Банк семян почвы - Soil seed bank

Эта статья о естественных хранилищах семян. Для использования в других целях см. Банк семян (значения).

В банк семян почвы это естественное хранилище семена, часто бездействующие, в пределах почва из большинства экосистемы.[1] Изучение почвенных семенных банков началось в 1859 г., когда Чарльз Дарвин наблюдали появление всходов, используя образцы почвы со дна озера. Первая научная статья по этому поводу была опубликована в 1882 году и сообщала о наличии семян на разной глубине почвы.[2] Банки семян сорняков интенсивно изучались в сельскохозяйственная наука из-за их важных экономических последствий; другие области, заинтересованные в банках семян почвы, включают лесовосстановление и реставрационная экология.

Фон

Много таксоны были классифицированы по долговечности их семян в почвенном банке семян. Семена преходящий виды остаются жизнеспособными в семенном банке почвы только до следующей возможности прорастать, а семена настойчивый виды могут выжить дольше, чем при следующей возможности - часто намного дольше, чем один год. Виды, семена которых сохраняют всхожесть в почве более пяти лет, образуют долгосрочный устойчивый банк семян, в то время как виды, семена которых обычно прорастают или умирают в течение одного-пяти лет, называются в ближайщем будущем настойчивый. Типичный долгосрочный устойчивый вид - это Chenopodium альбом (Ягнята); его семена обычно сохраняют всхожесть в почве до 40 лет, а в редких случаях, возможно, до 1600 лет.[3] Виды, не образующие почвенного банка семян (кроме засушливого сезона между созреванием и первыми осенними дождями), являются Agrostemma githago (Corncockle), который раньше был широко распространенным злаковым сорняком.

Долговечность семян

Сушеные семена лотоса.

Продолжительность жизни семян очень разнообразна и зависит от многих факторов; немногие виды превышают 100 лет.[4] В типичных почвах долговечность семян может колебаться от почти нуля (прорастание сразу после попадания в почву или даже раньше) до нескольких сотен лет. Некоторые из самых старых все еще жизнеспособных семян принадлежали Лотос (Nelumbo nucifera) найдены закопанными в грунте пруда; эти семена были оценены углеродное датирование быть около 1200 лет.[5]

Одно из самых продолжительных испытаний жизнеспособности семян почвы было начато в Мичиган в 1879 г. Джеймс Бил. В ходе эксперимента было закопано 20 бутылок с 50 семенами 21 вида. Каждые пять лет извлекали бутылку от каждого вида и проращивали на лотке со стерилизованной почвой, который хранился в камере для выращивания. Позже, после того как ответственность за управление экспериментом была делегирована смотрителям, период между извлечениями стал длиннее. В 1980 году, спустя более 100 лет после начала испытаний, наблюдали прорастание семян только трех видов: мотылек коровяк (Verbascum blattaria), коровяк обыкновенный (Verbascum thapsus) и мальва обыкновенная (Malva neglecta).[6]

Экологическое значение

Банки семян почвы играют важную роль в окружающая среда многих экосистем. Например, быстрое восстановление растительности на участках, нарушенных лесными пожарами, катастрофической погодой, сельскохозяйственными работами,[7] и заготовка древесины во многом зависит от банка семян почвы. Лесные экосистемы и водно-болотные угодья[7] содержат ряд специализированных видов растений, образующих устойчивые семенные банки почвы.

До появления гербицидов хороший пример стойких видов банка семян, Papaver Rhoeas иногда его было так много на сельскохозяйственных полях в Европе, что его можно было принять за урожай.

Отсутствие банка семян почвы препятствует установлению растительности во время первичное правопреемство, в то время как наличие хорошо укомплектованного банка семян почвы позволяет быстро развивать богатые видами экосистемы во время вторичная последовательность.

Плотность и разнообразие населения

Смертность семян в почве является одним из ключевых факторов устойчивости и колебаний плотности популяций растений, особенно однолетних. Исследования генетической структуры Androsace septentrionalis Сравнение популяций в семенном банке с популяциями уже укоренившихся растений показало, что разнообразие внутри популяций выше под землей, чем над землей.

Есть признаки того, что мутации более важны для видов, образующих устойчивый семенной фонд, по сравнению с видами, имеющими только временные семена. Увеличение видового богатства растительного сообщества за счет богатого видами и богатого почвенного семенного фонда известно как эффект хранения.

Виды Стрига (водоросль), как известно, оставляет в почве одну из самых высоких плотностей семян по сравнению с другими растениями. роды; это главный фактор, который способствует их инвазивному потенциалу.[8] Каждое растение способно дать от 90 000 до 450 000 семян, хотя большинство из этих семян нежизнеспособны.[9] Было подсчитано, что только два ведьминых сорняков дадут достаточно семян, необходимых для пополнения банка семян после сезонных потерь.[10]

Связанные экосистемные процессы

Период, термин почва диаспора банк можно использовать для включения нецветущих растений, таких как папоротники и мохообразные.

Помимо семян, многолетние растения иметь вегетативный пропагулы для облегчения формирования новых растений, миграции в новую почву или восстановления после гибели сверху. Эти пропагулы собирательно называются «банком почвенных почек» и включают спящие и придаточные бутоны на столоны, корневища, и луковицы.[1]

Связь между семенным фондом почвы и надземной растительностью

Банк семян почвы - важный источник размножения для восстановления растительности[11] и восстановление богатой видами растительности,[12] поскольку они дают воспоминания о прошлой растительности и представляют структуру будущего населения.[13] Почвенные семенные банки не сильно различались по общей плотности семян или видовому разнообразию,[14] и между видовым составом семенного банка и составом надземной растительности было мало взаимосвязи.[7][15] Эти два факта позволяют сделать вывод о различии видового состава надземной растительности и почвенного вала.[16] Кроме того, ключевым моментом является взаимосвязь между почвенным семенным фондом и исходным потенциалом для измерения потенциала восстановления растительного покрова.[17][18] В местах обитания, находящихся под угрозой исчезновения, таких как илистые равнины, редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды могут присутствовать в высокой плотности в почвенном семенном банке и сохраняться от 50 лет до столетия.[19]

Рекомендации

  1. ^ а б Джек Деккер (1997). "Почвенный банк семян". Кафедра агрономии, Государственный университет Айовы. Получено 10 декабря 2015.
  2. ^ П.Дж. Кристофолети; R.S.X. Caetano 1998. Почвенные семенные банки Scientia Agricola: 55: 74-78.
  3. ^ Университет штата Айова: Колледж сельского хозяйства и наук о жизни: Ягненок
  4. ^ Кен Томпсон, Ян П. Баккер и Рене М. Беккер. 1997. Почвенные семенные банки северо-запада Европы: методология, плотность и долговечность. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. 276 с.
  5. ^ Дж. Дерек Бьюли, Майкл Блэк и Питер Халмер (2006). Энциклопедия семян: наука, технология и использование. КАБИ. С. 14–15. ISBN  978-0851997230.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  6. ^ Франк В. Телевски. «Исследования и обучение». Департамент биологии растений, Мичиганский государственный университет. Получено 10 декабря 2015.
  7. ^ а б c Пошлод, Питер; Фенхель, Сабина; Хартиг, Флориан; Вальдес, Хосе В. (2019). «Ниша вербовки прогнозирует сборку сообществ растений через гидрологический градиент вдоль вспаханных и ненарушенных трансект на бывших сельскохозяйственных заболоченных территориях». Границы растениеводства. 10: 88. Дои:10.3389 / fpls.2019.00088. ISSN  1664-462X. ЧВК  6372561. PMID  30787938.
  8. ^ Ross, Merrill A .; Лемби, Кэрол А. (2008). Прикладная наука о сорняках: включая экологию и управление инвазивными растениями. Прентис Холл. п. 22. ISBN  978-0135028148.
  9. ^ Фаиз Ф. Бебави, Роберт Э. Эпли и Ребекка С. Норрис (март 1984 г.). "Влияние размера и веса семян на прорастание, прорастание семян и паразитирование хозяев" Witchweed (Striga asiatica). Наука о сорняках. 32 (2): 202–205. Дои:10.1017 / S0043174500058811. JSTOR  4043831.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  10. ^ Дэниел М. Джоэл, Джонатан Грессел, Литтон Дж. Массельман (2013). Parasitic Orobanchaceae: паразитарные механизмы и стратегии борьбы. Springer Science & Business Media. п. 394. ISBN  9783642381461.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  11. ^ Лу З.Дж., Ли Л.Ф., Цзян М.Х., Хуанг Х.Д. и Бао Д.К. Может ли банк семян почвы способствовать восстановлению растительного покрова в зоне просадки в районе водохранилища Трех ущелий? Экология завода.2010. 209, нет. 1, стр. 153–165.
  12. ^ Фишер, Дж., Лонераган, В., Диксон, К., Венеклаас, Э., Изменение состава банка семян почвы ограничивает биоразнообразие в заселенных лесами, богатых видами, Биол. Консерв., 2009, т. 142, нет. 2. С. 256–269.
  13. ^ Фишер, Дж., Лонераган, В., Диксон, К., Венеклаас, Э., Изменение состава банка семян почвы ограничивает биоразнообразие в заселенных лесами, богатых видами, Биол. Консерв., 2009, т. 142, нет. 2. С. 256–269.
  14. ^ Ван, Ю., Цзян, Д., Тошио, О., и Чжоу, К. (2013). Последние достижения в исследовании банка семян почвы. Современные проблемы экологии, 6 (5), 520-524.
  15. ^ Сандерсон М.А., Госли С.С., Клемент К.Д., Содер К.Дж. Состав почвенного банка семян на пастбищах с разнообразными смесями кормов умеренного климата // Agron. J., 2007, т. 99, нет. 6, стр. 1514.
  16. ^ Хопфенспергер, К.Н., Обзор сходства между семенным фондом и стоячей растительностью в экосистемах, Oikos, 2007, т. 116. С. 1438–1448.
  17. ^ Лу З.Дж., Ли Л.Ф., Цзян М.Х., Хуанг Х.Д. и Бао Д.К. Может ли банк семян почвы способствовать восстановлению растительного покрова в зоне просадки в районе водохранилища Трех ущелий? Экология завода.2010. 209, нет. 1, стр. 153–165
  18. ^ Ван, Ю., Цзян, Д., Тошио, О., и Чжоу, К. (2013). Последние достижения в исследовании банка семян почвы. Современные проблемы экологии, 6 (5), 520-524.
  19. ^ Пошлод, Питер; Росбах, Сергей (2018). «Виды грязевых водоемов: под угрозой или скрытые? Обширное исследование семенного фонда 108 рыбоводных прудов в Южной Германии». Биологическое сохранение. 225: 154–163. Дои:10.1016 / j.biocon.2018.06.024.