Банк семян почвы - Soil seed bank

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

Банк семян почвы является естественным хранением семян , часто спящих, в почве большинство экосистем . Изучение банка семян почвы началось в 1859 году, когда Чарльз Дарвин наблюдал за появлением 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. Банки семян сорняков интенсивно изучаются в сельскохозяйственной науке из-за их важного экономического воздействия; другие области, интересующиеся почвенными семенными фондами, включают восстановление лесов и экологию восстановления .

Фон

Многие таксоны были классифицированы в соответствии с продолжительностью жизни их семян в почвенном банке семян. Семена переходных видов остаются жизнеспособными в почвенном банке семян только до следующей возможности прорасти , тогда как семена устойчивых видов могут сохраняться дольше, чем при следующей возможности, часто намного дольше, чем один год. Виды, семена которых остаются жизнеспособными 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 краткосрочными устойчивыми. Типичным долгоживущим видом является Chenopodium album (Ягнята); его семена обычно сохраняют всхожесть в почве до 40 лет, а в редких случаях - до 1600 лет. Видом, который вообще не формирует почвенный банк семян (за исключением засушливого сезона между созреванием и первыми осенними дождями), является Agrostemma githago (Corncockle), которая ранее была широко распространенным злаковым сорняком.

Долговечность семян

Сушеные семена лотоса.

Продолжительность жизни семян очень непостоянна и зависит от многих факторов; немногие виды превышают 100 лет. В типичных почвах долговечность семян может колебаться от почти нулевой (прорастание сразу после попадания в почву или даже раньше) до нескольких сотен лет. Одними из самых старых все еще жизнеспособных семян были семена лотоса ( Nelumbo nucifera ), найденные в почве пруда; Возраст этих семян был определен углеродным датированием примерно 1200 лет назад.

Одно из самых продолжительных испытаний жизнеспособности семян почвы было начато в Мичигане в 1879 году Джеймсом Билом . В ходе эксперимента было закопано 20 бутылок с 50 семенами 21 вида. Каждые пять лет извлекали бутыль от каждого вида и проращивали на подносе 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, более чем через 100 лет после начала испытаний, наблюдали прорастание семян только трех видов: коровяка ( Verbascum blattaria ), коровяка обыкновенного ( Verbascum thapsus ) и мальвы обыкновенной ( Malva neglecta ).

Экологическое значение

Банки семян почвы играют важную роль в естественной среде многих экосистем. Например, быстрое восстановление растительности на участках, нарушенных лесными пожарами, катастрофической погодой, сельскохозяйственными операциями и заготовкой древесины, в значительной степени связано с семенным фондом почвы. Лесные экосистемы и водно-болотные угодья содержат ряд специализированных видов растений, образующих устойчивые семенные банки почвы.

До появления гербицидов, являвшихся хорошим примером устойчивых видов банка семян, Papaver rhoeas иногда был настолько распространен на сельскохозяйственных полях в Европе, что его можно было принять за культуру.

Отсутствие банка семян почвы препятствует формированию растительности во время первичной сукцессии , в то время как наличие хорошо укомплектованного банка семян почвы позволяет быстро развивать богатые видами экосистемы во время вторичной сукцессии .

Плотность и разнообразие населения

Смертность семян в почве является одним из ключевых факторов устойчивости и колебаний плотности популяций растений, особенно однолетних. Исследования генетической структуры популяций Androsace septentrionalis в семенном банке по сравнению с таковыми у уже существующих растений показали, 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 накопления .

Виды Striga (witchweed) , как известно , чтобы оставить некоторые из самых высоких плотностей семян в почве по сравнению с другими растениями родов ; это главный фактор, который способствует их инвазивному потенциалу. Каждое растение способно дать от 90 000 до 450 000 семян, хотя большинство из этих семян нежизнеспособны. Было подсчитано, что только два ведьминых сорняков дадут достаточно семян, необходимых для пополнения банка семян после сезонных потерь.

Связанные экосистемные процессы

Термин « банк почвенных диаспор» может использоваться для обозначения нецветковых растений, таких как папоротники и мохообразные .

Помимо семян, у многолетних растений есть вегетативные отростки, облегчающие формирование новых растений, миграцию в новую почву или восстановление после гибели верхушки. Эти пропагулы собирательно называются «банком почвенных почек» и включают спящие и придаточные почки на столонах , корневищах и луковицах .

Связь между семенным фондом почвы и надземной растительностью

Банк семян почвы является важным источником воспроизводства для восстановления растительности и восстановления богатой видами растений, поскольку они дают воспоминания о прошлой растительности и представляют структуру будущего населения. Банк семян почвы не сильно различается по общей плотности семян или видовому разнообразию, и между видовым составом банка семян и составом надземной растительности имеется небольшая связь. Эти два факта позволяют сделать вывод о различии видового состава надземной растительности и почвенного вала. Кроме того, ключевым моментом является взаимосвязь между почвенным семенным фондом и исходным потенциалом для измерения потенциала восстановления растительного покрова. 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 века.

Рекомендации

  1. ^ a b Джек Деккер (1997). «Почвенный банк семян» . Кафедра агрономии, Государственный университет Айовы . Проверено 10 декабря 2015 .
  2. ^ PJ Christoffoleti; RSX 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 ( ссылка )
  6. ^ Фрэнк В. Телевски. «Исследования и обучение» . Департамент биологии растений, Мичиганский государственный университет . Проверено 10 декабря 2015 .
  7. ^ Росс, Меррилл А .; Лемби, Кэрол А. (2008). Прикладная наука о сорняках: включая экологию и управление инвазивными растениями . Прентис Холл. п. 22. ISBN   978-0135028148 .
  8. ^ Файз Ф. Бебави, Роберт Э. Эпли и Ребекка С. Норрис (март 1984). "Влияние размера и веса семян на прорастание, прорастание семян и паразитирование хозяев" Witchweed (Striga asiatica). Наука о сорняках . 32 (2): 202–205. DOI : 10.1017 / S0043174500058811 . JSTOR   4043831 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  9. ^ Дэниел М. Джоэл, Джонатан Грессел , Литтон Дж. Массельман (2013). Parasitic Orobanchaceae: паразитарные механизмы и стратегии контроля . Springer Science & Business Media. п. 394. ISBN   9783642381461 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  10. ^ Лу, З.Дж., Ли, Л.Ф., Цзян, MX, Хуанг, HD, и Бао, округ Колумбия, 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.
  11. ^ Фишер, Дж., Лонераган, В., Диксон, К., и Венеклаас, Э., Изменение состава банка семян почвы ограничивает биоразнообразие в инвазированных лесах, богатых видами, Биол. Консерв., 2009, т. 142, нет. 2. С. 256–269.
  12. ^ Фишер, Дж., Лонераган, В., Диксон, К., и Венеклаас, Э., Изменение состава банка семян почвы ограничивает биоразнообразие в инвазированных лесах, богатых видами, Биол. Консерв., 2009, т. 142, нет. 2. С. 256–269.
  13. Перейти ↑ Wang, Y., Jiang, D., Toshio, O., & Zhou, Q. (2013). Последние достижения в исследовании банка семян почвы. Современные проблемы экологии, 6 (5), 520-524.
  14. ^ Сандерсон, М.А., Госли, С.К., Клемент, К.Д., и Содер, К.Дж., Состав банка семян почвы на пастбищах с разнообразными смесями кормов умеренного климата, Agron. J., 2007, т. 99, нет. 6, стр. 1514.
  15. ^ Hopfensperger, KN, Обзор сходства между семенным фондом и стоячей растительностью в экосистемах, Oikos, 2007, т. 116. С. 1438–1448.
  16. ^ Лу, З.Дж., Ли, Л.Ф., Цзян, MX, Хуанг, HD, и Бао, округ Колумбия, 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
  17. Перейти ↑ Wang, Y., Jiang, D., Toshio, O., & Zhou, Q. (2013). Последние достижения в исследовании банка семян почвы. Современные проблемы экологии, 6 (5), 520-524.
  18. ^ Пошлод, Питер; Росбах, Сергей (2018). «Виды грязевых водоемов: под угрозой или скрытые? Обширное исследование семенного фонда 108 рыбоводных прудов в Южной Германии». Биологическая консервация . 225 : 154–163. DOI : 10.1016 / j.biocon.2018.06.024 .