Почвенный банк семян

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Почвенный банк семян — это естественные запасы 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 сообщала о распределении 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[en]*

и реставрационную экологию[en] .

Генри Дэвид Торо писал, что современное популярное мнение, объясняющее вторичную сукцессию вырубленного леса, в частности деревьев разного вида, по отношению к срубленным деревьям, 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[править | править код]

Банк семян — один из ключевых факторов устойчивости и колебаний плотности популяций растений, особенно однолетних растений[4]. Многолетние растения имеют органы для вегетативного размножения, облегчающие формирование новых растений, миграцию на новый грунт или восстановление после уничтожения надземной части, которые аналогичны банку семян по своей способности сохраняться в условиях беспокойства. Эти органы размножения вместе называются «банком почвенных почек» и включают спящие и придаточные почки на столонах, корневищах и луковицах. Более того, термин «банк почвенных диаспор» может использоваться для обозначения нецветковых растений, таких как папоротники и мохообразные. 

Банк почвенных семян является важным источником размножения для восстановления растительности[5] и восстановления богатой видами растительности[6], поскольку они обеспечивают воспоминания о прошлой растительности и представляют структуру будущей популяции[6]. Более того, состав банка семян часто более устойчив к изменениям окружающей среды, чем растительность[7], хотя хроническое отложение азота может его истощить[8][9]. Во многих системах плотность почвенного семенного банка зачастую ниже, чем растительности[10] и имеются большие различия в видовом составе семенного банка и составе надземной растительности[11][12][13]. Кроме того, ключевым моментом является взаимосвязь между банком семян почвы и исходным потенциалом для измерения потенциала восстановления растительности[14][15]. В местах обитания, находящихся под угрозой исчезновения, таких как илистые отмели, редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды могут присутствовать в больших количествах, состав семенного банка часто более устойчив, чем растительность, к изменениям окружающей среды[16].

Почвенные семенные банки являются важнейшей частью быстрого восстановления растительности на участках, нарушенных лесными пожарами, катастрофическими погодными условиями, сельскохозяйственными операциями 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[17]. Лесные экосистемы[en] и водно-болотные угодья содержат ряд специализированных видов растений, образующих устойчивые почвенные семенные банки.

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.

Долговечность семян[править | править код]

Сушеные семена лотоса

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.[18] Видом, вообще не образующим почвенного семенного банка (за исключением засушливого периода между созреванием и первыми осенними дождями), является Agrostemma githago, который раньше был широко распространенным злаковым сорняком.

Срок годности семян очень изменчив и зависит от многих факторов. Семена, закопанные глубже, имеют тенденцию сохраняться дольше[19]. Однако лишь немногие виды живут более 100 лет[20]. 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[21]. Один сорт финиковой пальмы, иудейская финиковая пальма, успешно пророс в 2008 году после случайного хранения в течение 2000 лет[22].

Знаменитые эксперименты по долговечности семян[править | править код]

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, спустя более 100 лет после начала испытаний, наблюдалось прорастание семян только трёх видов: коровяка обыкновенного ( Verbascum blattaria ), коровяка обыкновенного ( Verbascum thapsus ) и мальвы обыкновенной ( Malva ignorea ). [23] Было проведено несколько других экспериментов для определения долгосрочной долговечности семян в почвенных банках семян.

Soil seed bank longevity of seeds in experimental conditions
Species Time Comments
Verbascum blattaria At least 142 years[24]
Verbascum thapsus At least 100 years [25]
Malva neglecta At least 100 years
Oenothera biennis 80 years[26] 10% of seeds sprouted after the 80-year mark
Rumex crispus 80 years Only 2% of seeds survived to this point.[26]
Datura stramonium At least 39 years Over 90 percent germination rate was reported[27]
Phytolacca americana At least 39 years 80-90 percent germination rate was reported[27]
Solanum nigrum At least 39 years Over 80 percent germination rate was reported[27]
Robinia pseudoacacia At least 39 years
Ambrosia artemisiifolia At least 39 years
Potentilla norvegica At least 39 years
Onopordum acanthium At least 39 years
Rudbeckia hirta At least 39 years
Cuscuta polygonorum At least 39 years
Lespedeza frutescens At least 39 years
Convolvulus sepium At least 39 years
Ipomoea lacunosa At least 39 years
Verbena hastata At least 39 years
Verbena urticifolia At least 39 years
Nicotiana tabacum At least 39 years
Arctium lappa At least 39 years Only 1 percent germination was reported.
Boehmeria nivea At least 39 years
Setaria verticillata At least 39 years
Trifolium pratense At least 39 years
Rumex obtusifolius At least 39 years
Rumex salicifolius At least 39 years
Chenopodium album At least 39 years
Chenopodium hybridum At least 39 years
Abutilon theophrasti At least 39 years
Leucanthemum vulgare At least 39 years
Hibiscus militaris At least 39 years
Hypericum hypericoides At least 39 years
Sporobolus cryptandrus At least 39 years
Polygonum scandens At least 39 years Germination rate was very low throughout the experiment.
Poa pratensis At least 39 years
Setaria viridis At least 39 years
Phalaris arundinacea 30 years Only 1 percent of seed survived.
Portulaca oleracea 30 years 38 percent of the most deeply buried seeds were viable at 21 years, 1 percent of more shallowly buried seeds are reported sprouting after the 30 year mark.
Polygonum pensylvanicum 30 years
Polygonum persicaria 30 years
Cassia marilandica 30 years
Thlaspi arvense 30 years
Trifolium hybridum 30 years
Ambrosia trifida 21 years
Brassica nigra 21 years
Dracocephalum parviflorum 24.7 years[28]
Rorippa islandica 24.7 years
Matricaria discoidea 24.7 years
Polygonum aviculare 24.7 years
Helianthus annuus 17 years[29]
Setaria parviflora 17 years
Cirsium arvense 17 years
Cirsium flodmanii 17 years
Ipomoea hederacea 17 years
Persicaria amphibia 17 years
Amaranthus tuberculatus 17 years
Solanum sarrachoides 17 years
Ambrosia grayii 17 years Only 1% of seed germinated.
Bassia scoparia 17 years Only 1% of seed germinated.
Echinochloa crus-galli 17 years Only 1% of seed germinated.
Amaranthus retroflexus 12 years[29]
Pyrus calleryana At least 11 years[30]

Другие исследования[править | править код]

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[31]. Каждое растение способно дать от 90 000 до 450 000 семян, хотя большинство этих семян нежизнеспособны[32]. Было подсчитано, что только два вида ведьмы дадут достаточно семян, необходимых для пополнения банка семян после сезонных потерь. [33] До появления гербицидов хорошим примером устойчивого вида семенного фонда был Papaver rhoeas, который иногда был настолько многочисленным на сельскохозяйственных полях в Европе, что его можно было принять за сельскохозяйственную культуру. </link>[ нужна цитата ]

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.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Jack Dekker. The Soil Seed Bank. Agronomy Department, Iowa State University (1997). Дата обращения: 10 декабря 2015.
  2. ↑ Christoffoleti, P. J.; Caetano, R. S. X. (July 17, 1998). "Soil seed banks". Scientia Agricola. 55: 74—78. doi:10.1590/S0103-90161998000500013 – via SciELO.
  3. ↑ Mcartney, Eugene S. (1931). "Forest Succession and Folklore". The Classical Weekly. 25 (6): 47—48. doi:10.2307/4389644. JSTOR 4389644.
  4. ↑ DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (2023-03-01). "Contrasting dynamics of seed banks and standing vegetation of annuals and perennials along a rainfall gradient". Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 58: 125718. arXiv:2301.12696. doi:10.1016/j.ppees.2023.125718. ISSN 1433-8319.
  5. ↑ Lu, Z.J., Li, L.F., Jiang, M.X., Huang, H.D., and Bao, D.C., Can the soil seed bank contribute to revegetation of the drawdown zone in the Three Gorges reservoir region? Plant Ecol., 2010, vol. 209, no. 1,pp. 153–165.
  6. ↑ 1 2 Fisher, Judith L.; Loneragan, William A.; Dixon, Kingsley; Veneklaas, Erik J. (2009-02-01). "Soil seed bank compositional change constrains biodiversity in an invaded species-rich woodland". Biological Conservation (англ.). 142 (2): 256—269. doi:10.1016/j.biocon.2008.10.019. ISSN 0006-3207.
  7. ↑ DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (March 2021). Dalling, James (ed.). "The soil seed bank can buffer long‐term compositional changes in annual plant communities". Journal of Ecology (англ.). 109 (3): 1275—1283. arXiv:2010.15693. doi:10.1111/1365-2745.13555. ISSN 0022-0477.
  8. ↑ Eskelinen, Anu; Elwood, Elise; Harrison, Susan; Beyen, Eva; Gremer, Jennifer R. (December 2021). "Vulnerability of grassland seed banks to resource‐enhancing global changes". Ecology (англ.). 102 (12). doi:10.1002/ecy.3512. ISSN 0012-9658.
  9. ↑ Basto, Sofía; Thompson, Ken; Phoenix, Gareth; Sloan, Victoria; Leake, Jonathan; Rees, Mark (2015-02-04). "Long-term nitrogen deposition depletes grassland seed banks". Nature Communications (англ.). 6 (1): 6185. doi:10.1038/ncomms7185. ISSN 2041-1723.
  10. ↑ DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (2023-03-01). "Contrasting dynamics of seed banks and standing vegetation of annuals and perennials along a rainfall gradient". Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 58: 125718. arXiv:2301.12696. doi:10.1016/j.ppees.2023.125718. ISSN 1433-8319.DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (2023-03-01). "Contrasting dynamics of seed banks and standing vegetation of annuals and perennials along a rainfall gradient". Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 58: 125718. arXiv:2301.12696. doi:10.1016/j.ppees.2023.125718. ISSN 1433-8319.
  11. ↑ Sanderson, M.A., Goslee, S.C., Klement, K.D., and Soder, K.J., Soil seed bank composition in pastures of diverse mixtures of temperate forages, Agron. J., 2007, vol. 99, no. 6, p. 1514.
  12. ↑ White, S.; Bork, E.; Karst, J.; Cahill, J. (2012-11-21). "Similarity between grassland vegetation and seed bank shifts with altered precipitation and clipping, but not warming". Community Ecology (англ.). 13 (2): 129—136. doi:10.1556/comec.13.2012.2.1. ISSN 1588-2756.
  13. ↑ Hopfensperger, K.N., A review of similarity between seed bank and standing vegetation across ecosystems,Oikos, 2007, vol. 116, pp. 1438–1448.
  14. ↑ Lu, Z.J., Li, L.F., Jiang, M.X., Huang, H.D., and Bao, D.C., Can the soil seed bank contribute to revegetation of the drawdown zone in the Three Gorges reservoir region? Plant Ecol., 2010, vol. 209, no. 1,pp. 153–165
  15. ↑ Wang, Yongcui; Jiang, Deming; Toshio, Oshida; Zhou, Quanlai (2013-09-01). "Recent advances in soil seed bank research". Contemporary Problems of Ecology (англ.). 6 (5): 520—524. doi:10.1134/S1995425513050181. ISSN 1995-4263. S2CID 255553677.
  16. ↑ Poschlod, Peter; Rosbakh, Sergey (2018). "Mudflat species: Threatened or hidden? An extensive seed bank survey of 108 fish ponds in Southern Germany". Biological Conservation (англ.). 225: 154—163. doi:10.1016/j.biocon.2018.06.024. S2CID 91872044.
  17. ↑ Tang, Yong; Cao, Min; Fu, Xianhui (2006). "Soil Seedbank in a Dipterocarp Rain Forest in Xishuangbanna, Southwest China". Biotropica. 38 (3): 328—333. doi:10.1111/j.1744-7429.2006.00149.x. S2CID 53974012.
  18. ↑ Iowa State University: College of Agriculture and Life Science: Lambsquarters.
  19. ↑ Burnside, Orvin C.; Wilson, Robert G.; Weisberg, Sanford; Hubbard, Kenneth G. (1996). "Seed Longevity of 41 Weed Species Buried 17 Years in Eastern and Western Nebraska". Weed Science. 44 (1): 74—86. doi:10.1017/S0043174500093589. S2CID 82721189.
  20. ↑ Ken Thompson, Jan P. Bakker, and Renée M. Bekker. 1997. The soil seed banks of north west Europe : methodology, density and longevity. New York : Cambridge University Press. p. 276
  21. ↑ J. Derek Bewley. The Encyclopedia of Seeds: Science, Technology and Uses / J. Derek Bewley, Michael Black, Peter Halmer. — CABI, 2006. — P. 14–15. — ISBN 978-0-85199-723-0.
  22. ↑ Fountain, Henry (2008-06-17). "Date Seed of Masada is Oldest Ever to Sprout". New York Times. Дата обращения: 9 декабря 2021.
  23. ↑ Frank W. Telewski. Research & Teaching. Department of Plant Biology, Michigan State University. Дата обращения: 10 декабря 2015.
  24. ↑ Unearthing a scientific mystery. msutoday.msu.edu. Michigan State University.
  25. ↑ Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок auto22 не указан текст
  26. ↑ 1 2 Darlington, H.T.; Steinbauer, G.P. (1961). "THE EIGHTY-YEAR PERIOD FOR DR. BEAL'S SEED VIABILITY EXPERIMENT". American Journal of Botany. 48 (4): 321—325. doi:10.1002/j.1537-2197.1961.tb11645.x.
  27. ↑ 1 2 3 Brown, E.; Toole, E.H. (1946). "Final Results of the Duvel Buried Seed Experiment". Journal of Agricultural Research. 72 (6).
  28. ↑ Conn, Jeffrey S.; Werdin-Pfisterer, Nancy R. (2010). "Variation in Seed Viability and Dormancy of 17 Weed Species after 24.7 Years of Burial: The Concept of Buried Seed Safe Sites". Weed Science. 58 (3): 209—215. doi:10.1614/WS-D-09-00084.1. S2CID 9103710.
  29. ↑ 1 2 Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок auto32 не указан текст
  30. ↑ Serota, Tziporah H.; Culley, Theresa M. (2019). "Seed Germination and Seedling Survival of Invasive Callery Pear (Pyrus calleryana Decne.) 11 Years After Fruit Collection". Castanea. 84 (1): 47. doi:10.2179/0008-7475.84.1.47. S2CID 191180173.
  31. ↑ Ross, Merrill A. Applied Weed Science: Including the Ecology and Management of Invasive Plants / Merrill A. Ross, Carole A. Lembi. — Prentice Hall, 2008. — P. 22. — ISBN 978-0-13-502814-8.
  32. ↑ Faiz F. Bebawi; Robert E. Eplee; Rebecca S. Norris (March 1984). "Effects of Seed Size and Weight on Witchweed (Striga asiatica) Seed Germination, Emergence, and Host-Parasitization". Weed Science. 32 (2): 202—205. doi:10.1017/S0043174500058811. JSTOR 4043831. S2CID 89078686.
  33. ↑ Daniel M. Joel. Parasitic Orobanchaceae: Parasitic Mechanisms and Control Strategies / Daniel M. Joel, Jonathan Gressel, Lytton J. Musselman. — Springer Science & Business Media, 2013. — P. 394. — ISBN 978-3-642-38146-1.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Почвенный_банк_семян&oldid=136701892