趙娜，賀夢璇，李洪遠*，莫訓強. 南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 30007；. 天津師范大學城市與環(huán)境科學學院，天津 300387

?

基于正交試驗設計的土壤種子庫萌發(fā)影響因素優(yōu)化研究

趙娜1，賀夢璇1，李洪遠1*，莫訓強2
1. 南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300071；2. 天津師范大學城市與環(huán)境科學學院，天津 300387

摘要：土壤種子庫（Soil Seed Bank）是土壤及土壤表面落葉層中所有具有生命力的種子的總和，是植被天然更新的種源貯備庫。選取表土鋪設厚度、覆蓋物厚度、引入喬木種子數(shù)量3個因素設置正交試驗，分析正交試驗后土壤種子庫的特征，采用極差分析法、主成分分析法、指標體系法對不同方案的土壤種子庫萌發(fā)效果進行評價。研究發(fā)現(xiàn)：（1）相比于空白試驗，正交試驗的設計明顯增加了土壤種子庫的密度及物種豐富度，正交試驗土壤種子庫中萌發(fā)植物的總數(shù)為3 519株（約為空白試驗的3.04倍），物種數(shù)高達39種（約為空白試驗的1.22倍）；（2）表土鋪設厚度是3個因素中最重要的因素，而引入喬木種子的效果并不明顯；（3）采用極差分析法、主成分分析法、指標體系法來評估不同方案的土壤種子庫萌發(fā)效果均具有一定的合理性，但3種評價方法都存在不足，因此綜合考慮3種評價方法可以提高評價效果的合理性。經(jīng)過綜合分析，8號恢復方案（A3B2C1，即表土鋪設厚度為5 cm，覆蓋物厚度為3 cm，引入種子數(shù)量為100ind·m-2）具有最佳恢復效果，可以為植被恢復提供借鑒。

關鍵詞：土壤種子庫；正交試驗；極差分析；主成分分析；指標體系

引用格式：趙娜， 賀夢璇， 李洪遠， 莫訓強. 基于正交試驗設計的土壤種子庫萌發(fā)影響因素優(yōu)化研究［J］. 生態(tài)環(huán)境學報， 2016，25（5）: 783-789.

ZHAO Na， HE Mengxuan， LI Hongyuan， MO Xunqiang. Research on the Optimization in the Influence factors on the Germination of Soil Seed Bank Based on Orthogonal Test ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（5）: 783-789.

隨著城市園林綠地大規(guī)模建設的推進，有效植被恢復成為研究者關注的焦點。目前最普遍的方法是引入外來植物種子或者種苗（梁耀元等，2009），這樣能在短時間內形成穩(wěn)定的植被群落，但破壞了城市植被的原有格局，可能導致鄉(xiāng)土物種消失和生態(tài)系統(tǒng)失衡（高鵬等，2007）。近年來，土壤種子庫作為植被天然更新的種源貯備庫（史鴻飛等，2006），越來越受到人們的重視，土壤種子庫將成為園林綠化行業(yè)寶貴的資源（李洪遠等，2009）。國外（尤其是日本）已有許多將土壤種子庫應用于植被恢復的成功案例，如Nakamura et al.（2003；2005）采用相同的方法對兵庫縣西宮市與愛知縣豐田市的道路坡面進行綠化，其植被覆蓋率分別為60%和90%；Nakamura et al.（2007）于2005年在奄美大島的林道坡面上利用表土中的土壤種子庫進行綠化，其林道坡面綠化中形成了 24種木本類散生的草本群落，覆蓋率達40%。因此，利用表土中土壤種子庫進行植被的恢復及綠化是一種十分有效的方法。而在國內，土壤種子庫的研究主要集中于基礎研究（He et al.，2015），對植被恢復應用的研究非常少。

通過對比分析已有研究成果，發(fā)現(xiàn)表土鋪設厚度、覆蓋物、引入種子數(shù)量都是影響植被恢復效果的重要因素。Hosogi（1998）的研究表明1～4 cm的表土鋪設厚度能夠有效實現(xiàn)綠化效果，若土層太薄，表土提供種子的數(shù)量過少，其保持土壤水分、維系根系生長的能力較弱（李洪遠等，2006），而厚度增加則增加了施工費用，同時也會對林下植被產生負面影響（Hosogi et al.，2004）；李洪遠等（2007）發(fā)現(xiàn)枯枝落葉層可延長土壤種子庫的種子壽命，增加種子的出苗率。Yamase et al.（2007）認為在工程應用中可通過人工選取覆蓋物起到枯枝落葉層的作用，從而有效地維持表土的活性，增強植被恢復效果；研究者發(fā)現(xiàn)土壤種子庫中目標物種缺少現(xiàn)象嚴重，需要人工引進目標種來加速植被恢復的過程，從而獲得喬、灌、草層級豐富的植物群落（Lyaruu et al.，2009；Lu et al.，2010；Hong et al.，2012）。因此，本研究在前期研究的基礎（李洪遠等，2007140-142；梁耀元等，20092832-2838）上，結合天津地區(qū)土壤種子庫中鄉(xiāng)土木本植物缺失嚴重的情況，選取表土鋪設厚度、覆蓋物厚度、引入喬木種子數(shù)作為正交試驗的3個因素，對土壤種子庫應用于植被恢復工程進行了深入探究。選取植物幼苗數(shù)量、群落生長勢、群落多樣性、喬木種子萌發(fā)率等指標進行極差分析、主成分分析及指標體系分析，評估不同正交試驗方案的土壤種子庫萌發(fā)效果，一方面探索這3個因素對土壤種子庫萌發(fā)效果的影響，另一方面擬通過3種評估方法得到高效且成本低廉的實踐方案，以期為今后植被恢復工程應用提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1 取樣點概況

植被恢復是一項系統(tǒng)工程，作為植被恢復的材料來源，需要綜合考慮活性種子的儲量、土壤種子庫的種類及構成、活性種子的萌發(fā)特征、土壤種子庫取樣地的性質等因素。通過前期對天津市土壤種子庫資源的分析（莫訓強，2013），發(fā)現(xiàn)武清區(qū)土壤種子庫的儲量非?？捎^，土壤種子庫萌發(fā)試驗中木本植物的數(shù)量、種類比例及物種多樣性指數(shù)均處于較高水平，且該區(qū)表層土壤資源較豐富，取土后地面植被的恢復能力較強。因此，取樣地點設在天津市武清區(qū)。

武清區(qū)屬于城郊過渡帶，兼具城市園林綠化和野生植物群落的特征，的土壤種子庫豐富多樣，具有較高的研究價值。該區(qū)位于華北沖積平原下端，地勢平緩，海拔高度最高13 m，最低2.8 m，土壤的成土母質多為永定河和北運河的沖積物，土壤為潮土，土層深厚，適宜農業(yè)生產和園林植物種植。野生植物以草本為主，輔以少量的灌木和喬木種類。草本層的優(yōu)勢種為狗尾草（Setaria viridis）、扁稈藨草（Scirpus planiculmis）、蒲公英（Taraxacum mongolicum）等；灌木只有達烏里胡枝子（Lespedeza davurica）和紫穗槐（Amorpha fruticosa），覆蓋率為 10%；喬木層為天津常見的鄉(xiāng)土樹種，如榆樹（Ulmus pumila）、臭椿（Ailanthus altissima）等，覆蓋率為20%。

1.2 取樣方法

土壤種子庫的取樣選擇在考察對象植被種子雨散布結束后和種子開始萌發(fā)前（Rahman et al.，2001）。本研究于2011年11月植被種子雨散布結束后進行采樣，在樣地內隨機選擇 10個樣方（樣方大小為1 m×1 m），在選定樣方內，以樣方的中心為樣點，并以該樣點為中心在其東、西、南、北4個方向間隔1 m處再各設置4個樣點進行采樣，即共50個樣點。用取土環(huán)刀（內徑70 mm，高52 mm）采集0～15 cm的表層土壤，每個樣點重復3次，仔細剔除表土中的雜質，將150份土壤樣品混合均勻并帶回實驗室保存?zhèn)溆?。同時，記錄取樣點地表植被群落狀況，主要包括物種組成、數(shù)量等指標。

1.3 正交試驗設計

采用L9（34）正交表設置三因素三水平正交試驗，各因素設置水平為：因素 A（表土厚度），設置水平分別為1、3和5 cm；因素B（覆蓋物厚度），設置水平分別為1、3和5 cm；因素C（引入喬木種子的數(shù)量），設置水平分別為100、200和300 ind 喬m-2（見表1）。其中，覆蓋物為曬干后的草坪草，引入的喬木種子為天津常見的鄉(xiāng)土喬木白蠟（Fraxinus chinensis）、臭椿、皂莢（Gleditsia sinensis），三者配比為 1∶1∶1。評價指標選用 4大類共 11個指標，即：幼苗數(shù)量指標（所有植物數(shù)量、木本植物數(shù)量比例）、植物或群落生長勢指標（群落覆蓋度、群落高度、木本植物平均高度）、群落多樣性指標（種豐富度、木本植物種數(shù)比例、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)）和喬木萌發(fā)率指標。

1.4 萌發(fā)試驗及數(shù)據(jù)處理

表1　土壤種子庫植被恢復正交試驗設計Table 1　The design of orthogonal test in vegetation restoration of soil seed bank

本研究為模擬恢復試驗，于2012年4月在實驗基地內設置4 m×10 m的試驗大棚，在場地上均勻鋪設5 cm厚的經(jīng)80 ℃高溫加熱滅活的河沙，以保持較好的透氣性和透水性。在試驗場地內劃分 9 塊1 m×1 m的地塊，并依次插旗標示為“plot 1”、“plot 2”、……“plot 9”。按照表1進行表土、覆蓋物的鋪設以及喬木種子的引入，同時選取 9塊 1 m×1 m的地塊進行空白試驗，以了解原有土壤種子庫的種子活性。萌發(fā)試驗時間為4—10月，以土壤種子庫連續(xù)6周內不再有新幼苗出現(xiàn)視為萌發(fā)試驗結束（Thomas，1993），試驗全程采用自然光，未進行溫度控制。定期（每隔 3 d）記錄植物總覆蓋度、群落高度、木本植物個體高度等指標。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析在Excel 2010、R 2.15.0、SPSS 17.0、yaahp等軟件中完成。其中表征植物或群落生長勢的參數(shù)和表征喬木種子萌發(fā)率的參數(shù)采用Excel 2010或R 2.15.0進行統(tǒng)計；極差分析、主成分分析采用SPSS 17.0；權重的值采用yaahp軟件。

1.5 權重賦值

權重包括類權重和指標權重，下面僅介紹類權重的賦值方法（指標權重與類權重的賦值方法相同）。具體方法為：建立遞階層次結構，通過比較同一層次兩兩元素之間的相對重要性，構造判斷矩陣。采用1～9標度法（表2），由南開大學生態(tài)方向的專家及天津園林綠化的相關專家（共 10名）進行打分，根據(jù)打分的結果構成判斷矩陣，利用yaahp軟件計算出各個類權重的值。

表2　1-9標度的含義Table 2　The definition of scale 1-9

2　結果與分析

2.1 土壤種子庫的基本特征

2.1.1 幼苗的種類

空白試驗所得幼苗隸屬于19科23屬32種，其中草本植物占據(jù)絕對優(yōu)勢，優(yōu)勢種為狗尾草、藜（Chenopodium album）等；木本植物較為缺乏，以臭椿、白蠟為主，約占總種數(shù)的14.67%，這也是恢復試驗中需要引入喬木種子的原因。正交試驗所得幼苗隸屬于24科36屬39種，木本植物約占總種數(shù)的23.96%，其種豐富度和占比均比空白試驗有明顯提高。

2.1.2 幼苗的數(shù)量特征

空白試驗所得幼苗為1157株（密度為6.17×105ind·m-2），正交試驗所得幼苗為 3519株（密度為16.85×105ind·m-2），其中草本植物（2659株，占總株數(shù)的75.56%）＞木本植物（843株，占總株數(shù)的23.96%）＞藤本植物（17株，占總株數(shù)的0.48%）?？傮w而言，引入喬木種子的數(shù)量對木本植物數(shù)量的影響不甚明顯，約占總株數(shù)的 6.76%～14.12%，如圖1所示。從圖中可以看出，plot 1、plot 2、plot 3 與plot 7、plot 8、plot 9相比，幼苗總數(shù)量、木本植物幼苗數(shù)量均有較明顯差距。表面上看，似乎是表土厚度對幼苗株數(shù)的影響更明顯，具體影響程度還須進一步進行極差分析。

圖1　9個方案植物數(shù)量及木本數(shù)量分布情況Fig. 1　The number of all plants and woody plants in the 9 plots

本研究采用多重指標進行正交試驗的極差分析，11個指標對應的極差分析如表3所示。其中，以表土厚度為主要因素的指標高達8個（占總指標數(shù)的72.7%），直觀可見三因素的重要程度為：表土厚度＞覆蓋厚度＞引入喬木種子數(shù)；針對 11個指標而言，三因素三水平的最優(yōu)組合并不完全相同。對于幼苗數(shù)量、種豐富度指標來說，最優(yōu)組合為A3B3C2；而對木本植物數(shù)量比例、木本植物種數(shù)比例、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)而言，最優(yōu)組合為A2B2C3。因此，很難簡單斷言哪個因素水平的組合最優(yōu)，需因地制宜、根據(jù)具體恢復目標選擇最優(yōu)組合。對于本研究而言，因天津市土壤鹽堿化嚴重，恢復目標對木本植物成分的比重要求較高，需偏重考慮對木本植物有利的最優(yōu)組合，但A2B2C3組合萌發(fā)的幼苗數(shù)量非常少，也不是值得推薦的方案。

表3　 正交試驗極差分析結果Table 3　 The results of range analysis in the orthogonal test

2.3 主成分分析法評估正交試驗結果

采用主成分分析法，發(fā)現(xiàn)主成分1和主成分2的特征值分別為5.636和2.410，且這兩個主成分可以代表83.148%的信息。圖2為主成分與各個指標的旋轉空間成分圖，由圖可知主成分1與多樣性指數(shù)、木本植物特征的相關性系數(shù)較大，主成分2與群落種類、高度及物種豐富度的相關系數(shù)較大。將各因子得分做成散點圖，如圖3所示，考慮主成分1時，plot 6與plot 8首選；考慮主成分2時，plot 5 與plot 9首選；經(jīng)過綜合考慮，plot 6與plot 8是綜合了主成分1和主成分2的最優(yōu)方案。但是由于plot 6萌發(fā)的幼苗數(shù)量過少，不予考慮。因此，通過主成分分析的最優(yōu)方案為A3B2C1，在極差分析中該方案是以喬木萌發(fā)率為指標的最優(yōu)組合。

圖2　旋轉空間的成分圖Fig. 2　Component plot in rotated space

圖3　因子得分的散點圖Fig. 3　Scatter plot of factor score

2.4 指標評價法評估正交試驗效果

目前我國尚未形成統(tǒng)一和完備的評價方法或評價指標體系，研究者通常根據(jù)植被恢復的場合（道路、邊坡、河道、林地等）及植被恢復后的生態(tài)作用來建立指標體系（王永健等，2006）。本研究通過大量文獻的總結，利用專家咨詢法建立了適合天津鹽堿土壤特點的植被恢復效果評價指標體系。其中，各指標的權重通過專家打分法與層次分析法相結合的方法進行賦值，賦值結果見表4。

表5為9個方案對應評價體系中各指標的數(shù)值及土壤種子庫萌發(fā)效果的評價結果，將各指標值與指標權重的乘積求和，進行歸一化處理，得到該試驗樣地的綜合指標值，即植被恢復效果的評價結果。如表5所示，植被恢復效果評價綜合得分最高的為plot 8，分值為0.319；plot 6綜合得分次之，但 plot 6的喬木萌發(fā)率相對較低。因此，plot 8 （A3B2C1）為最優(yōu)組合。

3　討論

研究結果表明表土厚度為5 cm時，幼苗總數(shù)量、木本植物數(shù)量均有明顯增加，這與 Koh et al. （2006）的研究結果相一致；土壤種子庫在干燥環(huán)境中很難發(fā)芽（Shimozono et al.，2005），本研究中，3 cm的覆蓋物厚度可以有效維持土壤含水量，促進種子庫的種子萌發(fā)；在引入喬木種子措施上，由于土壤種子庫中原來就含有白蠟和臭椿種子，且在正交試驗中引入的喬木種子和土壤種子庫中原有的喬木種子難以區(qū)分，導致對萌發(fā)率的估算可能出現(xiàn)偏差，因此今后應該加強對引入喬木種子數(shù)量的研究。

表4　評價指標體系及其權重Table 4　The evaluation indicators and their weights

表5　9個方案中評價體系各指標的數(shù)值及土壤種子庫萌發(fā)效果的評價結果Table 5　The value of the evaluation indicators and the evaluate results of the soil seed germination effect in the 9 plots

極差分析中三因素的重要程度為表土厚度＞覆蓋厚度＞引入喬木種子數(shù)，可能是因為表土厚度直接決定了土壤種子庫的數(shù)量及構成（Makino A et al.，2000；Nakamura et al.，2006），對萌發(fā)幼苗的種類、數(shù)量起直接性作用，進而影響植被恢復所形成的群落結構、多樣性水平；覆蓋物厚度主要通過影響水分、溫度等因素，間接影響持久性種子的萌發(fā)；引入喬木種子雖然補給了種子庫，但其發(fā)揮的作用較?。ㄏ鄬τ谔旖蚴蟹N子庫密度105的數(shù)量級）（Obata，2006）。主成分分析與極差分析的結果存在一定的差異，是因為極差分析采用的是直觀分析方法，所用指標較為單一，而主成分分析將各個指標線性組合到一起，可更加全面地分析各個指標的影響（吳海建，2003）。將三因素與主成分1和2進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)表土厚度與兩個主成分都顯著相關（P＜0.01），而覆蓋物厚度和引入喬木種子數(shù)與兩個主成分相關性不強，該結論與極差分析中表土厚度是最主要的影響因素這一結論相一致。評價指標方法所選出的最佳方案與主成分分析的結果一致，是因為指標體系考慮的權重主要集中在群落多樣性和木本植物指標上，與主成分分析的主成分 1相吻合。二者結果的一致性說明了指標體系建立較為合理，但此方法采用專家打分法，各指標的權重賦值有一定主觀性，其科學性還有待于研究。

16 cm×16 cm的玻璃板2塊（用于底座和頂蓋）、15 cm×31 cm的透明玻璃4塊；鋼鋸、玻璃刀、玻璃膠、打孔器、鉗子、槽刀、銀色細鐵絲（化學鍵）、4種顏色的彩色硬紙板（紅、黃、橙、綠）、直徑0.5 cm白色小球、直徑2 cm的塑料藍色五角星、量角器、尺子、膠水、剪刀、記號筆、白色水晶彈力繩。

采用以上3種方法來評估不同方案的植被恢復效果均有一定合理性，但也都存在各自的缺點。極差分析法只考慮單一指標，誤差相對較大，且其不能區(qū)分某因素各水平所對應的差異究竟是由水平改變引起的，還是試驗誤差引起的（鄧振偉等，2009）；指標體系法采用專家打分進行權重賦值，有一定的主觀性；主成分分析法得到的因子負荷的符號有正有負時，其綜合評價函數(shù)的意義不太明確（趙海霞等，2009）。因此，綜合考慮3種評價方法可以有效提高評價效果的合理性。

隨著城市化進程的加快以及生態(tài)系統(tǒng)的退化，土壤種子庫作為一種手段用于植被恢復愈發(fā)引起人們的關注。本研究采用“異地恢復”的方式和正交試驗的方法，探討了表土鋪設厚度、覆蓋物厚度、引入喬木種子數(shù)量等常見因素對土壤種子庫種子萌發(fā)特征的影響。在將來的植被恢復與重建實踐中，可參考此最優(yōu)方案進行植被恢復方案的設計，一方面合理利用了草坪草覆蓋物、施工表土、林下表土等自然資源，達到資源的有效循環(huán)利用，并且適宜的表土鋪設厚度不僅可以促進土壤種子庫中種子的萌發(fā)效果，還減少了工程應用中大量取土的成本；另一方面，喬木種子的引入可使得土壤種子庫植被恢復向著目標物種（尤其是鄉(xiāng)土物種）的方向發(fā)展，更利于植被恢復過程中達到喬-灌-草層級豐富的植物群落，從而提高植被恢復的效果。因此，本研究可為今后的植被恢復提供借鑒。

4　結論

相比于空白試驗，正交試驗通過覆蓋物的添加、喬木種子的引入等輔助措施，明顯增加了萌發(fā)幼苗的種豐富度、木本植物占比以及種子庫密度，增加了恢復后植物群落結構的復雜性和穩(wěn)定性。極差分析法、主成分分析法、指標體系法都存在一定的不足，因此，綜合考慮3種評價方法可以有效提高評價效果的合理性。經(jīng)過綜合考慮，認為plot 8，即A3B2C1（表土厚度為5 cm，覆蓋物厚度為3 cm，引入種子數(shù)量為100 ind·m-2）的因素組合為最優(yōu)組合，該方案土壤種子庫的萌發(fā)物種數(shù)量較高，且主要側重于恢復后的木本植物數(shù)量及恢復后群落的多樣性，在實際的植被恢復應用中具有一定的合理性，可為今后的工程應用提供有意義的參考。

參考文獻：

HE M X， LI H Y， MO X Q. 2015. Optimization of application parameters of soil seed bank in vegetation recovery via response surface methodology ［J］. Ecological Engineering， 84: 362-369.

HONG J M， LIU S， SHI G P， et al. 2012. Soil seed bank techniques for restoring wetland vegetation diversity in Yeyahu Wetland， Beijing ［J］. Ecological Engineering， 42: 192-202.

HOSOGI D， NAKAMURA K， KAMEYAMA A. 2004. Using forest topsoil to revegetate an artificial cut slope using a growth material spraying method ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 30（3）: 561-571.

HOSOGI D. 1998. Soil seed bank in forest topsoil as planting material（＜SPECIAL ISSUE＞Living beyond the times: mechanisms and applications of dormancy） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 30（3）: 509-513.

KOH J H， UEDA T， MORIMOTO Y， et al. 2006. Evaluation of using soil seed bank and commercial seeds in nature revegetation （PAPERS AND REPORTS OF THE 37 TH SCIENTIFIC RESEARCH MEETING） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 32（1）: 62-67.

LU Z J， LI L F， JIANG M X， et al. 2010. Can the soil seed bank contribute to revegetation of the drawdown zone in the Three Gorges Reservoir Region？ ［J］. Plant Ecology， 209（1）: 153-165.

LYARUU H V M， BACKEUS I. 2009. Soil seed bank and regeneration potential on eroded hill slopes in the Kondoa Irangi Hills，central Tanzania ［J］. Applied Vegetation Science， 2（2）: 209-214.

MAKINO A， MORIMOTO J， SHIBATA S， et al. 2000. Changes of woody plant diversity after cutting in the small area of the secondary forest in the suburbs （PAPERS AND REPORTS OF THE 33RD SCIENTIFIC RESEARCH MEETING） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 28（1）: 287-298.

NAKAMURA A， KINUGASA T， SHIOTA M. 2006. Species characteristics of woody seedling on a slope in a revegetation field with soil seed banks （PAPERS AND REPORTS OF THE 37 TH SCIENTIFIC RESEARCH MEETING） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 32（1）: 159-164.

NAKAMURA K， HONDA K， TANIGUCHI S. 2007. A case study on the revegetation method using topsoil seedbank in Amamishima ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 33（1）: 183-186.

NAKAMURA K， ISHIZAK T， TANIGUCHI S. 2005. A case study on the revegetation method using top soil seedbank ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 31: 107-110.

NAKAMURA K， NAKAMURA A H. 2003. A case study on the revegetation method using top soil seedbank ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 29: 197-200.

OBATA A. 2006. A case study on the spraying revegetation method using topsoil seedbank: Invasive species caught by revegetation slope frame and revegetation mat ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 32（2）: 361-364.

RAHMAN A， JAMES T K， MELLSOP J M， et al. 2001. Weed seed bank dynamics in maize under different herbicide regimes ［J］. New Zealand Plant Protection， 54: 168-173

SHIMOZONO H， MAESAKO S， UENO T， et al. 2005. Dynamics of vegetation on cutting slope of forest road revegetated by spraying cultivation method using forest topsoil （PAPERS AND REPORTS OF THE 36TH SCIENTIFIC RESEARCH MEETING） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 31（1）: 111-114.

THOMAS P. 1993. Bet-hedging germination of desert annuals: Beyond thefirst year ［J］. American Naturalist， 142（3）: 474-487.

YAMASE K， SEKIOKA H. 2007. Distribution of soil seed banks along slopes in a Cryptomeria japonica plantation （＜Special Issue＞THE 38TH SCIENTIFIC RESEARCH MEETING） ［J］. Journal of the Japanese Society of Revegetation Technology， 33（1）: 187-190.

鄧振偉， 于萍， 陳玲. 2009. SPSS軟件在正交試驗設計、結果分析中的應用［J］. 電腦學習， （5）: 15-17.

高鵬， 楊加利. 2007. 我國植被恢復中的幾個誤區(qū)及應用生態(tài)學原理的植被恢復方法探究［J］. 內蒙古環(huán)境科學， 19（1）: 3-8.

李洪遠， 莫訓強， 郝翠. 2009. 近30年來土壤種子庫研究的回顧與展望［J］. 生態(tài)環(huán)境學報， 18（2）: 731-737.

李洪遠， 佐藤治雄， 森本幸裕， 等. 2007. 土壤種子庫在荒廢地植被恢復工程中的應用［J］. 遼寧工程技術大學學報， 26（1）: 140-142.

李洪遠， 佐藤治雄， 朱琳， 等. 2006. 土壤種子庫植物種類組成與土壤采集地植被的關系［J］. 生態(tài)環(huán)境， 15（4）: 791-795.

梁耀元， 李洪遠， 莫訓強， 等. 2009. 表土在日本植被恢復中的應用［J］.應用生態(tài)學報， 20（11）: 2832-2838.

莫訓強. 2013. 土壤種子庫應用于濱海地區(qū)植被恢復的研究［D］. 天津:南開大學: 22-103.

史鴻飛， 田昆， 張勁峰， 等. 2006. 土壤種子庫及其在退化林地植被恢復中的應用［J］. 林業(yè)調查規(guī)劃， 31（1）: 71-74.

王永健， 陶建平， 張煒銀， 等. 2006. 茂縣土地嶺植被恢復過程中物種多樣性動態(tài)特征［J］. 生態(tài)學報， 26（4）: 1028-1036.

吳海建. 2003. 主成分分析的基本思想及應用實例［J］. 河南省情與統(tǒng)計，（4）: 30-31.

趙海霞， 武建. 2009. 淺談主成分分析方法［J］. 科技信息， （2）: 87.

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.05.008

中圖分類號：Q142.3； X17

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）05-0783-07

基金項目：國家自然科學基金項目（31370700）

作者簡介：趙娜（1991年生），女，碩士，主要從事生態(tài)恢復技術研究。E-mail: nku_zhaona@126.com

*通信作者：李洪遠（1963年生），男，教授，博士生導師，主要從事恢復生態(tài)學與植被生態(tài)學研究。E-mail: eialee@nankai.edu.cn

收稿日期：2016-02-26

Research on the Optimization in the Influence factors on the Germination of Soil Seed Bank Based on Orthogonal Test

ZHAO Na1， HE Mengxuan1， LI Hongyuan1*， MO Xunqiang2
1. College of Environmental Science and Engineering， Nankai University， Tianjin 300071， China；2. College of Urban and Environment Science， Tianjin Normal University， Tianjin 300387， China

Abstract：The soil seed bank （SSB） is defined as the collection of viable seeds present in the soil and the forest litter layer of the soil surface， which can serve as the vegetation natural regeneration. Three factors （the topsoil thickness， the covering thickness and the number of entraining arbor seeds） were selected to set orthogonal tests in the study. Based on the characteristic analysis of soil seed bank， vegetation restoration assessment was carried out by the methods of range analysis， principal component analysis， indicator system analysis were used . The results showed that: （1） Compared with blank conditions， the species richness and density of SSB significantly increased in the orthogonal tests . Among them， the total number of seed germination in the orthogonal test was 3 519 plants ， which was about 3.04 times of the blank condition）， and the number of species reached to 39 species， which was about 1.22 times of the blank conditions； （2） The topsoil thickness was the most important factor in the three factors， and the effect wasn't obvious by adding arbor seeds； （3） The three evaluation methods on the basis was available for evaluating the effect on seed germinating of SSB with their disadvantages， and the combination of the three methods enhanced the rationality of evaluation results. In the analysis， the 8th plot （A3B2C1） had the best effect of seed germination， which can provide significant reference for vegetation recovery from soil seed bank. The plot was designed with the top soil thickness was 5 cm， the covering thickness was 3 cm， and the number of adding seeds was 100 ind·m-2.

Key words：soil seed bank； orthogonal test； range analysis； principal component analysis； indicator system