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生物土壤结皮广泛的分布在干旱、半干旱区,它的存在有着重要的生态学意义。国内外对生物土壤结皮在干旱、半干旱区内的生态功能作了大量的研究,主要包括生物土壤结皮对土壤水文过程的影响、生物土壤结皮在土壤抗蚀性中的作用、生物土壤结皮在土壤养分的固定和循环中的作用,生物土壤结皮与维管束植物之间的相互作用及其作用机理。本文以广布在沙坡头人工植被固沙区和相邻天然植被区的两种生物土壤结皮(苔藓结皮、藻类结皮)为研究对象,初步研究了其对荒漠土壤种子库的影响,同时,在实验室盆栽和野外种子自然散布的条件下,研究生物土壤结皮的存在对维管束植物种子萌发的影响,为填补生物土壤结皮与维管束植物土壤种子库和种子萌发的关系在温带干旱、半干旱区的空白做出了尝试,也为生物土壤结皮在沙漠化防治和生态环境的改善中所起的作用提供了科学依据。同时,对干旱区生态环境管理与监测具有一定的参考和借鉴意义。
生物土壤结皮对荒漠维管束植物土壤种子库影响研究包括了两个方面,一是不同演替阶段的生物土壤结皮对土壤种子库的影响,二是两种不同类型结皮上的土壤种子库差异。
1.生物土壤结皮演替阶段对土壤种子库影响的研究表明:土壤种子库密度(有效种子数.m-2)从人工植被区24龄植被区的1263.36±309.94增加到了天然植被区的4263.83士564.17,增加了3.4倍,随着结皮的发育,土壤种子库密度呈现上升的趋势。此项研究中共统计到12种植物种子,分属于6科,其中以一年生草本植物最多,分别占到了人工植被区的80﹪和天然植被区的70﹪,在人工植被区未发现有多年生草本的植物种子,天然植被区多年生草本的植物种子占到了20﹪,半灌木植物的种子在人工植被区和天然植被区分别占到了20﹪和10﹪。在人工植被区,土壤种子库物种丰富度指数从24龄植被区的0.56降低到50龄的0.51,而天然植被区物种丰富度指数为1.08。土壤种子库物种多样性指数从24龄的0.615降低到50龄的0.421,而天然植被区的多样性指数上升到了0.693。土壤种子库物种相似性指数从1降低到0.4。
2.生物土壤结皮类型对土壤种子库影响的研究结果表明:(1)有9种植物的幼苗出现在含有生物土壤结皮覆盖的表土中,它们分别是独行菜(LepidiumruderateL.)、油蒿(ArtemisiaordosicaKrasch)、灰绿藜(ChenopodiumglaucumL.)、多根葱(AlliumpolyirhizumTurcz.exRgl.)、小画眉草(RragrostispoaeoidesBeauv)、雾冰藜(Bassiadasyphylla(Fisch.etMey))、马齿苋(PotulacaoleraceaL.)、狗尾草(Setariaviridis(L.))、苋菜(Amaranthus.retrofiexusL.),其中一年生草本植物有7种;(2)在不同类型的结皮上,土壤种子库的总储量以及每种植物种子的储量存在着显著的差异:对于湿润处理的两种结皮,萌发的幼苗总密度存在着极显著的差异(P<0.001),对于干燥处理的两种结皮,萌发幼苗的总密度也存在着显著的差异(P<0.05);(3)水分是限制结皮种子库植物种子萌发的主要原因,苔藓与藻结皮上萌发的种子总密度都存在极显著的差异(P<0.001)。
3.生物土壤结皮对维管束植物种子萌发的野外实验研究结果表明:维管束植物在苔藓结皮上的出苗量显著高于藻类结皮。随着结皮的发育,维管束植物在苔藓结皮上的出苗量增加,在藻类结皮上减少。生物土壤结皮含水量对维管束植物幼苗萌发有显著的影响(p<0.05),维管束植物种子在湿润结皮上的萌发量高于干燥结皮上的萌发量。结皮表面温度和亚表面温度对维管束植物种子萌发没有显著的影响((p>0.05),高温与维管束植物种子在苔藓结皮上的萌发量正相关,藻类结皮上的萌发量负相关。
以上研究表明,生物土壤结皮的存在改变了土壤表层的特性,而土壤特性的改变影响着维管束植物种子的散布特性、结皮对种子的捕获能力;土壤湿度是维管束植物种子萌发的重要限制因子;温度对出苗量的影响与结皮种类有关。
4.生物土壤结皮对维管束植物种子萌发的实验室研究结果表明:生物土壤结皮的出现显著的提高了荒漠维管束植物种子的萌发率(p<0.05);生物土壤结皮演替对不同维管束植物种子萌发率的增加存在显著差异(p<0.05);三种荒漠维管束植物在活性生物土壤结皮有机体上的萌发量高于失去活性结皮有机体上的萌发量(p<0.05)。此外,对生物土壤结皮影响植物的土壤种子库和萌发的机理还做了进一步的探讨。