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一种潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复方法与流程

花匠小妙招
2024-12-14 09:02

本发明属于生态工程技术领域，涉及一种基于“机会窗口”和种子的潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复的新方法。

背景技术

海三棱藨草(scirpusmariqueter)是莎草科(cyperaceae)藨草属的草本植物。在我国主要分布于长江口沿海区域(南汇、奉贤、金山、崇明、长沙岛、横沙岛及九段沙)和杭州湾沿岸滨海湿地的潮间带，是我国特有物种，也是最早在长江口潮滩湿地光滩前沿定居并扩散的关键种和先锋种。它是长江河口湿地生态系统中最为重要的建群种之一，具有消波减浪、促淤固滩等重要的生态服务功能，在长江河口湿地生态系统中扮演着十分重要的角色。此外，海三棱藨草球茎、根状茎和小坚果还为雁鸭类、鹤类等湿地水鸟提供植源性饵料，也是浮游动物、底栖无脊椎动物和鱼类的重要食物来源。因此，海三棱藨草作为长江口滨海湿地的重要初级生产者，对长江口潮滩的沉积动力过程及生物栖息地的维持等都发挥着不可替代的作用，具有极高的生态价值和生态服务功能。

然而，自20世纪90年代以来，由于人为的干扰以及外来物种互花米草(spatinaalterniflora)在长江口潮滩的快速扩散，海三棱藨草群落的生存受到严重的威胁，其分布面积急剧下降，对滨海湿地的生物多样性和生态服务功能产生了严重的负面影响。因此，潮间带海三棱藨草群落的保护与恢复工作，对长江口湿地资源的保育具有重要的理论和实际意义。

由于受潮间带水文动力沉积的等条件的限制，目前长江河口潮间带海三棱藨草群落的恢复主要采用春季植株带土移植的方式进行，虽然取得了一定效果，但同时也存在一些明显不足：(1)由于强烈的水文动力环境以及淤泥质潮滩，植株移栽过程需要消耗大量人工，成本较高，不利于大面积实施等；(2)移载的植株需要从潮间带现存的海三棱藨草群落中挖取，不仅挖取和运输过程成本高，而且也会对原有的海三棱藨草种群和生境产生一定的影响。

有性繁殖也是海三棱藨草种群自然繁殖的重要方式之一，自然生长良好的海三棱藨草群落种子产量可达1500粒/m2以上。高种子产量为海三棱藨草群落的恢复和重建提供了种源基础。由于潮间带复杂的水文动力沉积环境，目前尚无利用种子在自然潮滩快速恢复海三棱藨草群落的有效方法。迄今，虽有一种利用种子恢复海三棱藨草种群的方法(专利申请号cn106258408)，但该方法是在不受潮汐影响的海堤内种植区开展的。在实施过程中还需对种植区进行翻耕并保持一定水位，这种农耕式的方法在受潮汐影响的自然潮滩是无法实现的。这主要是因为潮间带复杂的水文动力沉积条件和生物扰动等干扰，极大地限制了海三棱藨草种子的保留、定居和出苗。

综上所述，如何利用海三棱藨草具有丰沛种子产量的特点，克服潮间带水文动力沉积强烈影响，发明一种简便有效、易于操作、成本低廉的基于种子的潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复技术和方法，对实现长江口和杭州湾潮间带海三棱藨草自然群落的大规模恢复与重建具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为长江口和杭州湾潮间带海三棱藨草群落的恢复与重建提供一种简便有效、易于操作、成本低廉的海三棱藨草自然群落生态恢复的新方法。本发明克服了潮间带水文动力强影响海三棱藨草种子播种与存活以及传统的海三棱藨草植株带土移栽困难与高成本问题。

鉴于潮间带复杂的水文动力沉积环境，本发明在多年野外研究的基础上，创造了在适宜的时间、适宜的地点进行种子辅助播种的新方法，以保证海三棱藨草种子在适宜的时空机会窗口成功定居生长。通过海三棱藨草种子的采集与预处理、准确选择适宜生境与适宜时间、采取种子辅助播种方法，在潮间带快速、低成本恢复海三棱藨草自然群落。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：在海三棱藨草的种子成熟且未脱落前的秋季10月，采集整个果穗，置于干燥处风干剥落种子，其种子千粒重为6.5g～7.0g左右，1kg种子可达14万粒～15万粒。播种前，将风干的种子与湿润沙子以1∶2的体积比搅拌混匀后，置于4℃人工气候箱进行春化处理30d～60d。实验结果表明，经春化处理，海三棱藨草种子的萌发率可从10％提高到80～90％；

步骤2：选择适宜恢复重建区的空间窗口

每年春季3-4月，在拟恢复重建海三棱藨草群落的潮间带区域进行潮滩高程和水动力测量；选择滩面吴淞高程在2.2m～3.0m范围内，最大波能密度最高250j/m2，平均波能最高50j/m2的潮间带区域作为海三棱藨草自然群落恢复重建区的适宜空间窗口；

步骤3：选择适宜的播种时间窗口，在春季日平均气温至少达到15℃时(4月中旬至5月上旬)，在潮间带海三棱藨草群落恢复重建区小潮讯和落潮期间进行麻袋辅助种子播种；采用麻袋辅助播种方式可有效提高种子的抗潮汐冲刷能力；选用大小为100cm×60cm×10cm，孔径为1mm的麻袋，麻袋在自然状态下可降解。麻袋辅助播种方法是：在拟恢复重建区域潮间带滩面用铁锨挖100cm×60cm×10cm大小的坑，将春化后的海三棱藨草种子与潮滩沉积物充分混合后装满辅助播种麻袋中(种子密度为1000-1500粒/m2)，埋入坑中并用多个u形木钉固定于滩面，上覆少量潮滩沉积物，使麻袋与滩面齐平。

步骤4：麻袋辅助种子播种后每周监测海三棱藨草的出苗率、成活率、植株高度和盖度。一个月后，海三棱藨草出苗率与成活率可超过10％，其密度可达100株/m2左右，且植株密度、高度和盖度等指标随生长季节呈上升趋势，则可认定为该潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复方法完成。

本发明的有益效果：

1、本发明基于生态学中“机会窗口”的原理，强调选择适宜的时间、在适宜的地点进行麻袋辅助种子播种的重要性，克服了潮间带强水文动力条件影响海三棱藨草种子播种与存活以及传统的海三棱藨草植株带土移栽困难与高成本问题。发明了一种简便有效、易于操作、成本低廉的海三棱藨草自然群落生态恢复的新方法。成功地把生态学原理应用到滨海湿地生态系统修复的实践中。

2、通过本发明，采集的海三棱藨草种子经实验室春化处理，不仅极大提高了其萌发率，同时也避免了海三棱藨草种子在秋冬季节时潮滩上强烈的潮汐冲刷和动物觅食等导致的损失。

3、通过本发明，为海三棱藨草自然群落恢复重建选择了适宜的地点(空间窗口)，极大提高了海三棱藨草自然群落恢复重建的成功率。

4、通过本发明，确定了春季4月中旬至5月上旬为海三棱藨草种子播种的适宜时间(时间窗口)，促进了海三棱藨草迅速出苗定居，避免了海三棱藨草种子在秋冬季节时潮滩上强烈的潮汐冲刷和动物觅食等导致的损失。

5、本发明中采用的麻袋辅助种子播种方法，有效克服了潮滩水文动力条件的干扰，提高了海三棱藨草种子的出苗率与成活率。所用的材料麻袋和u形木钉为可降解的植物材料，不会对潮滩环境构成污染。

6、本发明成本低廉、工序简单、易于操作。应用本发明，潮间带海三棱藨草自然群落生态恢复的成本平均每亩仅200元左右(含人工)，仅为传统的潮间带海三棱藨草植株带土移栽移栽方法的七分之一，有利于大面积的实施。

附图说明

图1为本发明实施例的海三棱藨草群落恢复与重建区示意图；其中，a为本实施例选择的崇明东滩自然保护区滩涂湿地位置；b为本实施例的海三棱藨草群落恢复与重建区。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

崇明东滩鸟类国家级自然保护区是长江口规模最大、发育最完善的河口型潮汐滩涂湿地。高强度人类活动和全球变化对崇明东滩湿地造成了很大影响，其主要表现在为外来物种互花米草入侵导致保护生物(包括本地物种海三棱藨草)适宜生境剧减。在崇明东滩“潮间带海三棱藨草种群重建和复壮技术”生态修复课题中，采用本发明，在自然保护区中部海堤外自然潮滩(31°30′25″n～31°30′51″n，121°59′7″e～121°59′28″e)(附图1)成功进行了基于“机会窗口”和种子的潮间带海三棱藨草群落生态恢复方法的试验和示范。

2017年10-11月，在海三棱藨草种子成熟且未脱落前，在东滩自然潮滩海三棱藨草分布区采集种子，并置于室内干燥处风干。将风干的种子与湿润沙子以1∶2的体积比搅拌混匀后，置于4℃人工气候箱进行春化处理30d～60d。经春化处理后的海三棱藨草种子萌发率超过80％。

2018年3月，在拟开展海三棱藨草恢复重建的区域(附图1)进行潮滩高程和水动力测量。利用高程测量设备gps-rtk或地面三维激光扫描系统进行潮滩高程测量。利用rbr浪潮仪(tidewaverecorder-2050，twr-2050)测定沿潮滩高程梯度的潮滩波浪强度。选定滩面吴淞高程在2.5m～3.0m范围，最大波能密度为150～200j/m2，平均波能为20～40j/m2的潮滩为基于“机会窗口”和种子的潮间带海三棱藨草群落生态恢复方法的试验和示范区。

2018年4月中旬，此时日平均气温为18℃，在潮间带海三棱藨草群落恢复重建区小潮讯和落潮期间进行麻袋辅助种子播种。其麻袋辅助种子播种过程如下：用铁锹在恢复重建区域潮间带滩面挖100cm×60cm×10cm大小的坑，选用大小为100cm×60cm×10cm，孔径为1mm的麻袋，将春化后的海三棱藨草种子与潮滩沉积物充分混合后装满辅助播种麻袋中(种子密度为1000-1500粒/m2)，埋入坑中并用多个u形木钉固定于滩面，上覆少量潮滩沉积物，使麻袋与滩面齐平。沿潮滩高程2.5m、2.8m和3.0m共设置3个试验样区，每一高程5个重复。

试验监测评估的结果如下：

2018年5月下旬(播种后50天)，试验样区中海三棱藨草开始出苗；至6月上旬(播种后60天)，海三棱藨草种子出苗率为18％±7％；至7月中旬(播种后90天)，麻袋辅助种子播种试验样区中的植株密度已达522±190株/m2。与附近潮滩海三棱藨草自然群落密度的540±79株/m2接近，而且显著高于以往潮间带利用海三棱藨草植株春季带土移栽方法当年种群密度的74.6±5.8至216.0±8.3株/m2。

根据市场价值综合估算，应用本发明恢复潮间带海三棱藨草群落的成本为200元/亩(含材料和人工)，显著低于现有的利用海三棱藨草植株带土移栽的恢复方法(1400元/亩)。同时，运用本发明的方法恢复重建海三棱藨草自然群落的效果好，恢复周期短。

可见，本实施例的试验结果表明，本发明所涉及的一种基于“机会窗口”和种子的潮间带海三棱藨草群落生态恢复的新方法，其工序简单、成本低廉、易于操作、快速有效，可为潮间带海三棱藨草自然群落的大规模恢复重建提供可靠的技术支撑，具有重要的生态效益和经济效益。