固沙年限对沙坡头荒漠土壤种子库及其与地上植被关系的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00094

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在探究固沙年限对荒漠土壤种子库及其与地上植被关系的影响。以流沙、草方格（固沙5年）、固沙37年和固沙60年样地为研究对象，通过地上植被调查和土壤种子库萌发相结合的试验方法，重点围绕不同固沙年限土壤种子库和地上植被的特征及二者之间的关系进行研究。结果表明：（1）土壤种子库与地上植被主要由一年生草本植物构成，分别占71.43%、54.55%。随固沙年限增加，土壤种子库物种组成、密度均呈现先增加后下降的趋势，而地上植被变化规律与之不同；（2）土壤种子库的物种多样性指数随固沙年限增加呈先增加后降低趋势，而地上植被的多样性则随固沙年限增加呈持续上升趋势；（3）土壤种子库与地上植被组成之间的相似指数为0.28~0.07，随固沙年限增加呈逐渐降低趋势。总体来看，植被固沙初期能够促进土壤种子库积累和多样性增加，但长期固沙可能会导致种子库与地上植被的生态功能解耦，需结合人工干预以维持系统可持续恢复。

关键词: 植被固沙, 土壤种子库, 物种多样性, 物种相似性, 群落演替

Abstract:

This study aims to investigate the effects of different sand-fixation durations on desert soil seed banks and their relationship with aboveground vegetation. Using mobile sand dunes， straw checkerboard barriers （5-year fixation）， 37-year and 60-year sand-fixation sites as research objects， the characteristics of soil seed banks and aboveground vegetation as well as their interrelationships were systematically studied through a combined approach of aboveground vegetation surveys and soil seed bank germination experiments. The results indicate：（1） Both the soil seed bank and aboveground vegetation were predominantly composed of annual herbaceous plants， accounting for 71.43% and 54.55% respectively. With increasing sand-fixation duration， the species composition and density of the soil seed bank initially increased and then decreased， while the aboveground vegetation showed a different pattern；（2） The species diversity indices of the soil seed bank exhibited a unimodal trend （initial increase followed by decrease） with prolonged sand-fixation， whereas the diversity of aboveground vegetation demonstrated a continuous increasing trend；（3） The compositional similarity between soil seed banks and aboveground vegetation ranged from 0.28 to 0.07， showing a gradual decline with extended sand-fixation duration. Overall， vegetation-based sand fixation initially promotes soil seed bank accumulation and diversity enhancement， but long-term fixation may lead to ecological decoupling between seed banks and aboveground vegetation， necessitating artificial interventions to maintain sustainable ecosystem restoration.

Key words: vegetation sand fixation, soil seed bank, species diversity, species similarity, community succession

中图分类号:

Q948

王乐, 陆文家, 南益聪, 牛富荣, 鱼小军, 白冰心, 石亚飞. 固沙年限对沙坡头荒漠土壤种子库及其与地上植被关系的影响[J]. 中国沙漠, 2025, 45(3): 253-261.

Le Wang, Wenjia Lu, Yicong Nan, Furong Niu, Xiaojun Yu, Bingxin Bai, Yafei Shi. Effects of sand-fixing age on soil seed bank and its relationship with aboveground vegetation in Shapotou Desert[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(3): 253-261.

图/表 5

参考文献 33

1	陈孟晨，张景光，冯丽，等.沙坡头地区生物结皮覆盖区土壤种子库组成及垂直分布特征［J］.生态学报，2017，37（22）：7614-7623.
2	李新荣，赵洋，回嵘，等.中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述［J］.地理科学进展，2014，33（11）：1435-1443．
3	程莉，宁志英，杨红玲，等.固沙措施对流动沙丘植被和土壤特性的影响［J］.中国沙漠，2024，44（2）：273-282.
4	Renée M B， Geurt L V， Jan P B，et al.Soil seed bank dynamics in hayfield succession［J］.Journal of Ecology，2000，88（4）：594-607．
5	Coffin D P， Lauenroth W K.Spatial and temporal variation in the seed bank of a semiarid grassland［J］.American Journal of Botany，1989，76（1）：53-58.
6	赵凌平，程积民，苏纪帅.土壤种子库在黄土高原本氏针茅草地群落长期封禁演替过程中的作用［J］.草业学报，2012，21（3）：38-44.
7	常选选.腾格里沙漠东南缘不同固沙年限人工柠条林土壤种子库动态研究［D］.银川：宁夏大学，2022.
8	罗维成，赵文智，孙程鹏，等.科尔沁沙地樟子松（Pinus sylvestris）人工固沙林演变过程中物种多样性和土壤水分特征［J］.中国沙漠，2018，38（1）：126-132.
9	曾彦军，莫训强，南志标，等.阿拉善干旱荒漠区不同植被类型土壤种子库研究［J］.应用生态学报，2003，14（19）：1457-1463.
10	赵燕翘，连煜超，许文文，等.中国人工蓝藻结皮研究进展［J］.中国沙漠，2023，43（5）：214-222.
11	李新荣，石庆辉，张景光，等.沙坡头地区人工植被演变过程中植物多样性变化的研究［J］.中国沙漠，1998，18（）：23-29.
12	赵兴梁.腾格里沙漠沙坡头地区流沙治理研究［M］.银川：宁夏人民出版社，1988：101-120.
13	秦佳梅，张卫东，赵书巍.返魂草种子休眠机理及处理技术研究［J］.种子，2006（2）：4-5.
14	Liu J Y， Yu Y W， Mou X M，et al.Endozoochorous seed dispersal by yak and Tibetan sheep on alpine meadow and shrubland［J］.Rangeland Ecology & Management，2023，87：198-205.
15	杨磊，王彦荣，余进德.干旱荒漠区土壤种子库研究进展［J］.草业学报，2010，19（2）：227-234.
16	赵文智，白四明.科尔沁沙地围封草地种子库特征［J］.中国沙漠，2001，21（2）：204-208.
17	刘晓霞.浑善达克沙地土壤种子库结构与动态特征研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学.
18	尚占环，任国华，龙瑞军.土壤种子库研究综述：规模、格局及影响因素［J］.草业学报，2009，18（1）：144-154.
19	贺宇，丁国栋，汪晓峰，等.水分和沙埋对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响［J］.中国沙漠，2013，33（6）：1711-1716.
20	马君玲，刘志民.植冠种子库及其生态意义研究［J］.生态学杂志，2005，24（11）：1329-1333.
21	苏金娟，刘永萍，刘丽燕，等.阿勒泰荒漠区草本植物生态位与种间关联［J］.草业科学，2024，41（10）：2217-2228.
22	张志山，何明珠，谭会娟，等.沙漠人工植被区生物结皮类土壤的蒸发特性：以沙坡头沙漠研究试验站为例［J］.土壤学报，2007（3）：404-410.
23	Mamo N， Mihretu M， Fekadu M，et al.Variation in seed and germination characteristics among Juniperus procera populations in Ethiopia［J］.Forest Ecology and Management，2006，225（1/2/3）：320-327.
24	马全林，张锦春，陈芳，等.腾格里沙漠南缘花棒（Hedysarum scoparium）人工固沙林演替规律与机制［J］.中国沙漠，2020，40（4）：206-215.
25	赫磊.退化沙地恢复过程中地上植被与土壤种子库的特征及关系研究［J］.畜牧业环境，2020（2）：18.
26	张景光，王新平，李新荣，等.荒漠植物生活史对策研究进展与展望［J］.中国沙漠，2005，25（3）：306-314.
27	Guttermann Y. Seed germination in desert plants［J］.Journal of Plant Physiology，1995，146（5/6）：767-768.
28	郭轶瑞，赵哈林，左小安，等.科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征［J］.水土保持学报，2007（6）：187-191.
29	邵文山.荒漠草原区4种植物群落土壤特性和种子库的研究［D］.银川：宁夏大学，2017：36
30	孙瑜硕，常选选，张雪，等.腾格里沙漠东南缘不同植被类型土壤种子库多样性［J］.应用生态学报，2022，33（9）：2356-2362.
31	李新荣，周海燕，王新平，等.中国干旱沙区的生态重建与恢复：沙坡头站60年重要研究进展综述［J］.中国沙漠，2016，36（2）：247-264.
32	张元明，聂华丽.生物土壤结皮对准噶尔盆地5种荒漠植物幼苗生长与元素吸收的影响［J］.植物生态学报，2011，35（4）：380-388.
33	王宁，刘俊娥，周正朝.生物土壤结皮对种子萌发和幼苗建植的影响研究进展［J］.生态学报，2021，41（18）：7464-7474.

科	物种	生活型	流沙		固沙5年		固沙37年		固沙60年
科	物种	生活型	地上	地下	地上	地下	地上	地下	地上	地下
藜科	刺沙蓬（Salsola ruthenica）	AH	—	—	112.50	796.16	316.67	2 488.00	162.50	398.08
	虫实（Corispermum hyssopifolium）	AH	—	—	300.00	99.52	4.17	99.52	—	—
	雾冰藜（Bassia dasyphylla）	AH	—	—	500.00	895.68	4.17	199.04	4.17	199.04
菊科	叉枝鸦葱（Lipschitzia divaricata）	PH	—	—	—	99.52	—	—	—	—
	油蒿（Artemisia ordosica）	S	—	—	—	—	675.00	—	387.50	—
	砂蓝刺头（Echinops gmelinii）	AH	—	—	4.17	—	33.33	—	8.33	—
蓼科	沙木蓼（Atraphaxis bracteata）	S	—	—	4.17	—	12.50	—	—	—
蓼科	沙拐枣（Calligonum mongolicum）	S	—	—	—	—	125.00	—	—	—
禾本科	狗尾草（Corispermum hyssopifolium）	AH	—	—	4.17	99.52	8.33	2 886.08	16.67	1 691.84
禾本科	针茅（Stipa capillata）	PH	—	—	—	99.52	—	8 658.24	—	4 677.44
豆科	柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）	S	—	—	—	—	—	—	83.33	—
豆科	花棒（Corethrodendron scoparium）	S	—	—	8.33	—	29.17	—	—	—
苋科	沙米（Agriophyllum squarrosum）	AH	12.5	—	8.33	199.04	—	—	—	—
唇形科	蒙古莸（Caryopteris mongholica）	S	—	—	—	—	62.50	—	—	—
总计			12.50	—	941.67	2 289.01	1 270.83	14 331.21	725.00	6 966.56

科	物种	生活型	流沙		固沙5年		固沙37年		固沙60年
科	物种	生活型	地上	地下	地上	地下	地上	地下	地上	地下
藜科	刺沙蓬（Salsola ruthenica）	AH	—	—	112.50	796.16	316.67	2 488.00	162.50	398.08
	虫实（Corispermum hyssopifolium）	AH	—	—	300.00	99.52	4.17	99.52	—	—
	雾冰藜（Bassia dasyphylla）	AH	—	—	500.00	895.68	4.17	199.04	4.17	199.04
菊科	叉枝鸦葱（Lipschitzia divaricata）	PH	—	—	—	99.52	—	—	—	—
	油蒿（Artemisia ordosica）	S	—	—	—	—	675.00	—	387.50	—
	砂蓝刺头（Echinops gmelinii）	AH	—	—	4.17	—	33.33	—	8.33	—
蓼科	沙木蓼（Atraphaxis bracteata）	S	—	—	4.17	—	12.50	—	—	—
蓼科	沙拐枣（Calligonum mongolicum）	S	—	—	—	—	125.00	—	—	—
禾本科	狗尾草（Corispermum hyssopifolium）	AH	—	—	4.17	99.52	8.33	2 886.08	16.67	1 691.84
禾本科	针茅（Stipa capillata）	PH	—	—	—	99.52	—	8 658.24	—	4 677.44
豆科	柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）	S	—	—	—	—	—	—	83.33	—
豆科	花棒（Corethrodendron scoparium）	S	—	—	8.33	—	29.17	—	—	—
苋科	沙米（Agriophyllum squarrosum）	AH	12.5	—	8.33	199.04	—	—	—	—
唇形科	蒙古莸（Caryopteris mongholica）	S	—	—	—	—	62.50	—	—	—
总计			12.50	—	941.67	2 289.01	1 270.83	14 331.21	725.00	6 966.56

类型	地上植被间				P	土壤种子库间				P
类型	流沙/固沙5年	固沙5年/固沙37年	固沙5年/固沙60年	固沙37年/固沙60年	P	流沙/固沙5年	固沙5年/固沙37年	固沙5年/固沙60年	固沙37年/固沙60年	P
S	0.02	0.21	0.13	0.58	<0.001	0	0.06	0.06	0.26	<0.001
S'	0.003	0.07	0.05	0.31	<0.001	0	0.01	0.01	0.14	<0.001

类型	地上植被间				P	土壤种子库间				P
类型	流沙/固沙5年	固沙5年/固沙37年	固沙5年/固沙60年	固沙37年/固沙60年	P	流沙/固沙5年	固沙5年/固沙37年	固沙5年/固沙60年	固沙37年/固沙60年	P
S	0.02	0.21	0.13	0.58	<0.001	0	0.06	0.06	0.26	<0.001
S'	0.003	0.07	0.05	0.31	<0.001	0	0.01	0.01	0.14	<0.001

[1]	陈冠光, 苗杨慧子, 李强, 周永芳, 王海. 甘肃敦煌西湖荒漠-湿地草本植物多样性与地下水埋深的关系[J]. 中国沙漠, 2025, 45(3): 357-368.
[2]	郝芳唯, 宋兆斌, 李香云, 岳平, 张晓雪, 王怀海, 赵杏花, 左小安. 5年降水限制后荒漠草原植物多样性和生产力恢复特征[J]. 中国沙漠, 2025, 45(1): 112-120.
[3]	陶海璇, 郭春秀, 马俊梅, 王忠文, 赵赫然, 宋达成, 何芳兰. 干旱沙区土壤结皮发育对草本植物土壤种子库的影响[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 89-97.
[4]	韩高玲, 霍建强, 赵燕翘, 虎瑞, 张志山, 黄日辉, 薛书文. 鄂尔多斯高原砒砂岩地区草本物种组成及多样性[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 243-251.
[5]	王生棠, 盖迎春, 王少昆, 张晓龙, 杨映. 黑河流域植物物种多样性对土地利用变化的响应[J]. 中国沙漠, 2022, 42(6): 221-232.
[6]	许文文, 赵燕翘, 王楠, 赵洋. 人工生物土壤结皮对草本植物群落组成与多样性的影响[J]. 中国沙漠, 2022, 42(5): 204-211.
[7]	宋兆斌, 辛智鸣, 朱雅娟. 内蒙古荒漠-草原过渡带灌木群落特征[J]. 中国沙漠, 2022, 42(2): 104-112.
[8]	赵啸龙, 谢玉鸿, 马旭君, 王少昆. 科尔沁沙质草地不同恢复年限草本层群落结构及其与土壤理化性质的关系[J]. 中国沙漠, 2022, 42(2): 134-141.
[9]	常学向, 陈怀顺, 李志刚, 张红萍. 西藏雅鲁藏布江流域典型沙漠区生态修复植物群落物种多样性[J]. 中国沙漠, 2021, 41(6): 187-194.
[10]	陈芳, 马全林, 魏林源, 张德魁, 袁宏波, 丁峰, 胡小柯, 张忠. 沙米（*Agriophyllum squarrosum*）种子库空间分布和影响因素[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 190-196.
[11]	马全林, 张锦春, 陈芳, 张德魁, 魏林源. 腾格里沙漠南缘花棒（*Hedysarum scoparium*）人工固沙林演替规律与机制[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 206-215.
[12]	苏郎嘎, 田桂泉, 红霞. 浑善达克沙地苔藓物种多样性[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3): 51-59.
[13]	张蕊, 赵学勇, 左小安, 刘新平, 曲浩, 马旭君, 刘良旭, 陈娟丽, 刘立平. 荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应[J]. 中国沙漠, 2019, 39(2): 45-52.
[14]	马俊梅, 满多清, 李得禄, 刘有军, 郭春秀. 干旱荒漠区退耕地植被演替及土壤水分变化[J]. 中国沙漠, 2018, 38(4): 800-807.
[15]	曹瑞, 刘果厚, 兰庆, 刘冠志, 慕宗杰, 桂荣, 刘利红, 王健. 浑善达克沙地飞播区植被动态[J]. 中国沙漠, 2018, 38(3): 535-544.