三峡库区消落带种子库动态及多年生草本植物适应机制

The hydro-fluctuation belt in Three Gorges Reservoir area is evolving from land to water-land alternation area. More and more attentions are paid to the functions of damaged wetland seed bank and adaptation strategy of tolerance-flooding herb's life history in the vegetation recovery. Some progresses have been made in researches on wetland soil seed bank and adaptation mechanism of annual herb. However, rare investigation relates to soil seed bank of Three Gorges Reservoir area artifical restoration hydro-fluctuation belt and perennial herb's life history strategies. Our team has established 2 artificial restoration demonstration bases, and screened out 54 tolerance-flooding plants. The results show that: There are differences between artificial restoration hydro-fluctuation belt and natural hydro-fluctuation belt, which was presumed to be involved with soil seed bank, and not all the perennial herbs can finish their life history to produce mature seeds. In this project, we will study the structures and spatio-temporal trends of soil seed bank of the artificial restoration hydro-fluctuation belt and the natural hydro-fluctuation belt in Three Gorges Reservoir area by using seed germination method, explore the adaptation strategies of perennial herbs in the course of peridoic flood-emerge, and further reveal adaptation strategies of the pernnial herb's life history and spatio-temporal trends of the wetland soil seed bank and vegetation, thus providing scientific foundation for solving the crucial and practical problems of ecological restoration of hydro-fluctuation belt.

三峡库区消落带正由陆地向水陆交替湿地逐渐演变，受损湿地土壤种子库和适生草本植物生活史适应策略在植被恢复过程中的作用正日益受到重视。关于三峡库区自然消落带种子库及一年生草本植物适应机制研究已取得一定进展，但对三峡库区人工修复消落带种子库及多年生草本植物生活史适应策略研究尚未见报道。本课题组在三峡库区腹地已建立2个人工修复消落带示范基地，并筛选出54种适生植物，研究发现：人工修复消落带和自然消落带植被存在较大差异，推测与土壤种子库有关；多年生草本植物在消落带不一定都能完成生活史产生成熟种子。本项目通过种子萌发法对三峡库区不同高程人工修复消落带和自然消落带土壤种子库结构与时间动态，并从形态解剖、生理生化水平对多年生草本植物在周期性淹没-成陆过程中生活史各阶段适应机制进行探索性研究，揭示土壤种子库与植被时空动态及多年生草本植物生活史适应策略，为解决消落带植被生态修复关键性实践难题提供科学依据。

三峡水库消落区正由陆地生态系统向水陆交替湿地退化生态系统演变，受损湿地地上植被及土壤种子库的时空动态、优势物种多年生草本植物适应机制是本项目拟解决的主要科学问题。对于地上植被及土壤种子库，连续三年（2013-2015年）的研究结果表明：①生物多样性。时间动态：地上植被及其土壤种子库多样性正在逐年增加。空间动态：地上植被多样性随海拔下降而逐渐降低，土壤种子库具有中海拔优势（175-165m和165-155m），植被修复模式（人工或自然）的影响不显著。②优势物种组成。时空动态暂不明显，最主要的变化：因植被修复模式（人工或自然）而异。人工：一年生较单一，以狗尾草等为主；多年生以修复物种（如狗牙根等）为主。自然：一年生以狗尾草、苍耳、稗、水蓼等为主，多年生以狗牙根、香附子、艾等为主。③三峡水库消落区土壤种子库萌发时长标准似乎应该显著延长（一般认为连续2周无种子萌发即视为萌发结束），建议为：春季150-180d，夏季240-270d，秋季200-210d，冬季210-240d。对于多年生草本植物适应机制，主要在实际消落区种子水淹胁迫耐受机制与种子萌发植株出水恢复生长适应机制、模拟消落区水淹胁迫对种子萌发及幼苗生长的影响等方面取得重要进展，主要包括：①未经历过实际消落区水淹胁迫的多年生草本植物种子（如狗牙根等），经实际消落带水淹胁迫后萌发率极低甚至不萌发；而已经适应消落区极端环境的多年生草本植物种子（如黄花苜蓿），对实际消落区水淹胁迫可能存在一定的耐受能力和高程差异。②实际消落区不同年限狗牙根适应株匍匐茎非结构性碳水化合物净增长量总体显著高于根、地上茎和叶，将有助于狗牙根应对三峡水库消落区周期性水淹胁迫。③针对未经历过实际消落区水淹胁迫的多年生草本植物（如狗牙根、黄菖蒲）种子或萌发植株对模拟消落区水淹胁迫具有的不同耐受性，据此提出了不同的生态修复策略。上述成果，对于三峡水库消落区植被生态修复与治理具有一定的科学意义；部分成果，已初步或正在实现转化，具有良好的应用前景。