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海洋恢复生态学
1.6.1.7.3 三、恢复过程
三、恢复过程

该恢复项目主要通过两步途径来实现:一是建设防潮大坝;二是构建恢复柽柳-翅碱蓬生物群落。

(一) 建设防潮大坝

2010年和2012年分两期在昌邑国家海洋生态特别保护区建设防潮大坝(图14-70),有效阻止了海水上漫,较大程度减低了土壤耕层盐分(图14-70)。其土壤盐在2011和2012年年末分别下降了0.1g/kg和0.3g/kg。

图14-70 防潮大坝建设工程示意图及建成的防潮大坝

(二) 人工构建恢复柽柳-碱蓬生物群落

1.生物恢复种的选择

(1)莱州湾南岸滨海湿地维管束植物的区系特征。2003~2005年,多次实地调查并参照相关资料基础上,对莱州湾南岸滨海湿地进行了植被类型划分和湿地维管束植物生态类群划分,分析了湿地维管束植物区系较大科、属的构成,蕨类植物种的地理分布区类型,种子植物属的地理分布区类型,维管束植物区系保护面临的问题及对策。研究表明,莱州湾南岸滨海湿地植被分4个植被型、25个植物群落,由48科129属197种维管束植物构成。这些维管束植物分盐生植物,水生植物,湿生植物和中生、旱生植物4大生态类群(表14-11)。维管束植物区系的主体为菊科、禾本科、莎草科等13个科。从维管束植物属的分布区类型构成来看,种子植物中世界分布属最多,达40属,占种子植物总属数的32%,这反映了湿地植被的隐域性特征;温带和热带分布区成分作为区系成分的主体共80属,占种子植物总属数的64%(表14-12)。

表14-11 莱州湾南岸滨海湿地自然植被类型划分

表14-12 种数不少于5种的科的组成统计

(2)生物恢复种的选择。首先,经资料查阅和现场调查,选择了耐盐植物10种[其中,草本植物6种(翅碱蓬、星星草、碱茅(puccinellia diotans)、高羊茅(Festuca arundinacea)、狗牙根(Cynodon dactylen)、早熟禾(kentucky bluegrass)),木本植物4种(柽柳、毛白杨(Dopulus tomentosa)、红花槐(Fraxinus velutina)、绒毛白蜡(Cynodon datylon )]进行进一步筛选,以获得海岸带盐渍化区恢复工具种。最终通过研究不同的氯化钠浓度对植物种子的发芽率,幼苗的生根率以及植物体本身的伤害的影响,确定了以柽柳(Tamarix chinensis)、翅碱蓬(Suaeda heteroptera)和星星草(Puccinellia tenuiflora)作为恢复的主要植物种(见插文)。

盐渍化土地的恢复物种

碱蓬:为一年生黎科碱趁属草本植物,又叫盐蓬、黄须菜等。根群较弱,入土浅,大多分布于30cm左右的土层中。株高20~80cm。茎直立,侧枝发达,斜展,圆柱形,带有纵向红色条纹,条纹生长后期转淡。单叶互生,无叶柄,条状,长10~30mm,宽2~3mm。全株光滑无毛,生长初期为鲜红色;随后逐渐转为根部、茎部红色,上部茎叶为绿色。花两性或兼有雌花,3~5朵聚集成团伞花序,排列成间断的穗状花序。花被5,微呈肉质,卵形,具有白色膜质边缘。雄蕊5,外露,花药卵形或长圆形(花极多,花粉量大)。柱头2,果实包藏在花被内。果皮膜质,易裂。种子双侧凸或歪卵形,黑色,有光泽。花、果期7~10月。

星星草:禾本科碱茅属的多年生草本植物。秆丛生,直立。叶片通常内卷,长3~8cm,宽1~2mm。圆锥花序开展,分枝细弱。小穗长3.2~4.2mm,含3~4花,紫色。第一颖长约0.6mm,先端尖,具1脉;第二颖长1.2mm,具3脉,先端钝。花药条形,长1~1.2mm。花期5~6月。种子小,长1~1.5mm,宽约0.5mm,于6~7月成熟。产于东北及华北各省,生于盐化草甸,为优良牧草。它耐旱、耐寒、耐盐碱,是优质牧草和盐碱地改土先锋植物。

中国柽柳:别名红荆条、红柳。为柽柳科柽柳属落叶灌木或小乔木。一般高3~5m,少数高8~12m。树皮红褐色。枝细长,紫红色;嫩枝绿色,纤细下垂。鳞叶长1~3mm,叶端尖,鳞片状,无柄,也无托叶,基部抱茎,在小枝上排列紧密,覆盖着许多分泌盐分的腺点,鳞叶长0.5~2mm,呈浅蓝绿色。花小,淡红色或白色,总状花序集生为疏散的圆锥花序,花期4~6月,一年可开花3次。蒴果角状,先端长尖。花期在夏季,果熟期7~10月。是优良的固沙和盐碱地造林树种,在黄河流域和淮河流域的低洼盐碱地上有大量的分布。黄河三角洲有保存完整的天然柽柳林。此外在我国的西北广大沙漠地带也分布着各种柽柳。它喜光、耐干热、耐旱、耐水湿、耐盐碱,萌生力强,生长较快。天然柽柳分布在总盐量为0.5%~2%的土壤中,沼泽、低洼地都有分布。自然状态下常为灌木,人工栽培修剪可长成小乔木。常与盐地碱蓬、獐茅等植物伴生,是典型的泌盐植物,也是盐碱地的重要指示植物。

来源:百度百科

2.恢复过程

(1)建立恢复种的繁殖与栽培技术。

该案例通过对植物激素的使用量及条件的摸索,利用外植体培养技术以及扩大培养技术(图14-71和图14-72),实现了柽柳种群的快速繁殖(见插文)。

图14-71 柽柳的快速繁殖流程图

图14-72 柽柳室内扦插实验和柽柳室外移植

柽柳种群快速繁殖技术

(1)外植体的选择。研究发现,柽柳的休眠芽为组织培养的最佳外植体。取当年形成的直径在3mm左右健康无病虫害的枝条,用解剖刀切成长度为1.5~2.0cm的节段,每个节段带一休眠芽。

(2)外植体灭菌技术。采用酒精和次氯酸钠(或氯化汞)相结合的两步灭菌技术。

将外植体切段先用自来水冲洗干净,再用70%~75%酒精浸泡30s,同时不断用玻璃棒搅动。倒掉酒精后,立即用无菌水冲洗3~5遍,去除残留的酒精。然后用5%的次氯酸钠溶液或用0.1%氯化汞溶液浸泡7~8min。倒掉消毒液,再用无菌水冲洗3~5遍。

(3)外植体培养技术。将处理好的外植体放在预培养基(MS+0.01mg/L BA+0.01NAA mg/L)上,经一周的观察,将没有被污染的外植体转接至正式诱导分化的培养基(MS+0.5mg/L BA +0.02mg/L NAA+ 200mg/L水解酪蛋白+5%蔗糖)。培养室温度25℃~27℃,光照周期14h,光照强度2000lx左右。

(4)幼苗再生和壮苗技术。经1个月培养茎段可以分化出芽。将诱导出的幼芽从基部切下,转接到新配制的壮苗培养基(1/2MS +2%蔗糖+100mg/L水解酪蛋白)。经1个月左右培养,即可长成带有4~5个叶的健壮小幼苗。培养室温度25℃~27℃,光照周期14h,光照强度2000lx左右。

(5)扩大培养技术。将小苗进行切割成带有叶的茎段,再次分别插入分化培养基中如此反复循环培养,即可获得大批的无根苗。培养光照周期为12h,光强为1500lx。

(6)完整植株再生技术。将无根苗分别插入生根培养基(1/2MS +0.5mg/L IBA+0.05mg/L NAA+5%活性炭+2%蔗糖)中进行培养。培养光照周期为12h,光强为1500lx。经1个月左右培养,即可长成带有6~ 7个叶的健壮完整小植株。

柽柳种群栽培技术

柽柳的栽培技术主要有扦插、播种、压条和分株。

(1)扦插育苗。选用直径1cm左右的一年生枝条,剪成长25cm左右的插条,春季、秋季均可扦插。采用平床扦插,床面宽1.2m,行距40cm,株距10cm左右;也可以丛插,每丛插2~3根插穗。为了提高成活率,扦插前可用ABT生根粉100mg/kg浸泡2h左右。扦插后立即灌水,以后每隔10d灌水1次,成活率可达90%以上。

(2)播种育苗。

种子的采集和处理:柽柳夏秋开花,花期不一,果熟期不一。由于种子小,易飞散,待少数果实开裂和较多果实为黄色时抓紧采种,边熟边采。采种时选择生长旺盛、花枝繁茂的植株。经过晾晒处理,果皮开裂,除去果皮杂质,即可用于播种。

育苗地的选择:柽柳对土壤要求不严格,既耐干旱,又耐水湿和盐碱。但是为了培育全苗、壮苗,育苗地以肥沃、疏松透气的沙壤土为好。土壤特别黏重、盐碱过重或沙性大,也不宜作育苗地。细致整地,整地深度30cm以上为宜,清除杂物,平整地面,多施底肥。做带有引水沟的平床,床面长8~10m,宽2m,中间开一条深20cm、宽25cm的引水沟(目的是为了减缓水的流速,避免冲刷和防止种子漂浮)。灌水时,水从引水沟漫到床面上。

播种:柽柳一般在夏季播种,也可以在来年春季播种。播种前先灌水,浇透床面,然后将种子均匀撒在床面上。由于种子细小,可混入沙子一起撒播,一般5g/m2左右,再以薄薄的细土或细沙覆盖,也可以不覆盖,任其随水渗入土壤,并与土壤紧密接触。播种后3d大部分种子发芽出土,10d左右出齐苗。

苗期管理:一要保证水分充足。因为柽柳种子在发芽期和幼苗期要求湿润的土壤环境,所以要勤灌水,每隔3d浇1次水,保持床面湿润。二要遵循除早、除小、除了的原则,除掉各种杂草。三要适时追肥,施腐熟的有机肥或尿素等化肥。实生苗1年可长到50~70cm,直接出圃造林。

(3)压条繁殖。选择生长健壮的植株,在枝条离地40cm的近地一侧剥去树皮3~4cm,露出形成层,然后将剥去树皮的枝条压入土壤中,用带杈的木桩固定,使其与土壤紧密接触,适时浇水。5d左右即可生出不定根。10d左右,将其与母株分离、移植。

(4)分株繁殖。柽柳一般成簇分布,1簇柽柳有上百个枝条。在春天柽柳萌芽前,可将其连根刨出,1簇柽柳可分成10株左右,然后重新栽植。

碱蓬多采用播种繁殖的方式。露地播种一般在3月下旬至4月上旬进行(见插文)。星星草采用播种方式繁殖见插文。

碱蓬的繁殖与栽培技术

整地施肥:碱蓬适合沙土、沙壤土等多种类型的土壤生长。选择田块,将地整成1.2m宽的平畦,留30cm宽的作业行。播种前每667m2施腐熟有机肥2500kg,将土耙细整平,浇足底水。

适期播种:播前浸种6~8h,播种量每亩用种1~1.2kg。由于种子小,千粒重约2.7g,要与细土拌匀撒播于畦面,用耧耙均匀整理畦面一遍,撒上1cm厚的细土,再稍压实畦面,以利于保墒出苗(畦面可覆上地膜,3~4d幼苗顶土后抽去地膜)。

田间管理:苗期气温高,要保证一定的湿度,出苗后保证畦面湿润。冬季温度低时,畦上可拱小棚,棚内温度不低于5℃。苗期生长过程中,要结合田间除草,或在播种前喷一次灭生型除草剂,以减少苗期杂草,避免频繁拔草伤害幼苗根系。露地栽培到5月份会有少量蚜虫发生,要适当加以防治。

湿度与土壤:盐地碱蓬喜湿怕旱,相对湿度在85%以上的生态条件下,如前期水分供不应求,会使子叶期时间延长;中期缺水,嫩梢的木质化程度加快,对植株生长、侧枝萌发均有影响,单位面积出梢率降低;后期缺水,果实不饱满,空壳率高,茎杆变脆,易倒伏。

星星草的繁殖与栽培技术

整地:星星草种子细小,幼芽细弱,顶土能力差,播前要精细整地,地面要平整,耙耱保墒,消灭杂草。

播种:一般在3月下旬至4月上旬播种最为适宜。幼苗抗旱能力较弱,而又喜群生,因此播种时应加大播种量。在土壤水分适宜时,以春播为好,春旱严重又无灌溉条件的可在夏季雨后抢墒播种。为提高种子发芽率和出苗整齐,播种前种子要在25℃温水或在生根粉、增产菌或15%的氢氧化钠水溶液中浸种12h,晾半干后,与细沙均匀拌和播种,散播、条播均可。条播播种量约7.5kg/hm2,撒播播种量12~15kg/hm2。星星草种植可分为开沟种植法和平撒种植法。开沟种植法用人工开沟,沟深15cm,沟距尽量小,然后将种子播入沟帮、沟底部即可,不用覆土。平撒播种法种植星星草前应用耙子等工具把草地耙好,然后把种子撒在地表上,再用耙子等工具进行耧耙或镇压,以利出苗。播种后严禁人畜践踏幼苗。发现缺苗的地方,要及时进行育苗移栽或补种。

田间管理:播种当年的星星草生长缓慢,幼苗抗杂草能力较弱,一般应该在出苗后至封垄前进行2~3次中耕除草。

(2)人工构建柽柳-翅碱蓬生物群落。在恢复区域,翅碱蓬和星星草采取播种的方式进行栽培。根据对恢复区域翅碱蓬分布情况的调查结果,在恢复过程中应尽量不破坏该区域的自然形式,在当年种子萌发前大面积撒播翅碱蓬和星星草种子,以增加恢复区域翅碱蓬和星星草种子库总量,增加恢复区域翅碱蓬和星星草数量。在种子萌发后,根据生长情况,在生长较为稀疏的部分区域,进行重点补种。在基面上翻起浅层(1~2cm)泥土,撒播种子。为了不破坏翅碱蓬和星星草自然种群形态,一般采取点状播种的方法,而不采取长垄状或斑块状的恢复样式。

柽柳的栽培技术包括扦插、播种、压条和分株。在恢复区域,柽柳采用成体移植的方式进行恢复。在恢复位置选定后,根据自然地形以散点-成行结合的方式进行恢复性种植。同时,在后续的检测中发现,柽柳林的密度宜控制在3600株/公顷。

田间管理根据不同的植物及不同的物理环境进行浇水和除草,保证植物的生长。

(三)恢复结果及后续管理

1.植被生长情况监测与评估

在柽柳-翅碱蓬生物群落恢复区内进行随机取样,通过2m×2m样方获得单位面积内柽柳和翅碱蓬植株数量与生物量,计算示范区域柽柳和翅碱蓬种群平均密度与生物量。同时,在非示范区内通过上述方法进行柽柳和翅碱蓬种群密度与生物量调查。示范区内共取样30个,柽柳密度28.5株/100平方米,植被覆盖度15.3%。非示范区面积内共取样15个,植被覆盖度10.6%。恢复区柽柳-翅碱蓬生物群落恢复前、后的植被状况如图14-73所示。

图14-73 恢复区柽柳-翅碱蓬恢复后的植被图

A.为恢复区恢复前稀疏的柽柳林;B.为恢复区恢复后高密度的柽柳-翅碱蓬生物群落

2.恢复区土壤结构和肥力监测与评估

柽柳-翅碱蓬恢复组合在重度盐碱护坡地上生长2年后对土壤结构和肥力具有显著改善作用(表14-13)。

表14-13 示范区柽柳-翅碱蓬组合生长2年后对土壤含盐量的影响

柽柳-翅碱蓬组合种植2年后,60cm土层内土壤含盐量减小。0~20cm、20~40cm、40~60cm土层的脱盐率分别为10.49%、8.87%和4.35%。脱盐率由底部到表层逐渐增大,说明在重盐碱地上,种植柽柳和翅碱蓬后,增加了地面覆盖,减少了地面水分蒸发,一定程度上抑制了土壤盐分的上升。同时种植耐盐植物后,随着植物的蒸腾作用,能吸收土壤中的部分盐分,且该部分盐分随着植物的收获而带走,使得土壤表层脱盐率要高于下层土壤脱盐率。作为对照的裸地,由于植被稀少或基本没有植被覆盖,地面水分蒸发,使地下水水位上升,造成返盐,土壤的含盐量没有下降,反而上升了。

柽柳-翅碱蓬植物组合在重盐碱地上生长2年后,土壤容重减小0.07g/cm3,孔隙度增加6.2%,土壤变得疏松,说明土壤结构向良性发展(表14-14)。而裸地由于重度盐碱,只有很稀少的野生碱蓬覆盖,土壤的容重变大,土壤的孔隙度减少,土壤板结。

表14-14 示范区柽柳-碱蓬组合生长2年后对土壤物理性质及肥力的影响

柽柳-翅盐碱植物组合2年后,土壤的氮、磷、钾水平都有所提高,氮提高了42%,磷提高了34%,钾提高了15%,有机质含量比种植前的重盐碱地提高27.2%,说明种植柽柳-翅碱蓬组合后,根系的代谢活动促进了土壤微生物的增加,落叶和残留在土壤中的根系腐烂分解后增加了土壤中的有机物质,土壤有机质的增加必然导致微生物数量、氮、磷、钾等含量增加。而裸地由于缺少植被覆盖,雨水的淋溶,使土壤中的部分养分流失,还有一部分养分被土壤固定,氮、磷、钾及有机质含量都要比春季时低。