白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法转让专利
申请号 : CN202211227036.4
文献号 : CN115500217B
文献日 : 2024-01-19
发明人 : 安雨 , 宋铁军 , 佟守正 , 武海涛 , 张仲胜 , 王琳 , 崔庚 , 张洺也 , 王乐 , 王旋
申请人 : 中国科学院东北地理与农业生态研究所
摘要 :
一种白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，本发明涉及一种扁秆荆三棱球茎定向增殖方法。本发明解决了现有恢复后的扁秆荆三棱种群分布面积有所增加，而球茎数量和质量不能满足白鹤的取食需求的问题。方法：一、实施地块选择；二、植物群落优化调整；三、基于球茎增殖需求的生态补水。本发明的方法充分考虑湿地水源供给能力、植物种间关系调控以及不同生长时期目标生物生境需求，体现了技术方法的整体性、系统性和针对性，是食物链断点修复和食物网结构优化的核心环节，在白鹤迁徙路线上的重要湿地分布区，尤其是松嫩平原、黄河三角洲、内陆滩涂盐碱湿地等扁秆荆三棱典型分布区均具有广泛的适宜性。
权利要求 :
1.一种白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，其特征在于白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法按照以下步骤进行：一、选择扁秆荆三棱湿地作为目标样地，其中扁秆荆三棱种群盖度>40%；
二、在植物生长旺盛期，控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例，保持单位面积内扁秆荆三棱种群密度为50% 75%，具体方法：芦苇为主要伴生物种情况下，单位面积内扁秆荆三棱与~芦苇的密度比控制在2:1 3:1之间；在盐地碱蓬为主要伴生物种情况下，扁秆荆三棱与盐地~碱蓬在单位面积内的密度比控制在1:1 2:1之间，如果主要伴生植物同时含有芦苇和盐地~碱蓬，则扁秆荆三棱与主要伴生植物在单位面积内的密度比控制在1 3:1；
~
三、基于扁秆荆三棱球茎增殖需求的生态补水
选择农田退水作为扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源，保持水深为11.2 cm 42.8 cm；即~实现了白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎的定向增殖。
2.根据权利要求1所述的白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，其特征在于步骤一中目标样地的土壤：0 cm 30 cm深表土含盐量0.8% 1.3%，pH 8.1 9.3，总有机碳1.2%~ ~ ~ ~
1.5%，总氮0.12% 0.24%，总磷0.18% 0.38%；植被覆盖度60.0% 70.0%。
~ ~ ~
3.根据权利要求1所述的白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，其特征在于步骤三中保持水深为27.0 cm。
4.根据权利要求1所述的白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，其特征在于步骤三中扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源中水体理化性质为全氮含量2.75 mg/L～4.92 mg/L，全磷含量0.16～0.43 mg/L，盐度0.77～1.86 ppt，pH7.29～8.37，总溶解固体0.98～
2.28 mg/L。
说明书 :
白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种扁秆荆三棱球茎定向增殖方法。
背景技术
[0002] 扁秆荆三棱(Bolboschoenus planiculmis)为莎草科植物，异名扁秆藨草，广泛分布于松嫩平原盐碱湿地、黄河三角洲滨海湿地、内陆滩涂盐碱湿地，其球状根茎是全球濒危水鸟白鹤(Grus leucogeranus)的重要食源，为白鹤在我国迁徙、停歇提供了能量。由于气候变化和人类活动的频繁干扰，湿地缺水和盐碱化加剧，扁秆荆三棱植被面积缩减、覆盖度明显降低，球茎质量和数量已经无法满足白鹤栖息需求，白鹤食源及栖息地受到严重威胁。
[0003] 在实施国家重大生态恢复工程后，湿地生态环境得到了明显的改善。然而，局部恢复和整体功能不协调加剧了区域经济发展与资源保护之间的矛盾。虽然近年来退化湿地植被恢复效果显著，尤其是退化扁秆荆三棱分布区内植被生长状况有所好转，但已有恢复技术多以增加湿地水面面积、提高植被覆盖度为目标，较少考虑目标生物生境功能的提升。恢复后的扁秆荆三棱种群分布面积有所增加，而球茎数量和质量仍然不能满足白鹤的取食需求，导致白鹤在湿地周边农田觅食的现象时有发生。
发明内容
[0004] 本发明为了解决现有恢复后的扁秆荆三棱种群分布面积有所增加，而球茎数量和质量不能满足白鹤的取食需求的问题，而提供了白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法。
[0005] 本发明白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法按照以下步骤进行：
[0006] 一、选择扁秆荆三棱湿地作为目标样地，其中扁秆荆三棱种群盖度>40％；
[0007] 二、在植物生长旺盛期，控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例，保持单位面积内扁秆荆三棱种群密度为50％～75％；
[0008] 三、基于扁秆荆三棱球茎增殖需求的生态补水
[0009] 选择农田退水作为扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源，保持水深为11.2cm～42.8cm；即实现了白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎的定向增殖。
[0010] 进一步：步骤一中目标样地的土壤、植被现状：0cm～30cm深表土含盐量0.8％～1.3％， pH 8.1～9.3，总有机碳1.2％～1.5％，总氮0.12％～0.24％，总磷0.18％～
0.38％；植被覆盖度 60.0％～70.0％。
0.38％；植被覆盖度 60.0％～70.0％。
[0011] 进一步：步骤三中扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源中水体理化性质为全氮含量2.75 mg/L～4.92mg/L，全磷含量0.16～0.43mg/L，盐度0.77～1.86ppt，pH7.29～8.37，总溶解固体0.98～2.28mg/L。所述的水体理化性质是按照连续多年的农田退水实测而设定的，农田退水符合这个标准。
[0012] 本发明在植物群落优化调整中，优化调整扁秆荆三棱与伴生植物之间的植株密度比例，以促进扁秆荆三棱优势地位，所述技术方案可使得扁秆荆三棱伴生物种竞争的抵抗能力较强，维持群落稳定，即扁秆荆三棱种群盖度维持>40％水平。
[0013] 本发明在基于球茎增殖需求的生态补水，通过扁秆荆三棱生命周期水分需求特征，利用水位需求复合非线性关系，以及该曲线与高斯模型进行拟合，计算得出扁秆荆三种群球茎质量最大的水位生态幅，实现了精准控水。
[0014] 本发明的方法充分考虑湿地水源供给能力、植物种间关系调控以及不同生长时期目标生物生境需求，体现了技术方法的整体性、系统性和针对性，是食物链断点修复和食物网结构优化的核心环节，在白鹤迁徙路线上的重要湿地分布区，尤其是松嫩平原、黄河三角洲、内陆滩涂盐碱湿地等扁秆荆三棱典型分布区均具有广泛的适宜性。
[0015] 本发明针对目前已有扁秆荆三棱植被恢复技术单一追求植被覆盖度增加而忽略了食源供给能力的问题，提供了白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法，为食物链断点修复、食物网结构优化和恢复湿地功能提升提供技术支撑。
附图说明
[0016] 图1为实施例1中不同管理措施下扁秆荆三棱新生球茎增殖效果对比；
[0017] 图2为实施例1中不同管理措施下扁秆荆三棱伴生植物根系生物量。
具体实施方式
[0018] 具体实施方式一：本实施方式白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎定向增殖方法按照以下步骤进行：
[0019] 一、选择扁秆荆三棱湿地作为目标样地，其中扁秆荆三棱种群盖度>40％；
[0020] 二、在植物生长旺盛期，控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例，保持单位面积内扁秆荆三棱种群密度为50％～75％；
[0021] 三、基于扁秆荆三棱球茎增殖需求的生态补水
[0022] 选择农田退水作为扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源，保持水深为11.2cm～42.8cm；即实现了白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎的定向增殖。
[0023] 本实施方式步骤二中，严格控制控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例，控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例在1:1～3:1，可实现单位面积内扁秆荆三棱种群密度为50％～75％；伴生植物与扁秆荆三棱存在一定的竞争关系，一旦群落内扁秆荆三棱种群密度低于
50％～75％，在生长季节末扁秆荆三棱种群盖度降低至30％，导致扁秆荆三棱种群密度逐年降低，极大地影响了扁秆荆三棱种群的生长，同时也破坏了扁秆荆三棱群落内物种共存关系。经过本实施方式定向增殖后，增加了当年扁秆荆三棱球茎的供给能力，为白鹤提供食物来源，并促进了扁秆荆三棱种群扩增与生长。第二年以及未来的几年，均不会影响到扁秆荆三棱种群的优势地位，同时实现了整个扁秆荆三棱群落的持续稳定。
50％～75％，在生长季节末扁秆荆三棱种群盖度降低至30％，导致扁秆荆三棱种群密度逐年降低，极大地影响了扁秆荆三棱种群的生长，同时也破坏了扁秆荆三棱群落内物种共存关系。经过本实施方式定向增殖后，增加了当年扁秆荆三棱球茎的供给能力，为白鹤提供食物来源，并促进了扁秆荆三棱种群扩增与生长。第二年以及未来的几年，均不会影响到扁秆荆三棱种群的优势地位，同时实现了整个扁秆荆三棱群落的持续稳定。
[0024] 如何超出该比例后，在生长季节末扁秆荆三棱种群盖度降低至30％，逐年降低，极大的影响了扁秆荆三棱种群的生长。
[0025] 本实施方式步骤二中，补水通过扁秆荆三棱生命周期水分需求特征，7月～8月扁秆荆三棱进入繁殖期，也是无性繁殖旺盛时期(即球茎增殖的关键时期)，球茎生物量与水2 2 2
位需求符合非线性关系，y＝‑0.002x+0.104x+4.480，R＝0.240，p<0.05(R 表示回归方程的决定系数)；y为球茎质量，x为水深；该曲线与高斯模型进行拟合y＝364.4exp[‑0:5(x‑
2 2
27.0) /15.8 ]；计算得出扁秆荆三种群球茎质量(最大)的适宜水深生态幅为[11.2cm,
42.8cm]。
位需求符合非线性关系，y＝‑0.002x+0.104x+4.480，R＝0.240，p<0.05(R 表示回归方程的决定系数)；y为球茎质量，x为水深；该曲线与高斯模型进行拟合y＝364.4exp[‑0:5(x‑
2 2
27.0) /15.8 ]；计算得出扁秆荆三种群球茎质量(最大)的适宜水深生态幅为[11.2cm,
42.8cm]。
[0026] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中目标样地的土壤、植被现状：0cm～30cm深表土含盐量0.8％～1.3％，pH 8.1～9.3，总有机碳1.2％～1.5％，总氮 0.12％～0.24％，总磷0.18％～0.38％；植被覆盖度60.0％～70.0％。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0027] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一和步骤二中所述的伴生植物分为主要伴生植物和非主要伴生植物；主要伴生植物为芦苇和/或盐地碱蓬。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0028] 本实施方式中扁秆荆三棱群落内，主要伴生物种为芦苇和盐地碱蓬，芦苇‑扁秆荆三棱 ‑盐地碱蓬为一个演替序列，即水深增加，芦苇占据优势；水深适当(如本发明中的水量控制)，扁秆荆三棱占优势；如干旱情况，盐地碱蓬占据优势。通过控制单位面积内扁秆荆三棱种群与其他伴生物种的比例可实现扁秆荆三棱种群稳定维持，即保持单位面积内扁秆荆三棱种群密度在50％～75％之间，具体方法：芦苇为主要伴生物种情况下，单位面积内扁秆荆三棱与芦苇的密度比控制在2:1～3:1之间；在盐地碱蓬为主要伴生物种情况下，扁秆荆三棱与盐地碱蓬在单位面积内的密度比控制在1:1～2:1之间，如果主要伴生植物同时含有芦苇和盐地碱蓬，则扁秆荆三棱与主要伴生植物在单位面积内的密度比控制在1～3:1。
[0029] 本实施方式中主要伴生物种和非主要伴生植物单位面积内的比例1～3:1。
[0030] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中保持水深为27.0 cm。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0031] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源中水体理化性质为全氮含量2.75mg/L～4.92mg/L，全磷含量0.16～0.43 mg/L，盐度0.77～1.86ppt，pH7.29～8.37，总溶解固体0.98～2.28mg/L。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0032] 本实施方式所述的范围为连续多年实测数据，可满足扁秆荆三棱球茎增殖需求。
[0033] 实施例1 2020年在松嫩平原西部莫莫格湿地采用本发明的方法对白鹤食源植物扁秆荆三棱球茎进行定向增殖。
[0034] 具体方法：
[0035] 一、技术实施地块选择
[0036] 本方法选择松嫩平原西部莫莫格地区实施了生态恢复后的松嫩平原莫莫格地区扁秆荆三棱湿地作为目标样地，其目标样地土壤、植被现状与实施生态恢复前相比已有所改善：0 cm～30cm深表土含盐量0.8％～1.3％，pH 8.1～9.3，总有机碳1.2％～1.5％，总氮0.12％～0.24％，总磷0.18％～0.38％；植被覆盖度60.0％～70.0％，其中含有伴生植物，扁秆荆三棱种群盖度>40％，主要伴生植物有芦苇、盐地碱蓬等。
[0037] 二、植物群落优化调整
[0038] 在6月底，植物生长旺盛期，优化调整扁秆荆三棱与伴生植物之间的植株密度比例，以促进扁秆荆三棱形成优势地位。其中，单位面积内扁秆荆三棱与芦苇的密度比控制在2:1～3:1 之间，扁秆荆三棱与盐地碱蓬在单位面积内的密度比控制在1:1～2:1之间。控制扁秆荆三棱与伴生植物的比例在1～3:1之间，即控制单位面积内扁秆荆三棱种群密度在
50％～75％之间。该比例可使得扁秆荆三棱伴生物种竞争的抵抗能力较强，维持群落稳定，即扁秆荆三棱种群盖度维持>40％水平。而低于该比例后，在生长季节末扁秆荆三棱种群盖度降低至30％，植物群落发生逆向演替。
50％～75％之间。该比例可使得扁秆荆三棱伴生物种竞争的抵抗能力较强，维持群落稳定，即扁秆荆三棱种群盖度维持>40％水平。而低于该比例后，在生长季节末扁秆荆三棱种群盖度降低至30％，植物群落发生逆向演替。
[0039] 三、基于球茎增殖需求的生态补水
[0040] 1、补水水源选择
[0041] 退化扁秆荆三棱湿地实施生态恢复过程中所需水源主要依靠周边农田退水(或者依靠农田退水和自然降水)，满足植被生长需水的同时，也实现了农田退水资源化和水质净化的目的。因此，本发明选择周边农田(水稻田)退水(或者依靠农田退水和自然降水)作为扁秆荆三棱种群球茎增殖的水源。水源的理化性质为全氮含量2.75mg/L～4.92mg/L，全磷含量0.16～0.43mg/L，盐度0.77～1.86ppt，pH7.29～8.37，总溶解固体0.98～2.28mg/L。
[0042] 2、补水时期与补水量
[0043] 通过扁秆荆三棱生命周期水分需求特征，球茎增殖关键时期(7月～8月)的水位需2 2
求符合非线性关系，y＝‑0.002x+0.104x+4.480(R＝0.240，p<0.05；y为球茎质量(干物质
2 2
量)， x为水深，下同)。该曲线与高斯模型进行拟合y＝364.4exp[‑0:5(x‑27.0)/15.8]，计算得出扁秆荆三种群球茎质量最大的适宜水深生态幅为[11.2cm,42.8cm]，最适水深为
27.0cm。
求符合非线性关系，y＝‑0.002x+0.104x+4.480(R＝0.240，p<0.05；y为球茎质量(干物质
2 2
量)， x为水深，下同)。该曲线与高斯模型进行拟合y＝364.4exp[‑0:5(x‑27.0)/15.8]，计算得出扁秆荆三种群球茎质量最大的适宜水深生态幅为[11.2cm,42.8cm]，最适水深为
27.0cm。
[0044] 同时设置现有2种恢复后水位管理措施进行对比分析，措施1为：生态恢复后依靠自然演替和自然过程进行植被功能提升；措施2为：粗放补水以增加水面面积(水源为河‑湖‑沼连通生态补水)。
[0045] 措施1水环境为：依靠大气降水和洪水补给水源，非汛期湿地自然驱干，土壤含水量将至50％～70％。汛期水深0～5cm，水中全氮含量1.80mg/L～2.30mg/L，全磷含量0.08～0.14 mg/L，盐度2.10～2.40ppt，pH7.29～8.37，总溶解固体0.30～0.68mg/L。
[0046] 措施2水环境为：水深30～50cm，全氮含量0.80mg/L～1.20mg/L，全磷含量0.06～0.10 mg/L，盐度1.20～1.64ppt，pH7.20～7.37，总溶解固体0.22～0.40mg/L。
[0047] 四、球茎增殖效果监测。
[0048] 本方法实施后在生长季节末监测球茎增殖效果。
[0049] 在本发明方法、措施1和措施2实施后球茎质量(干物质量)分别为994.4g/m2、2 2
220.2 g/m、95.6g/m，与现有2种措施相比，本发明方法实施后新生球茎质量增加了3.5倍
2 2
和9.4 倍(图1A)；本发明方法、措施1和措施2实施后球茎密度分别为1500个/m 、927个/m 、
2
349 个/m ，与现有两种措施相比，本发明方法实施后新生球茎密度增加了0.6倍和3.3倍(图1B)。同时，增加了扁秆荆三棱种群对伴生植物的地下竞争强度，本发明方法、措施1和措
2
施2实施后伴生植物(芦苇、盐地碱蓬等)根系生物量(干物质量)分别为71.9g/m、112.6g/
2 2
m、 93.5g/m，本方法对伴生植物的抑制率分别增加了36.1％和20.4％(图2)，显著提升了白鹤食源的增殖量与扁秆荆三棱地下营养繁殖体的储存量。
220.2 g/m、95.6g/m，与现有2种措施相比，本发明方法实施后新生球茎质量增加了3.5倍
2 2
和9.4 倍(图1A)；本发明方法、措施1和措施2实施后球茎密度分别为1500个/m 、927个/m 、
2
349 个/m ，与现有两种措施相比，本发明方法实施后新生球茎密度增加了0.6倍和3.3倍(图1B)。同时，增加了扁秆荆三棱种群对伴生植物的地下竞争强度，本发明方法、措施1和措
2
施2实施后伴生植物(芦苇、盐地碱蓬等)根系生物量(干物质量)分别为71.9g/m、112.6g/
2 2
m、 93.5g/m，本方法对伴生植物的抑制率分别增加了36.1％和20.4％(图2)，显著提升了白鹤食源的增殖量与扁秆荆三棱地下营养繁殖体的储存量。
[0050] 本发明方法充分考虑湿地水源供给能力、植物种间关系调控以及不同生长时期目标生物生境需求，体现了技术方法的整体性、系统性和针对性，是食物链断点修复和食物网结构优化的核心环节，在白鹤迁徙路线上的重要湿地分布区，尤其是松嫩平原、黄河三角洲、内陆滩涂盐碱湿地等扁秆荆三棱典型分布区均具有广泛的适宜性。