基于自然的海三棱藨草种群修复技术

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盐沼植物是滨海湿地生态系统的重要组成部分,在维持湿地的结构和功能方面扮演着重要角色。海三棱藨草(Scirpus mariqueter)是长江口盐沼先锋物种,受外来物种互花米草(Spartina alterniflora)入侵、人类围垦和海平面上升等影响,海三棱藨草种群的面积下降近八成,严重威胁滨海湿地生态系统的稳定与健康。在多重干扰下,如何高效经济便捷地实现海三棱藨草种群重建和复壮,优化盐沼生态系统结构和功能,是当前长江口盐沼湿地修复和保护亟需解决的难题。本研究以长江口本土盐沼植物海三棱藨草为研究对象,通过分析崇明东滩海三棱藨草种群自然扩散格局,发现了海三棱藨草可通过繁殖体自然扩散实现种群扩散和定居现象;并通过控制实验,定量研究了海三棱藨草种子/实生苗的漂浮起动、沉降与定植所需的生境条件;基于此,研发了基于潮间带动力过程的海三棱藨草种群自然恢复技术。主要研究内容和结果如下:(1)崇明东滩海三棱藨草种群自然扩散格局研究通过遥感解译和实地调查的方法,研究了崇明东滩海三棱藨草种群自然扩散格局。结果表明,2014-2020年间,海三棱藨草种群面积从2014年的3.1 hm2,迅速增加到2020年的89.9 hm2(增长29倍);海三棱藨草繁殖体(种子/实生苗)是其种群发展的重要来源,在有充足种源供给的情况下,海三棱藨草可通过繁殖体自然扩散实现种群扩散和定居。(2)海三棱藨草繁殖体漂浮起动-沉降-定植过程生境条件研究应用U-GEMS微观侵蚀系统,测定了在不同沉积物底质条件下,海三棱藨草种子及不同生长阶段实生苗漂浮起动时的临界剪切应力。结果表明,不同生长阶段和沉积物底质对海三棱藨草种子和实生苗漂浮起动的临界剪切应力均有极显著影响(P<0.01)。在淤泥质和粉砂质沉积物表面上,当临界剪切应力大于0.4Pa时,种子即可漂浮起动;随着种子萌发成苗,海三棱藨草实生苗漂浮起动所需的临界剪切应力下降,静水(0 Pa)即可漂浮起动,漂浮起动进而扩散的机会也相应增加;此外,相比于淤泥质潮滩,海三棱藨草种子和实生苗在粉砂质潮滩更易于漂浮起动。利用可控水流流速的大型沉降桶,量化了在不同流速下,海三棱藨草种子及不同生长阶段实生苗的沉降过程。结果表明,生长阶段和水流流速均对海三棱藨草种子及实生苗的沉降率、沉降速度产生显著影响(P<0.05)。相同生长阶段下,随着流速增加,实生苗的沉降率明显下降,而沉降速度显著增加(P<0.05);相同流速下,随种子萌发和生长,实生苗的沉降率显著下降(P<0.05),表明种子更易沉降,而实生苗更易扩散。通过潮汐模拟控制实验,量化了在不同无干扰时间条件下,海三棱藨草种子及不同生长阶段实生苗的定植过程。结果表明,随着无干扰时间的增加,海三棱藨草的存活率、芽长和根长都出现了先增长后减少的趋势;当无干扰时间为22h/d和20 h/d时,各生长阶段的实生苗存活率均在50%以上;相对较长的无干扰时间(22 h/d和20 h/d)有利于海三棱藨草实生苗扎根定植。(3)海三棱藨草种群自然恢复技术及应用基于室内控制实验的结果,研发了基于潮间带动力过程的海三棱藨草种群自然恢复技术,并在崇明东滩新生潮滩中选取适宜生境,人工投放海三棱藨草种子,借助潮间带自然动力过程的输运作用,实现了种子和实生苗的自然扩散、定居,仅一个生长季,便在光滩上自然恢复了海三棱藨草种群17.7 hm2。研发的海三棱藨草种群自然恢复技术是一项基于潮间带动力过程的自然恢复技术,便于大范围实施,又能保证经济高效,可为后续基于自然的盐沼植物生态修复的开展提供科学依据和技术支持。
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