Почвенный банк семян
Почвенный банк семян — это естественное хранилище семян , часто находящихся в состоянии покоя, 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 статья по этому вопросу была опубликована в 1882 году и сообщила о появлении семян на разной глубине почвы. [2] Банки семян сорняков интенсивно изучаются в сельскохозяйственной науке из-за их важного экономического воздействия; Другие области, заинтересованные в создании банков почвенных семян, включают регенерацию лесов и экологию восстановления .
Генри Дэвид Торо писал, что современное популярное мнение, объясняющее смену вырубленного леса, в частности деревьев разного вида, по сравнению с вырубленными деревьями, заключается в том, что семена либо самопроизвольно образуются в почве, либо прорастают после того, как находились в состоянии покоя в течение столетий. Однако он отверг эту идею, отметив, что тяжелые орехи, непригодные для распространения ветром, разносятся животными. [3]
Экологическая значимость банка семян
[ редактировать ]Банк семян — один из ключевых факторов устойчивости и колебаний плотности популяций растений, особенно однолетних растений . [4] Многолетние растения имеют вегетативные размножения , облегчающие формирование новых растений, миграцию на новый грунт или восстановление после уничтожения сверху, которые аналогичны банку семян по своей способности сохраняться в условиях беспокойства. Эти размножения вместе называются «банком почвенных почек» и включают спящие и придаточные почки на столонах , корневищах и луковицах . Более того, термин « почвенных диаспор» банк может использоваться для обозначения нецветковых растений, таких как папоротники и мохообразные . [ нужна ссылка ]
Почвенный банк семян является важным источником размножения для восстановления растительности. [5] и восстановление богатой видами растительности, [6] поскольку они обеспечивают воспоминания о прошлой растительности и представляют структуру будущего населения. [6] Более того, состав банка семян часто более устойчив к изменениям окружающей среды, чем растительность. [7] хотя хроническое отложение N может истощить его. [8] [9] Во многих системах плотность почвенного семенного банка часто ниже, чем плотность растительности. [4] имеются большие различия в видовом составе семенного банка и составе надземной растительности. [10] [11] [12] Кроме того, ключевым моментом является взаимосвязь между банком семян почвы и исходным потенциалом для измерения потенциала восстановления растительности. [13] [14] В местах обитания, находящихся под угрозой исчезновения, таких как илистые отмели, редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды могут присутствовать в высокой плотности, состав банка семян часто более устойчив, чем растительность, к изменениям окружающей среды[7][7], [15]
Почвенные семенные банки являются важнейшей частью быстрого восстановления растительности на участках, нарушенных лесными пожарами, катастрофическими погодными условиями, сельскохозяйственными работами и заготовкой древесины – естественным процессом, известным как вторичная сукцессия . В почвенных семенных банках часто доминируют виды-первопроходцы , те виды, которые специально приспособлены 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. [ нужна ссылка ]
Отсутствие почвенного семенного банка препятствует формированию растительности во время первичной сукцессии , тогда как наличие хорошо укомплектованного почвенного семенного банка позволяет быстро развивать богатые видами экосистемы во время вторичной сукцессии . [ нужна ссылка ]
Долговечность семян
[ редактировать ]
Многие таксоны были классифицированы в зависимости от долговечности их семян в почвенном семенном банке. Семена переходных видов остаются жизнеспособными в почвенном семенном банке только до следующей возможности прорасти , в то время как семена устойчивых видов могут выжить дольше, чем при следующей возможности - часто намного дольше, чем один год. Виды, семена которых сохраняют жизнеспособность в почве более пяти лет, образуют долговременно стойкий банк семян, а виды, семена которых обычно прорастают или погибают в течение одного-пяти лет, называются кратковременно стойкими. Типичным долгоживущим видом является Chenopodium album (Lambsquarters); его семена обычно остаются жизнеспособными в почве до 40 лет, а в редких случаях - до 1600 лет. [17] Видом, вообще не образующим почвенного семенного банка (за исключением засушливого сезона между созреванием и первыми осенними дождями), является Agrostemma githago (Корнококль), который раньше был широко распространенным злаковым сорняком. [ нужна ссылка ]
Срок годности семян очень изменчив и зависит от многих факторов. Семена, закопанные глубже, имеют тенденцию сохраняться дольше. [18] Однако лишь немногие виды живут более 100 лет. [19] В типичных почвах продолжительность жизни семян может колебаться от почти нулевой (прорастание сразу при попадании в почву или даже раньше) до нескольких сотен лет. Одними из самых старых, еще жизнеспособных семян были семена лотоса ( Nelumbo nucifera ), найденные в почве пруда; По данным радиоуглеродного датирования , этим семенам 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 долговечности семян
[ редактировать ]Одно из самых длительных испытаний жизнеспособности почвенных семян было начато в Мичигане в 1879 году Джеймсом Билом . В ходе эксперимента было закопано 20 бутылок с 50 семенами 21 вида. Каждые пять лет бутылку каждого вида собирали и проращивали на подносе со стерилизованной почвой, который хранился в камере выращивания. Позже, когда ответственность за управление экспериментом была передана смотрителям, период между извлечениями стал длиннее. В 1980 году, более чем через 100 лет после начала испытаний, наблюдалось прорастание семян только трех видов: коровяка обыкновенного ( Verbascum blattaria ), коровяка обыкновенного ( Verbascum thapsus ) и мальвы обыкновенной ( Malva ignorea ). [22] Было проведено несколько других экспериментов для определения долгосрочной долговечности семян в почвенных банках семян.
| Разновидность | Время | Комментарии | |
|---|---|---|---|
| Вербаскум блаттария | Не менее 142 лет [23] | ||
| Вербаскум тапсус | По крайней мере 100 лет [22] | ||
| игнорируется мальва | По крайней мере 100 лет | ||
| Энотера биеннис | 80 лет [24] | 10% семян проросли после 80-летнего возраста. | |
| Румекс хрустящий | 80 лет | До этого момента дожило только 2% семян. [24] | |
| Страмониум дурман | Не менее 39 лет | Сообщалось о более чем 90-процентной всхожести. [25] | |
| Фитолакка американская | Не менее 39 лет | Сообщалось о 80-90-процентной всхожести. [25] | |
| Черный паслен | Не менее 39 лет | Сообщалось о более чем 80-процентной всхожести. [25] | |
| Робиния псевдоакация | Не менее 39 лет | ||
| Амброзия полыннолистная | Не менее 39 лет | ||
| Лапчатка норвежская | Не менее 39 лет | ||
| Онопордум акантовый | Не менее 39 лет | ||
| Рудбекия хирта | Не менее 39 лет | ||
| Полигоны Кускуты | Не менее 39 лет | ||
| Леспедеза фруктовая | Не менее 39 лет | ||
| Вьюнок сепий | Не менее 39 лет | ||
| Ипомея лакуноза | Не менее 39 лет | ||
| Вербена пронзена | Не менее 39 лет | ||
| Вербена крапивнолистная | Не менее 39 лет | ||
| Никотиана табакум | Не менее 39 лет | ||
| Лапы Арктики | Не менее 39 лет | Сообщалось только о 1 проценте всхожести. | |
| Бемерия нивеа | Не менее 39 лет | ||
| Сетария мутовчатая | Не менее 39 лет | ||
| Трифолиум луговой | Не менее 39 лет | ||
| Румекс туполистный | Не менее 39 лет | ||
| Румекс салицифолиус | Не менее 39 лет | ||
| Альбом хеноподиума | Не менее 39 лет | ||
| Chenopodium гибридный | Не менее 39 лет | ||
| Абутилон Теофраста | Не менее 39 лет | ||
| Лейкантемум обыкновенный | Не менее 39 лет | ||
| Военный гибискус | Не менее 39 лет | ||
| Зверобой гиперикодесный | Не менее 39 лет | ||
| Спороболус криптандрус | Не менее 39 лет | ||
| Восхождение на полигон | Не менее 39 лет | Всхожесть была очень низкой на протяжении всего эксперимента. | |
| Мятлик луговой | Не менее 39 лет | ||
| Сетария зеленая | Не менее 39 лет | ||
| Фаларис тростниковый | 30 лет | Выжил только 1 процент семян. | |
| Портулак огородный | 30 лет | 38 процентов наиболее глубоко закопанных семян оказались жизнеспособными в течение 21 года, а 1 процент более неглубоко закопанных семян, как сообщается, проросли после 30-летнего возраста. | |
| Polygonum pensylvanicum | 30 лет | ||
| Полигонум персикарийный | 30 лет | ||
| Кассия Мариландика | 30 лет | ||
| Тласпи арвенсе | 30 лет | ||
| Трифолиум гибридный | 30 лет | ||
| Амброзия трехраздельная | 21 год | ||
| Брассика черная | 21 год | ||
| Дракоцефалум парвифлорум | 24,7 лет [26] | ||
| Рориппа Исландика | 24,7 лет | ||
| Матрикария дискоидеа | 24,7 лет | ||
| Птица-птица | 24,7 лет | ||
| Helianthus annuus | 17 лет [18] | ||
| Сетария парвифлора | 17 лет | ||
| Цирсиум полевой | 17 лет | ||
| Флодмания вишня | 17 лет | ||
| Ипомея Hederacea | 17 лет | ||
| Персикария амфибия | 17 лет | ||
| Амарант туберкулатус | 17 лет | ||
| Паслен саррахоидный | 17 лет | ||
| Амброзия серая | 17 лет | Взошло только 1% семян. | |
| Бассия скопария | 17 лет | Взошло только 1% семян. | |
| Эхинохлоа crus-galli | 17 лет | Взошло только 1% семян. | |
| Амарант ретрофлексный | 12 лет [18] | ||
| Пайрус каллерьяна | Не менее 11 лет [27] |
Другие исследования
[ редактировать ]Известно, что виды Striga (ведьмин-трава) оставляют в почве одну из самых высоких плотностей семян по сравнению с другими родами растений ; это основной фактор, повышающий их инвазивный потенциал. [28] Каждое растение способно дать от 90 000 до 450 000 семян, хотя большинство этих семян нежизнеспособны. [29] Было подсчитано, что только два вида ведьмы дадут достаточно семян, необходимых для пополнения банка семян после сезонных потерь. [30] До появления гербицидов хорошим примером устойчивого вида семенного банка был Papaver rhoeas , который иногда был настолько многочисленным на сельскохозяйственных полях в Европе, что его можно было принять за сельскохозяйственную культуру. [ нужна ссылка ]
Исследования генетической структуры популяций Androsace septentrionalis в банке семян по сравнению с популяциями устоявшихся растений показали, что разнообразие внутри популяций выше под землей, чем над землей. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джек Деккер (1997). «Почвенный банк семян» . Агрономический факультет Университета штата Айова . Проверено 10 декабря 2015 г.
- ^ Кристоффолети, П.Дж.; Каэтано, RSX (17 июля 1998 г.). «Почвенные семенные банки» . Наука Агрикола . 55 : 74–78. дои : 10.1590/S0103-90161998000500013 .
- ^ Маккартни, Юджин С. (1931). «Лесная преемственность и фольклор». Классический еженедельник . 25 (6): 47–48. дои : 10.2307/4389644 . JSTOR 4389644 .
- ^ Jump up to: а б ДеМалах, Нив; Кигель, Хайме; Штернберг, Марсело (01 марта 2023 г.). «Контрастная динамика семенных банков и стоячей растительности однолетних и многолетних растений по градиенту осадков» . Перспективы экологии, эволюции и систематики растений . 58 : 125718. arXiv : 2301.12696 . дои : 10.1016/j.ppees.2023.125718 . ISSN 1433-8319 .
- ^ Лу, ZJ, Ли, LF, Цзян, MX, Хуан, Х.Д. и Бао, округ Колумбия, Может ли почвенный банк семян способствовать восстановлению растительности в зоне понижения давления в районе водохранилища Трех ущелий? Экология растений, 2010, вып. 209, нет. 1, стр. 153–165.
- ^ Jump up to: а б Фишер, Джудит Л.; Лонераган, Уильям А.; Диксон, Кингсли; Венеклаас, Эрик Дж. (1 февраля 2009 г.). «Изменение состава банка семян почвы ограничивает биоразнообразие в захваченных богатых видами лесных массивах» . Биологическая консервация . 142 (2): 256–269. дои : 10.1016/j.biocon.2008.10.019 . ISSN 0006-3207 .
- ^ ДеМалах, Нив; Кигель, Хайме; Штернберг, Марсело (март 2021 г.). Даллинг, Джеймс (ред.). «Почвенный банк семян может смягчать долгосрочные изменения состава однолетних растительных сообществ» . Журнал экологии . 109 (3): 1275–1283. arXiv : 2010.15693 . дои : 10.1111/1365-2745.13555 . ISSN 0022-0477 .
- ^ Эскелинен, Ану; Элвуд, Элиза; Харрисон, Сьюзен; Бейен, Ева; Гремер, Дженнифер Р. (декабрь 2021 г.). «Уязвимость банков семян пастбищ к глобальным изменениям, увеличивающим ресурсы» . Экология . 102 (12): e03512. дои : 10.1002/ecy.3512 . ISSN 0012-9658 . ПМИД 34358331 .
- ^ Басто, София; Томпсон, Кен; Феникс, Гарет; Слоан, Виктория; Лик, Джонатан; Рис, Марк (4 февраля 2015 г.). «Длительное отложение азота истощает семенные банки пастбищ» . Природные коммуникации . 6 (1): 6185. doi : 10.1038/ncomms7185 . ISSN 2041-1723 .
- ^ Сандерсон, М.А., Госли, С.К., Клемент, К.Д., и Содер, К.Дж., Состав банка семян почвы на пастбищах с различными смесями кормов умеренного пояса, Агрон. Ж., 2007, вып. 99, нет. 6, с. 1514.
- ^ Уайт, С.; Борк, Э.; Карст, Дж.; Кэхилл, Дж. (21 ноября 2012 г.). «Сходство между луговой растительностью и сдвигами семенного банка с изменением количества осадков и вырубкой, но не с потеплением» . Общественная экология . 13 (2): 129–136. дои : 10.1556/comec.13.2012.2.1 . ISSN 1588-2756 .
- ^ Хопфенспергер, К.Н., Обзор сходства между банком семян и стоячей растительностью в разных экосистемах, Oikos, 2007, vol. 116, стр. 1438–1448.
- ^ Лу, ZJ, Ли, LF, Цзян, MX, Хуан, Х.Д. и Бао, округ Колумбия, Может ли почвенный банк семян способствовать восстановлению растительности в зоне понижения давления в районе водохранилища Трех ущелий? Экология растений, 2010, вып. 209, нет. 1, стр. 153–165.
- ^ Ван, Юнцуй; Цзян, Деминг; Тосио, Осида; Чжоу, Цюаньлай (1 сентября 2013 г.). «Последние достижения в исследованиях банков семян почвы» . Современные проблемы экологии . 6 (5): 520–524. дои : 10.1134/S1995425513050181 . ISSN 1995-4263 . S2CID 255553677 .
- ^ Пошлод, Питер; Росбах, Сергей (2018). «Виды илистых равнин: находятся под угрозой или скрыты? Обширное исследование банка семян 108 рыбных прудов в Южной Германии». Биологическая консервация . 225 : 154–163. дои : 10.1016/j.biocon.2018.06.024 . S2CID 91872044 .
- ^ 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 .
- ^ «Университет штата Айова: Колледж сельского хозяйства и наук о жизни: Ламбсквартерс» .
- ^ Jump up to: а б с Бернсайд, Орвин К.; Уилсон, Роберт Г.; Вайсберг, Сэнфорд; Хаббард, Кеннет Г. (1996). «Продолжительность жизни семян 41 вида сорняков, захороненных 17 лет назад в Восточной и Западной Небраске». Наука о сорняках . 44 (1): 74–86. дои : 10.1017/S0043174500093589 . S2CID 82721189 .
- ^ Кен Томпсон, Ян П. Баккер и Рене М. Беккер. 1997. Банки семян почвы северо-западной Европы: методология, плотность и долговечность. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 276
- ^ Дж. Дерек Бьюли; Майкл Блэк; Питер Халмер (2006). Энциклопедия семян: наука, технология и использование . КАБИ. стр. 14–15. ISBN 978-0-85199-723-0 .
- ^ Фонтан, Генри (17 июня 2008 г.). «Семя финика Масады — самое старое из когда-либо проросших» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 9 декабря 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Фрэнк В. Телевски. «Исследования и преподавание» . Кафедра биологии растений Мичиганского государственного университета . Проверено 10 декабря 2015 г.
- ^ «Раскрытие научной тайны» . msutoday.msu.edu . Мичиганский государственный университет.
- ^ Jump up to: а б Дарлингтон, штат ХТ; Штайнбауэр, врач общей практики (1961). «Восьмидесятилетний период эксперимента доктора Била по жизнеспособности семян». Американский журнал ботаники . 48 (4): 321–325. дои : 10.1002/j.1537-2197.1961.tb11645.x .
- ^ Jump up to: а б с Браун, Э.; Тул, Э.Х. (1946). «Окончательные результаты эксперимента Дювеля с закопанными семенами» . Журнал сельскохозяйственных исследований . 72 (6).
- ^ Конн, Джеффри С.; Вердин-Пфистерер, Нэнси Р. (2010). «Изменение жизнеспособности и покоя семян 17 видов сорняков после 24,7 лет захоронения: концепция безопасных мест для захороненных семян». Наука о сорняках . 58 (3): 209–215. дои : 10.1614/WS-D-09-00084.1 . S2CID 9103710 .
- ^ Серота, Ципора Х.; Калли, Тереза М. (2019). «Прорастание семян и выживаемость рассады инвазивной груши Каллери (Pyrus calleryana Decne.) Через 11 лет после сбора плодов». Кастанея . 84 (1): 47. дои : 10.2179/0008-7475.84.1.47 . S2CID 191180173 .
- ^ Росс, Меррилл А.; Лемби, Кэрол А. (2008). Прикладная наука о сорняках: включая экологию и борьбу с инвазивными растениями . Прентис Холл. п. 22. ISBN 978-0-13-502814-8 .
- ^ Фаиз Ф. Бебави; Роберт Э. Эпли; Ребекка С. Норрис (март 1984 г.). «Влияние размера и веса семян на прорастание, появление и паразитирование семян ведьмы (Striga asiatica)». Наука о сорняках . 32 (2): 202–205. дои : 10.1017/S0043174500058811 . JSTOR 4043831 . S2CID 89078686 .
- ^ Дэниел М. Джоэл; Джонатан Грессель ; Литтон Дж. Массельман (2013). Паразитические Orobanchaceae: паразитарные механизмы и стратегии борьбы . Springer Science & Business Media. п. 394. ИСБН 978-3-642-38146-1 .