布拉格森林刺槐（Robinia pseudoacacia）种子质量、萌发特性及土壤种子库研究

《Trees, Forests and People》：Seed mass, germination and soil seed banks of black locust ( Robinia pseudoacacia) in Prague forests, Czechia

　　

摘要专业翻译 刺槐（Robinia pseudoacacia）已成为布拉格植被的组成部分。尽管该树种在城市环境中具有诸多益处，但它也对部分具有保护价值的栖息地构成威胁。因此，部分被选定的刺槐林正在被改造为物种组成更为自然的林分。Robinia pseudoacacia 具有较强的萌蘖能力、结实丰富并能形成土壤种子库。此前布拉格缺乏关于刺槐种子参数及种子库形成方面的信息。本研究（1）比较了刺槐成熟林木与幼龄萌蘖枝所产种子的质量与萌发参数，（2）量化了刺槐林分下土壤中的种子数量，以及（3）评估了土壤种子库中种子的萌发情况。来自成熟林木与幼龄萌蘖枝的种子，经冷水预浸处理后，平均萌发能力（germination capacity）分别为16.5%（成熟林木）和15.1%（幼龄萌蘖枝）；经热水预浸处理后，平均萌发能力分别为77%（成熟林木）和78%（幼龄萌蘖枝）。在所评估的布拉格样地中，0–10 cm 土层内 Robinia 种子的平均数量为 10500 粒 m?2。种子库中经冷预处理种子的萌发能力介于1%至3.6%之间；经热预处理种子的萌发能力介于66%至90%之间。萌蘖枝与成熟林木的种子参数相当。布拉格刺槐的土壤种子库可能在干扰后促进该物种的重新定殖。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

布拉格作为捷克首都，拥有丰富的城市绿化资源，其非林地 cultivated 绿色空间（如公园、花园和果园）占全市面积的8%，城市森林另占10%。此外，行道树和城市荒野区域（主要发育于棕地和城市废弃地块）也是城市绿化的重要组成部分。城市绿化带来诸多益处的同时，也伴随着需要解决的管理问题，刺槐管理即为其中之一。

刺槐是一种原产北美的树种，于17世纪引入欧洲，18世纪初引入捷克。20世纪上半叶，该树种在布拉格被广泛用于造林、再造林和城市绿化。目前，刺槐占布拉格市属林地面积的11%，并存在于城市绿化的所有其他组成部分中。

刺槐在城市环境中扮演着积极与消极的双重角色。积极方面，该树种非常适合街道林荫道和公园孤植树，具有遮荫高效的树冠形态，对建成区环境极为适宜；刺槐对多种城市胁迫因子具有突出的适应能力，能在多种土壤类型上定殖和生长；作为固氮树种，它能高效生产生物量并向土壤提供富含氮的有机凋落物；在某些情况下，刺槐还促进了棕地和城市废弃地块的自发植被恢复及后续生物修复。消极方面，刺槐作为具有高入侵潜力的非本地物种，可能改变生态系统功能和物种组成，例如干扰氮循环、改变土壤化学性质以及改变微气候和光照条件。在某些生境中，刺槐可被归类为“转变物种”（transformer species），即能在显著区域内改变原有生态系统的特征、状况或形态的入侵性外来物种，需要投入大量资源进行控制、遏制或根除。在中欧地区，喜温矮化栎林、北方大陆性松林以及干旱和半干旱草地等栖息地是受刺槐入侵威胁最严重的生境类型，而这些濒危栖息地在布拉格均有分布。

刺槐的清除是一项困难且长期的任务。该树种既能通过种子进行有性繁殖，也能通过伐桩或根蘖进行无性繁殖。近年来，新方法已显著提高了在脆弱生境中控制刺槐生长树木的效率。然而，刺槐林分可形成丰富而持久的土壤种子库，在适宜条件下，该物种可在母株林分被清除多年后重新定殖栖息地。此外，被忽视的刺槐萌蘖枝可迅速开始产种，补充种子库并通过有性繁殖增强无性再定殖能力。此前布拉格缺乏关于刺槐林分下土壤种子库规模与更新潜力以及幼龄无性萌蘖枝与成熟林木种子性状比较的信息。

本研究旨在：（1）比较成熟林木与刺槐萌蘖枝所产种子的质量与萌发参数；（2）量化布拉格刺槐林分下的土壤种子库；（3）评估布拉格土壤种子库中种子的萌发情况。

二、主要关键技术方法

研究人员在布拉格四个森林样地（Bohnice、Cholupice、Hostivar、Sarka）开展采样工作。2018年秋季采集成熟林木和幼龄萌蘖枝（高度不超过2.5 m）的种子各8个种子批次，测定千粒重和萌发参数。2020年使用25×25 cm方形采样框，在每个样地0–5 cm（A层）和5–10 cm（B层）各采集6个土壤样本，共48个土壤样本，用于种子库量化。种子萌发试验采用冷水和热水（100°C）两种预浸处理，在气候培养箱中进行28天萌发测试，光周期为8小时光照30°C/16小时黑暗20°C。统计分析方法采用广义线性混合模型（GLMM）评估萌发能量、萌发能力和种子数量数据，采用混合线性模型（LMM）评估种子重量数据。

三、研究结果

3.1 成熟林木与幼龄萌蘖枝种子参数比较

研究人员对来自四个样地、两种种子来源（成熟林木和幼龄萌蘖枝）的种子进行了质量与萌发参数测定。冷水预浸处理的种子平均萌发能力为16.5%（成熟林木）和15.1%（幼龄萌蘖枝）；热水预浸处理的种子平均萌发能力为77%（成熟林木）和78%（幼龄萌蘖枝）。统计分析表明，成熟林木与萌蘖枝所产种子的质量参数和萌发参数具有可比性，两者之间无显著差异。

3.2 土壤种子库量化

研究人员对四个样地0–10 cm土层中的刺槐种子进行了计数。结果表明，所评估的布拉格样地中 Robinia 种子平均数量为10500粒 m^?2。种子数量在样地间和土层间存在差异，统计分析评估了样地和土层对种子数量的影响。

3.3 土壤种子库种子萌发评估

研究人员对从土壤种子库中分离的种子进行了冷水和热水预浸处理后的萌发测试。冷水预浸处理种子库种子的萌发能力介于1%至3.6%之间；热水预浸处理种子库种子的萌发能力介于66%至90%之间。结果表明，种子库中的刺槐种子在热水处理后具有较高的萌发潜力。

四、讨论与结论

研究结果表明，刺槐成熟林木与幼龄萌蘖枝所产种子的质量与萌发参数相当，这意味着被忽视的萌蘖枝同样具有补充种子库的潜力。布拉格刺槐林分下的土壤种子库规模庞大（平均10500粒 m^?2），且种子库中的种子在适宜条件下（如热水处理模拟的破休眠条件）具有较高的萌发能力。这一发现表明，刺槐的土壤种子库可能在干扰后促进该物种的重新定殖，即使在母株林分被清除多年后，种子库仍可能成为再入侵的潜在来源。

研究结论指出，布拉格刺槐的土壤种子库可能促进该物种在干扰后的重新定殖。这一结论对刺槐管理实践具有重要意义：在实施刺槐清除和生境恢复项目时，必须充分考虑土壤种子库的长期存在及其更新潜力，制定相应的后续监测和萌蘖控制策略，以防止刺槐在清除后的再次入侵。