自然界中植物种群的延续很大程度上依赖于繁殖体库(包括种子和孢子)^[1]。有“基因记忆”作用之称的种子库，可以增加种群基因多样性，对抗环境干扰^[2]。泥炭地是有机物生产远大于分解的生态系统，这里土壤呈较强酸性，微生物活动受抑制，分解缓慢，因此是有机体保存理想的场所。例如迄今已知的最长寿的种子——莲(Nelumbo nucifera)子在泥炭地中埋藏(1288±250)a后仍有萌发的潜力^[3]。

植物有性繁殖体(种子或孢子)或可扩散至遥远的异地，或可“就地”形成有性繁殖体库^[4]。已有研究表明苔藓植物像种子植物一样具有持久孢子库^{[5, 6, 7, 8]}，相对而言，该方面的实验证据多来自泥炭藓(Sphagnum)。例如，Clymo和Ducket研究发现在地层中埋藏数十年的泥炭藓孢子仍能萌发^[6]；Soro等在瑞典东部的一个废弃了50多年的泥炭地发现了有萌发潜力的泥炭藓孢子^[9]。

孢子掩埋实验表明，不同水位埋深可影响泥炭藓孢子寿命，积水的厌氧环境提高了泥炭藓孢子的寿命^[10]。冯璐等发现哈泥尖叶泥炭藓藓丘泥炭藓孢子在埋藏112a后仍具有活力^[11]，但迄今为止，丘间泥炭藓孢子长寿性尚无任何报道。本文尝试采用²¹⁰Pb测年法确定泥炭剖面的年代标尺，通过萌发实验，尝试验证丘间生境比藓丘生境更利于泥炭藓孢子保存的假设，以其获得更长寿泥炭藓孢子的实验证据。

研究地哈泥泥炭地位于长白山西侧龙岗山脉中部(42°12′50″N，126°31′05″E),面积1678 hm²，年平均气温5 ℃，年均降雨量755.5 mm，降水集中在夏季。该地生境类型复杂，植物种类多样，按乔木优势度高低大体划分为林缘和开阔地两种生境。林缘生境以黄花落叶松(Larix olgensis)为乔木单优势种，草本以羊胡子草(Eriophorum polystachion)、毛苔草(Carex lasiocarpa)居多，主要分布于丘间。泥炭藓以中位泥炭藓(Sphagnum magellanicum)、大泥炭藓(S. palustre)、锈色泥炭藓(S. fuscum)、尖叶泥炭藓(S. capillifolium )和喙叶泥炭藓(S. fallax)为主。

实验样品取自2012年7月，在两个尖叶泥炭藓藓丘之间，使用荷兰Kijkelkamp泥炭取样钻钻取6个直径4 cm，深50 cm半圆柱型泥炭藓藓柱。取出后，水平放置于等径聚乙烯半管中，用聚乙烯膜包裹密封后带回实验室，室内4 ℃冷藏保存。其中，3个藓柱用于孢子提取，另外3个分别用于测年、腐殖化度和烧失量测定。

所有藓柱剖面样品均按1 cm分层切割，40 ℃烘干24 h后研磨待用。采用碱提取液吸光度法测定泥炭腐殖化度^[12]。用721S型分光光度计测定泥炭样品碱提液在波长540 nm处的吸光度，吸光值即代表泥炭腐殖化度。采用高温灼烧法测定烧失量。¹³⁷Cs和²¹⁰Pb放射性同位素的测定于中科院南京地理与湖泊研究所完成，根据不同深度样品的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb比活度，计算泥炭距今年代。因年代仅追溯到157.8a(第33层)，故本研究孢子萌发及腐殖化度及烧失量均使用1—33层数据。

采用孔径50 μm的网筛过滤样品，去除孢子以外的较大杂质；再用孔径是38.5 μm的网筛过滤，去除较小杂质；最后用孔径10 μm的聚乙酰胺筛布过滤样液，3 mL蒸馏水反复冲洗筛网，得到各层孢子悬液。将孢子悬液接种在Rudolph培养基^[13]表面，摇匀。将接种后的培养基放入人工气候箱，培养条件为:5:00—21:00温度25 ℃，湿度60%，光照3000 lx；21:00—5:00温度20 ℃，湿度60%，无光照。20 d后观察培养皿内的孢子萌发状况，统计孢子总数及萌发的孢子数量。根据Sundberg和Rydin的对泥炭藓孢子寿命的定义，有活力的孢子死亡率达到99%时，即萌发率为1%时，得出孢子最大寿命^[10]。

如图 1所示，泥炭腐殖化度随着泥炭剖面深度的增加整体上呈现出增大的趋势，腐殖化度值基本在0.1—0.4之间波动，泥炭剖面33层的平均腐殖化度为0.25。几个较高值出现在4—6cm和27—31cm之间，同时这两段也是腐殖化度值波动最大的部分。

图 1 哈泥泥炭地泥炭剖面深度与泥炭腐殖化度及烧失量关系 Fig. 1 Relationship between peat depth and peat humification degree and ignition loss in Hani Peatland

图选项

泥炭烧失量整体上随着泥炭剖面深度的增加而递减，烧失量值都在60%以上，波动幅度较小。泥炭剖面最表层烧失量值最高，为92%；第33层最低，为62%，整个剖面平均烧失量为80%。

²¹⁰Pb测年结果显示，随着泥炭埋深的增加，各泥炭层间年代跨度也逐渐增大。16—17cm剖面深度据今年代为30.8a，而第32—33cm深度距今年代为157.8a。随着剖面深度的增加，各泥炭层距今年代与剖面深度呈显著的指数递增规律(n=33，P＜0.001)(图 2)。

图 2 哈泥泥炭地泥炭剖面的年代标尺 Fig. 2 Chronology of the peat profile in Hani Peatland

图选项

如图 3所示，各泥炭层中的泥炭藓孢子都有萌发现象。泥炭剖面第1层孢子萌发率最高，为(80.6±3.21)%(Mean±SD)，第2层稍次之，为(70.2±0.24)%，从第3层开始萌发率陡降，为(30.4±3.91)%，到第19层萌发率最低，仅为(21.7±2.57)%。泥炭剖面33层孢子的平均萌发率为40.5%，甚至第33层即埋藏157.8a后的孢子萌发率仍达到(42.1±8.37)%。在1—33 cm剖面总体来看，埋藏时间越长，泥炭藓孢子萌发率越低，即泥炭藓孢子萌发率随埋藏时间的增加而呈线性递减趋势(P＜0.05)(图 3)。根据图 3所示模型关系，当孢子萌发率为1%时，孢子埋藏时间为406.2a，即尖叶泥炭藓孢子的最大寿命可以达到406.2a。

图 3 哈泥泥炭地泥炭藓孢子萌发率与其埋藏时间关系 Fig. 3 Relationship between burial time and germination rate of Sphagnum spores in Hani Peatland

图选项

本研究表明，泥炭地丘间生境中，许多泥炭藓孢子埋藏150余年后仍具活力，这是目前发现的最长寿的苔藓植物孢子，充分证明苔藓植物具有长期的持久孢子库。前期哈泥藓丘生境的研究中，埋深50cm处的埋藏时间为112a，泥炭藓孢子萌发率约为10%^[11]。前期实验采用落叶松法测年，本实验为²¹⁰Pb法测年，二者都适用于较小尺度时间范围测年。对比来看，丘间生境同为33层位孢子萌发率为藓丘生境的2倍，而丘间埋藏时间同为110余年孢子萌发率达到藓丘生境的4倍，由此表明丘间生境更利于孢子保存。然而，模型估计两生境孢子最大寿命均接近400a，这与两生境样品取样深度不同可能有很大关系，如果进一步延长丘间生境的取样深度，将可能获得更大的最大寿命估计值。

泥炭地中藓丘—丘间微地貌格局常见。通常藓丘顶部距水面20 cm—50 cm，丘间则长期被浅层水淹没^[14]。哈泥藓丘和丘间两生境间孢子活力差异进一步有研究表明，水分充足是泥炭藓孢子在自然界中保存的最宜条件^[10]。例如，泥炭藓孢子保存在干燥环境中不同时间，孢子全部死亡^{[6, 15]}。对比实验表明，经湿润条件保存的泥炭样品中的泥炭藓孢子更具活力^[16]。丘间比藓丘环境遭受更多的水位变化，且丘间环境的水中有机氧含量更高，因此丘间比藓丘分解程度要高^[17]。本研究结论与之相符，丘间泥炭腐殖化度明显高于藓丘。泥炭藓孢子在分解度高的环境反而更长寿，原因可能是丘间环境多水，使泥炭藓孢子避免了干旱甚至紫外辐射等不利因素的影响，抑或丘间泥炭多酚含量较高，抑制了微生物对孢子的分解作用^[18]，具体影响机制还有待研究。

与藓丘生境一样，丘间泥炭藓孢子萌发率随埋藏深度增加整体呈直线下降趋势，但是局部波动较显著。例如最接近地表的两层泥炭藓孢子萌发率较高，而第3层开始出现陡降，可能原因是第3层开始进入腐殖化程度较高的泥炭部分，水分过饱和，含氧量突然下降限制了孢子的呼吸，从而导致活力下降。在藓丘尖叶泥炭藓孢子萌发实验中^[11]，第1、2层无萌发，第3层埋藏时间为3.2a，萌发率最高，达92.1%。分析原因可能是藓丘顶部较干旱，不利于孢子存活；也可能是丘上表层苔藓植物释放大量次生代谢物^[19]导致新生孢子休眠，进入地层之后次生代谢物浓度降低，休眠解除，孢子萌发。

土壤孢子库是苔藓植物种群的恢复重建的基础^[20]。例如，立豌藓属植物，通过持久孢子库顺利度过干旱期，实现种群的长存^[5]。在南极，苔藓孢子在裸地的原生演替中扮演着很重要的角色^[21]。泥炭地中的苔藓植物孢子库能在遭受灾变后迅速萌发定居，为种群延续做出贡献。泥炭藓作为泥炭地的优势种群，目前我们对其孢子寿命研究方法还很有限，泥炭藓孢子在泥炭地中长寿性的机理也是未来研究的一个重要方向。并亟需加强泥炭藓孢子萌发至幼株成功建立这一阶段的研究，充分发挥孢子库在泥炭藓更新与泥炭地生境恢复中的现实作用。

致谢： 马进泽和李伟参加了野外取样，孙爱芹、许聪和桂启敏协助完成室内孢子萌发实验，特此致谢。