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海洋恢复生态学
1.5.3.1.2 二、 种子法
二、 种子法

种子法,是指从自然的、生长良好的海草床中采集成熟的海草种子,利用人工或机械的方法直接撒播在海滩上或埋在底质中,或者先将种子置于漂浮网箱或实验室中培养,待其萌发并长成幼苗后再移栽的一种方法。这种方法是规模化海草床修复和深水水域海草床修复的首选方法,也是目前海草床恢复技术研究的热点。例如,在美国弗吉尼亚州的沿海区域,种子播种法成功恢复了20世纪90年代因枯萎病而衰退的海草床。

尽管海草种子野外萌发率低(仅为5%~15%),但是利用种子进行海草床修复,除了可以保持遗传多样性外,还可以快速形成斑块草床,对原生态草床破坏性小,具有成本低、所需劳动力少、便于储存和运输的优点。所以,种子法越来越受到各国研究者的关注。

(一)海草种子的收集与保存

海草种子的收集与保存是种子播种法的前提和关键步骤之一,主要包括生殖枝的收集、生殖枝的储存、种子提取以及种子的保存。

1.生殖枝的收集

一般来说,应该收集授粉后带有将要成熟种子的生殖枝,储存于带有水循环装置的水族箱内或以一定的方式置于自然海域,直到种子成熟,提取种子。因海区及种类差异,海草种子的成熟时间各不相同,所以生殖枝的收集时间相当重要。

人工法和机械法是常用的两种方法,各有优劣,需灵活使用。人工法需要潜水员水下作业,劳动强度较大,容易受天气和水质条件的限制。但若储存设备有限,人工法便是最好的选择。机械法效率较高,但对海草床面积、生殖枝密度以及储存空间要求较高。同时,在采用机械法时,梭子蟹等食种子生物常被混淆收集。因此,需要提前在收集海区清理这些生物(Meehan & West,2000)。

2.生殖枝的储存

采集到的生殖枝通常储存于自然海域和水族箱中。

(1)自然海域储存法:将生殖枝放入一定规格的网袋(网袋的网目小于种子短径),再将网袋置于自然海域并进行固定,直至生殖枝降解、种子成熟脱落。

(2)水族箱储存法:将收集的生殖枝放入带有水循环装置的水族箱,直至生殖枝降解及种子成熟脱落。使用这种方法储存时要保证海水充足、无有机质的存在,且盐度和水温控制在适宜的范围内。

3.种子提取

种子提取是指种子成熟脱落后,将其从降解的生殖枝中筛选出来。通常情况下,该过程在室内的圆锥形水槽装置中进行。

4.种子的保存

提取海草种子后,为了合理、高效地利用种子,需要在人工条件下对种子进行一定时间的保存以抑制其萌发。由于不耐干燥,海草种子需要保存在海水中(Pan等,2012)。为抑制因萌发和降解而引起的种子损失,大多数海草种子应该保存在低温、高盐、高溶解氧的条件中(Marion & Orth,2010)。例如,在4℃下日本大叶藻种子的降解率远低于23℃,种子的活力相对较高;随温度的降低和盐度的升高,诺氏大叶藻(Zostera noltii)种子的萌发率降低;在有氧的底质和水中,大叶藻和摩羯大叶藻(Zostera capricorni)种子萌发较慢(Hootsmans,1987)。

(二)播种方法

随着人们对海草种子研究的深入,目前已形成了几种比较有效的种子播种方法及技术(Meehan & West, 2000)。

1.人工播种法

该方法是最早应用的种子播种方法,主要包括直接撒播(图11-3)和人工掩埋两种方式。直接撒播法是将种子直接散布在底质表面,具有劳动强度小、播种速度快的优点;但种子容易流失,萌发率和成苗率都较低。通过种子埋入或注射到底质中的人工掩埋方式,能够降低种子流失的概率,提高种子萌发率;但在深水区需要潜水员协助,劳动强度大,播种成本高,且播种速度有限,不适宜大范围的海草床修复。

图11-3 人工撒播(左)和机器撒播(右)(引自刘雷等,2013)

2.机械播种法

随着播种技术的发展,人们开始用机械代替人力作业(Traber等,2003;Orth等,2009)。如图11-4所示,先将种子与旨在保护种子的明胶按一定的比例混匀,然后用机器将其均匀地播种至海底底质1~2cm深处。一段时间后凝胶自动降解,种子自行萌发生长(Orth等,2009)。

播种机的播种速度均匀,播种密度能够自动调控,不受水深的限制,在很大程度上节省人力、物力,提高劳动效率。凝胶对种子起保护作用,能有效地防止种子的散播和被捕食,且不会对环境造成影响。但机械播种法种子耗费量大,也没有解决种子成苗率低这一根本问题。

图11-4 水下播种机(引自刘雷等,2013)

3.种子保护法

种子流失是导致萌发率低的直接原因,因此对种子进行良好的保护十分必要。麻袋法是较为常用的方法,主要是指将种子放入孔径小于种子直径的麻袋中,然后埋于自然海域让种子自然萌发的一种方法。这种方法可以有效防止种子的散播和被捕食,提高成苗率。Harwell等在切萨皮克海湾利用麻袋法和人工掩埋法播种大叶藻种子,发现播种6个月后,人工掩埋法的种子成苗率为4.5%~14.5%,麻袋法的种子成苗率则显著提高至41%~56%。但该方法劳动强度较大,更适用于那些资源恢复地点远离植株供应海域的恢复活动(Harwell & Orth,2002)。

4.浮标法

浮标法是指一种利用浮标携带海草生殖株,然后让种子自然成熟、散播的种子播种方法(Pickerell等, 2005)。具体步骤如下:①在自然海域收集生殖枝,并放入下连沉子的网笼/箱中;②将网笼/箱放置于待恢复海域;③待生殖枝降解、种子成熟后,由于水流作用,种子将沉降在以沉子为中心的一定范围的海域内。该方法省去了种子的采集、运输、储存、撒播等步骤,大大降低了人力与物力;但由于生殖枝的采集与种子的成熟不同步,所以后期统计效果误差大。

5.生物辅助播种法

生物辅助法是借助其他生物的生态习性,将海草种子播种到待恢复海区的底质中,以提高种子萌发率。韩厚伟等(2012)以菲律宾蛤仔为载体,研发了一种新型的大叶藻种子生态型播种技术(详见“大叶藻修复方法与程序”部分),大大提高了种子的成苗率,但未能从本质上解决种子成苗率低的问题。

6.人工种子萌发法

人工种子萌发法是指先将种子在实验室中培养至幼苗,再将幼苗移植到待恢复海域的方法。但这种方法需要特定的人工培养幼苗设备,并严格控制温度、盐度、光照、溶解氧等环境因子,成本和技术要求高;而且,室内培养幼苗的规模受限制,幼苗移植技术不成熟,移植过程中易受机械损伤,成活率低。但这种方法一旦成功,海草种子的利用率将会大幅度提高,从而能够恢复大面积受损的海草床。该方法在切萨皮克海湾大叶藻恢复中的应用取得了一定的成功,比自然条件下萌发的种子成苗效果好(Meehan & West,2000)。

以上方法中,除了种子保护法的种子成苗率较高,可以达到50%左右外,其余播种方法的种子成苗率均低于10%。种子成苗率极低仍是限制种子播种法广泛应用的瓶颈。目前,国外研究者仍在积极开展海草种子播种法的开发和改进等方面的研究。表11-1是几种海草种子播种方法的比较。

表11-1 海草种子播种方法的成苗率比较(引自Meehan & West,2000)

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