖面积）测定频率为1次/月．对试验区发芽个体的识别与标记、新生植物个体数、死亡个体数的调查频率为1次/周．

2 结果与分析

2.1 土壤采集地植被及土壤种子库乔木组成特征

常绿阔叶混交林土壤采集地乔木植被共有19种（表1），样地内乔木植物的优势种为木荷、大叶相思、黧蒴锥，重要值分别为70.07、61.24和44.93．从土壤采集地乔木重要值来看，木荷占绝对优势，大叶相思和黧蒴锥数量相当．土壤种子库萌发植物出现乔木植物4种（表2），土壤种子库萌发乔木前4位的是山黄麻、豺皮樟、山乌桕和大叶相思．将土壤采集地和土壤种子库萌发乔木植物对比分析，发现土壤种子库相对数量前三位山黄麻、豺皮樟和山乌桕不是土壤采集地乔木层优势种，而土壤采集地乔木层优势种大叶相思在土壤种子库相对数量仅为1.69%，木荷、黧蒴锥、银柴、杉木等均没有幼苗出现，这需要结合植物演替规律或进化史进一步研究．

2.2 土壤采集地植被及土壤种子库灌木组成特征

常绿阔叶混交林土壤采集地灌木植被共有20种（表3），常绿阔叶混交林土壤采集地灌木的优势种主要有九节、粗叶榕、苏铁、狗骨柴、米碎花等物种，其中九节为主要优势种，重要值达42.30．土壤种子库萌发植物出现灌木植物2种，见表4，灌木中盐肤木占土壤种子库萌发植物的69.66%（相对数量），远远高于乔木萌发数量．将土壤采集地和土壤种子库萌发灌木植物对比分析，土壤采集地优势种和土壤种子库萌发灌木优势种无相关性．

表1 土壤采集地乔木植被特征

表2 土壤种子库萌发乔木数量特征

表3 土壤采集地灌木植被特征

表4 土壤种子库萌发灌木数量特征

2.3 土壤采集地植被及土壤种子库草本组成特征

常绿阔叶混交林土壤采集地草本植被共有14种（表5），常绿阔叶混交林土壤采集地草本植物的优势种主要以芒萁占绝对优势，重要值高达103.89，远远高于其它物种．土壤种子库萌发植物出现草本植物2种，见表6，土壤种子库萌发草本黑莎草（2.81%，相对数量）和断节莎（1.69%，相对数量）．将土壤采集地和土壤种子库萌发草本植物对比分析，土壤采集地绝对优势植物芒棋没有幼苗出现，而土壤采集地相对优势种黑纱草在土壤种子库相对数量仅为1.69%．

2.4 土壤采集地植被及土壤种子库物种组成的关系

由表7可知，常绿阔叶混交林土壤种子库中各植被层与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种数量．其中乔木的相似程度相对最高，共有3种相同物种，占地上乔木的15.79%，相似系数为0.25；草本的相似程度次之，仅有1种相同物种，占地上草本的5%，相似性系数为0.13，灌木的相似程度最低，占地上灌木的7.14%，相似性系数为0.09．

表5 土壤采集地草本植被特征

表6 土壤种子库萌发草本数量特征

表7 土壤采集地植被与土壤种子库物种组成相似性

3 结论与讨论

1）本研究取样时间为7月下旬，夏季采集的土样，种子已经完成萌发而新的种子尚未成熟和散布，故本研究对象为持久种子库[14]．梧桐山南亚热带森林样带土壤种子库储量648粒/m2，高于鼎湖山南亚热带森林样带[15]，梧桐山土壤种子库优于同样带类型的鼎湖山土壤种子库．

2）本实验研究结果表明，表土铺撒试验发芽植物种类与土壤采集地的植被没有明确的关系，乔木植物共有种只有15.79%，灌木共有种只有7.14%，草本共有种只有5%，这与其它学者的研究得到同样的结论[16]．

3）亚热带常绿阔叶林及土壤采集地植被乔木和草本植物优势种在土壤种子库中可以看到有幼苗出现，而且占有一定的数量，如大叶相思、黑莎草，而灌木植物优势种在土壤种子库中基本没有幼苗出现，这与该常绿阔叶林的演替阶段有关，乔木多为忍耐型，灌木多为竞争型和草本植物多为杂草型，鉴于该常绿阔叶林处于较为稳定的成熟阶段，土壤种子库萌发植物可能受到森林演替的影响[17]．乔木层中土壤采集地植被和土壤种子库演替中间种类和数量都占优，基本反映了森林群落的现状以及发展趋势，草本植物，土壤种子库萌发先锋种明显少于演替中间种，这一现象可能是草本群落演替滞后于乔木群落的缘故．

4）土壤种子库储存种子为植被更新提供直接的种源保障，同时为储存种子提供不同的微生境，生境异质性不仅是土壤种子库分布模式的决定因子，光、水分、土壤深度、土壤机械结构、干扰类型等非生物因素直接或间接的影响着土壤种子库的时空分布特征及其植被发展[18-19]，水分条件适宜时，部分种子先试探性地缓慢萌发，当适宜条件持续时，大部分种子便快速完成萌发．木荷、黧蒴锥等种子萌发表现为植冠宿存增强型、土壤储存减弱型，故应考虑借助植冠种子库短期萌发种子，以弥补土壤种子库的储存种子萌发的缺陷．

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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

深圳市科技计划资助项目（JSGG20170822164024506）

宫彦章，男，山东济宁人，高级工程师，主要从事海绵城市、生态修复研究工作．

S157

A

1672-0318（2020）05-0052-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.05.010