stringtranslate.com

Почвенный банк семян

Почвенный семенной банк — это естественное хранилище семян , часто спящих, в почве большинства экосистем . [ 1] Изучение почвенных семенных банков началось в 1859 году, когда Чарльз Дарвин наблюдал появление всходов, используя образцы почвы со дна озера. Первая научная работа по этой теме была опубликована в 1882 году и сообщала о наличии семян на разной глубине почвы. [2] Семенные банки сорняков интенсивно изучались в сельскохозяйственной науке из-за их важного экономического воздействия; другие области, интересующиеся почвенными семенными банками, включают лесовозобновление и восстановительную экологию .

Генри Дэвид Торо писал, что современное народное поверье, объясняющее последовательность вырубленного леса, особенно деревьев, отличающихся по виду от вырубленных деревьев, заключается в том, что семена либо спонтанно зарождаются в почве, либо прорастают после многовекового покоя. Однако он отверг эту идею, отметив, что тяжелые орехи, не подходящие для распространения ветром, распространяются животными. [3]

Экологическое значение семенного банка

Банк семян является одним из ключевых факторов для устойчивости и колебаний плотности популяций растений, особенно однолетних растений . [4] Многолетние растения имеют вегетативные пропагулы , которые облегчают формирование новых растений, миграцию в новую почву или восстановление после гибели сверху, которые аналогичны банку семян по своей способности сохраняться в условиях нарушения. Эти пропагулы в совокупности называются «банком почвенных почек» и включают спящие и придаточные почки на столонах , корневищах и луковицах . Более того, термин «банк почвенных диаспор» может использоваться для включения нецветущих растений, таких как папоротники и бриофиты . [ требуется ссылка ]

Почвенный семенной банк является важным источником размножения для восстановления растительности [5] и восстановления богатой видами растительности, [6], поскольку они обеспечивают память о прошлой растительности и представляют структуру будущей популяции. [6] Более того, состав семенного банка часто более стабилен, чем растительность, к изменениям окружающей среды, [7] хотя хроническое осаждение азота может истощить его. [8] [9] Во многих системах плотность почвенного семенного банка часто ниже, чем растительность, [4] и существуют большие различия в видовом составе семенного банка и составе надземной растительности. [10] [11] [12] Кроме того, ключевым моментом является то, что связь между почвенным семенным банком и исходным потенциалом измеряет потенциал восстановления растительности. [13] [14] В находящихся под угрозой исчезновения местообитаниях, таких как илистые отмели, редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды могут присутствовать в высокой плотности, состав семенного банка часто более стабилен, чем растительность, к изменениям окружающей среды[7][7], [15]

Почвенные семенные банки играют важную роль в быстром восстановлении растительности на участках, нарушенных лесным пожаром, катастрофическими погодными условиями, сельскохозяйственными работами и лесозаготовками, естественный процесс, известный как вторичная сукцессия . Почвенные семенные банки часто заполнены пионерными видами , теми видами, которые специально адаптированы для возвращения в окружающую среду первыми после нарушения. [16] Лесные экосистемы и водно-болотные угодья содержат ряд специализированных видов растений, образующих устойчивые почвенные семенные банки. [ требуется ссылка ]

Отсутствие почвенного семенного банка препятствует формированию растительности во время первичной сукцессии , в то время как наличие хорошо укомплектованного почвенного семенного банка обеспечивает быстрое развитие богатых видами экосистем во время вторичной сукцессии . [ необходима ссылка ]

Долговечность семян

Сушеные семена лотоса

Многие таксоны были классифицированы в соответствии с долговечностью их семян в почвенном семенном банке. Семена транзитных видов сохраняют жизнеспособность в почвенном семенном банке только до следующей возможности прорасти , в то время как семена устойчивых видов могут сохраняться дольше, чем следующая возможность — часто намного дольше одного года. Виды с семенами, которые сохраняют жизнеспособность в почве дольше пяти лет, образуют долгосрочный устойчивый семенной банк, в то время как виды, семена которых обычно прорастают или погибают в течение одного-пяти лет, называются краткосрочно устойчивыми. Типичным долгосрочным устойчивым видом является Chenopodium album (Lambsquarters); его семена обычно сохраняют жизнеспособность в почве до 40 лет, а в редких случаях, возможно, до 1600 лет. [17] Вид, вообще не образующий почвенного семенного банка (за исключением сухого сезона между созреванием и первыми осенними дождями), — это Agrostemma githago (Corncockle), который ранее был широко распространенным злаковым сорняком. [ требуется ссылка ]

Продолжительность жизни семян очень изменчива и зависит от многих факторов. Семена, зарытые глубже, как правило, способны сохраняться дольше. [18] Однако немногие виды живут дольше 100 лет. [19] В типичных почвах продолжительность жизни семян может варьироваться от почти нуля (прорастают сразу после попадания в почву или даже раньше) до нескольких сотен лет. Некоторые из самых старых все еще жизнеспособных семян были семенами лотоса ( Nelumbo nucifera ), найденными зарытыми в почве пруда; по оценкам радиоуглеродного датирования , этим семенам было около 1200 лет. [20] Один сорт финиковой пальмы , иудейская финиковая пальма , успешно пророс в 2008 году после случайного хранения в течение 2000 лет. [21]

Знаменитые эксперименты по долголетию семян

Одно из самых продолжительных испытаний жизнеспособности семян в почве было начато в Мичигане в 1879 году Джеймсом Билом . Эксперимент включал закапывание 20 бутылок с 50 семенами 21 вида. Каждые пять лет бутылка каждого вида извлекалась и проращивалась на подносе со стерилизованной почвой, которая хранилась 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 испытания, было замечено, что прорастают семена только трех видов: коровяк обыкновенный ( Verbascum blattaria ), коровяк обыкновенный ( Verbascum thapsus ) и мальва обыкновенная ( Malva neglecta ). [22] Было проведено несколько других экспериментов для определения долгосрочной долговечности семян в почвенных семенных банках.

Другие исследования

Известно, что виды Striga (ведьминой травы) оставляют в почве самую высокую плотность семян по сравнению с другими родами растений ; это основной фактор, способствующий их инвазивному потенциалу. [28] Каждое растение способно производить от 90 000 до 450 000 семян, хотя большинство из этих семян нежизнеспособны. [29] Было подсчитано, что только два ведьминых сорняка могут произвести достаточно семян, необходимых для пополнения семенного банка после сезонных потерь. [30] До появления гербицидов хорошим примером вида с устойчивым семенным банком был Papaver rhoeas , иногда настолько обильный на сельскохозяйственных полях Европы, что его можно было принять за урожай. [ необходима цитата ]

Исследования генетической структуры популяций Androsace septentrionalis в семенном банке по сравнению с таковыми у укоренившихся растений показали, что разнообразие внутри популяций выше под землей, чем над землей. [ необходима ссылка ]

Ссылки

  1. ^ Джек Деккер (1997). «Банк семян почвы». Агрономический факультет, Университет штата Айова . Получено 10 декабря 2015 г.
  2. ^ Christoffoleti, PJ; Caetano, RSX (17 июля 1998 г.). «Банки семян почвы». Scientia Agricola . 55 : 74–78. doi : 10.1590/S0103-90161998000500013 .
  3. ^ Маккартни, Юджин С. (1931). «Лесная сукцессия и фольклор». The Classical Weekly . 25 (6): 47–48. doi :10.2307/4389644. JSTOR  4389644.
  4. ^ ab DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (2023-03-01). "Контрастная динамика семенных банков и стоячей растительности однолетних и многолетних растений вдоль градиента осадков". Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics . 58 : 125718. arXiv : 2301.12696 . doi :10.1016/j.ppees.2023.125718. ISSN  1433-8319.
  5. ^ Lu, ZJ, Li, LF, Jiang, MX, Huang, HD и Bao, DC, Может ли почвенный семенной банк способствовать восстановлению растительности в зоне понижения уровня воды в районе водохранилища Три ущелья? Plant Ecol., 2010, т. 209, № 1, стр. 153–165.
  6. ^ ab Фишер, Джудит Л.; Лонераган, Уильям А.; Диксон, Кингсли; Венеклаас, Эрик Дж. (01.02.2009). «Изменение состава семенного банка почвы ограничивает биоразнообразие в захваченном лесном массиве, богатом видами». Biological Conservation . 142 (2): 256–269. doi :10.1016/j.biocon.2008.10.019. ISSN  0006-3207.
  7. ^ ДеМалах, Нив; Кигель, Хайме; Стернберг, Марсело (март 2021 г.). Даллинг, Джеймс (ред.). «Почвенный банк семян может буферизировать долгосрочные изменения состава в сообществах однолетних растений». Журнал экологии . 109 (3): 1275–1283. arXiv : 2010.15693 . doi : 10.1111/1365-2745.13555. ISSN  0022-0477.
  8. ^ Эскелинен, Ану; Элвуд, Элиз; Харрисон, Сьюзан; Бейен, Ева; Гремер, Дженнифер Р. (декабрь 2021 г.). «Уязвимость семенных банков лугопастбищных угодий к глобальным изменениям, способствующим росту ресурсов». Экология . 102 (12): e03512. doi : 10.1002/ecy.3512 . ISSN  0012-9658. PMID  34358331.
  9. ^ Басто, София; Томпсон, Кен; Феникс, Гарет; Слоан, Виктория; Лик, Джонатан; Риз, Марк (2015-02-04). «Длительное отложение азота истощает семенные банки лугов». Nature Communications . 6 (1): 6185. doi : 10.1038/ncomms7185 . ISSN  2041-1723.
  10. ^ Сандерсон, MA, Госли, SC, Клемент, KD, и Содер, KJ, Состав почвенного семенного банка на пастбищах с различными смесями умеренных кормов, Agron. J., 2007, т. 99, № 6, стр. 1514.
  11. ^ Уайт, С.; Борк, Э.; Карст, Дж.; Кэхилл, Дж. (2012-11-21). «Сходство между травянистой растительностью и сдвигами семенного банка при изменении осадков и стрижки, но не потеплении». Экология сообществ . 13 (2): 129–136. doi :10.1556/comec.13.2012.2.1. ISSN  1588-2756.
  12. ^ Хопфеншпергер, К. Н., Обзор сходства между семенным банком и стоячей растительностью в экосистемах, Oikos, 2007, т. 116, стр. 1438–1448.
  13. ^ Lu, ZJ, Li, LF, Jiang, MX, Huang, HD и Bao, DC, Может ли почвенный семенной банк способствовать восстановлению растительности в зоне понижения уровня воды в районе водохранилища Три ущелья? Plant Ecol., 2010, т. 209, № 1, стр. 153–165
  14. ^ Ван, Юнцуй; Цзян, Деминг; Тошио, Осида; Чжоу, Цюаньлай (2013-09-01). «Последние достижения в исследовании почвенных семенных банков». Contemporary Problems of Ecology . 6 (5): 520–524. doi :10.1134/S1995425513050181. ISSN  1995-4263. S2CID  255553677.
  15. ^ Poschlod, Peter; Rosbakh, Sergey (2018). «Виды илистой воды: находящиеся под угрозой исчезновения или скрытые? Обширное исследование семенного банка 108 рыбоводных прудов в Южной Германии». Biological Conservation . 225 : 154–163. doi :10.1016/j.biocon.2018.06.024. S2CID  91872044.
  16. ^ Тан, Юн; Цао, Мин; Фу, Сяньхуэй (2006). «Почвенный банк семян в тропическом лесу диптерокарпов в Сишуанбаньна, Юго-Западный Китай». Биотропика . 38 (3): 328–333. дои : 10.1111/j.1744-7429.2006.00149.x. S2CID  53974012.
  17. ^ «Университет штата Айова: Колледж сельского хозяйства и естественных наук: Лэмбсквотерс».
  18. ^ abc Бернсайд, Орвин К.; Уилсон, Роберт Г.; Вайсберг, Сэнфорд; Хаббард, Кеннет Г. (1996). «Долговечность семян 41 вида сорняков, захороненных 17 лет назад в Восточной и Западной Небраске». Weed Science . 44 (1): 74–86. doi :10.1017/S0043174500093589. S2CID  82721189.
  19. ^ Кен Томпсон, Ян П. Баккер и Рене М. Беккер. 1997. Почвенные семенные банки северо-западной Европы: методология, плотность и долговечность. Нью-Йорк: Cambridge University Press. стр. 276
  20. ^ Дж. Дерек Бьюли; Майкл Блэк; Питер Хэлмер (2006). Энциклопедия семян: наука, технология и использование. CABI. стр. 14–15. ISBN 978-0-85199-723-0.
  21. ↑ Фонтан, Генри (17.06.2008). «Семя финика Масады — старейшее из когда-либо проросших». New York Times . Получено 9 декабря 2021 г.
  22. ^ ab Frank W. Telewski. «Исследования и преподавание». Кафедра биологии растений, Мичиганский государственный университет . Получено 10 декабря 2015 г.
  23. ^ «Раскрытие научной тайны». msutoday.msu.edu . Университет штата Мичиган.
  24. ^ ab Darlington, HT; Steinbauer, GP (1961). «Восьмидесятилетний период эксперимента доктора Била по изучению жизнеспособности семян». American Journal of Botany . 48 (4): 321–325. doi :10.1002/j.1537-2197.1961.tb11645.x.
  25. ^ abc Браун, Э.; Тул, Э. Х. (1946). «Окончательные результаты эксперимента с зарытыми семенами в Дувеле». Журнал сельскохозяйственных исследований . 72 (6).
  26. ^ Конн, Джеффри С.; Вердин-Пфистерер, Нэнси Р. (2010). «Изменение жизнеспособности семян и покоя 17 видов сорняков после 24,7 лет захоронения: концепция безопасных мест для захороненных семян». Weed Science . 58 (3): 209–215. doi :10.1614/WS-D-09-00084.1. S2CID  9103710.
  27. ^ Серота, Ципора Х.; Калли, Тереза ​​М. (2019). «Прорастание семян и выживаемость сеянцев инвазивной груши Каллери (Pyrus calleryana Decne.) через 11 лет после сбора плодов». Castanea . 84 (1): 47. doi :10.2179/0008-7475.84.1.47. S2CID  191180173.
  28. ^ Росс, Меррилл А.; Лемби, Кэрол А. (2008). Прикладная наука о сорняках: включая экологию и управление инвазивными растениями . Prentice Hall. стр. 22. ISBN 978-0-13-502814-8.
  29. ^ Фаиз Ф. Бебави; Роберт Э. Эпли; Ребекка С. Норрис (март 1984 г.). «Влияние размера и веса семян на прорастание семян ведьминой травы (Striga asiatica), их появление и паразитирование на хозяине». Weed Science . 32 (2): 202–205. doi :10.1017/S0043174500058811. JSTOR  4043831. S2CID  89078686.
  30. ^ Дэниел М. Джоэл; Джонатан Грессел ; Литтон Дж. Массельман (2013). Паразитические Orobanchaceae: паразитические механизмы и стратегии контроля. Springer Science & Business Media. стр. 394. ISBN 978-3-642-38146-1.