一种黄河故道区滨海退化湿地的修复方法

摘要

本发明涉及一种黄河故道区滨海退化湿地的修复方法。该方法包括以下步骤：（1）选取黄河故道区退化滨海盐碱湿地，对土壤进行平整，准备好待用；（2）于每年5月初，将准备好待用的土壤浇水灌溉，然后将经种子引发后的碱蓬种子播种于浇过水的土壤中，表层覆盖土壤，再将碱蓬残体进行表层覆盖；（3）进行正常管理，合理灌溉，当碱蓬生长高度为到4.5～5.5cm时进行去苗，使碱蓬密度为45～55株/m2。本发明通过利用耐盐植被碱蓬经过不同水分干预和植物残体覆盖，对特定黄河故道区退化湿地进行了修复，明显改善了土壤养分状况，大幅度降低了土壤盐分含量，取得了良好的生态效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄河故道区滨海退化湿地的修复方法，特别涉及一种在黄河故道区通过调控水分和种植耐盐植被进行退化湿地修复的方法，属于环境保护及退化湿地恢复技术领域。 

背景技术

近年来，由于全球环境变化的影响以及人类对湿地开发利用强度的加大，导致湿地生态系统发生严重的退化，湿地面积和资源日益减少，质量和功能持续下降。据统计，全球超过50﹪的湿地已经被改变，发生了退化或者丧失。1950~2003年，我国沿海地区滨海湿地面积由13.81×10⁶hm²减少至5.24×10⁶hm²，丧失率高达62.27﹪。为此探索行之有效的湿地恢复措施已迫在眉睫。当前，国内外对退化湿地恢复的手段仍较为单一，主要是基于补充淡水为主体的自然恢复模式，且恢复效果依赖于淡水补充时间与补充量，对人工促进恢复模式很少或尚未开展有效的恢复实践。 

黄河三角洲退化湿地恢复工程源于20世纪90年代人们的关注和政策导向以及黄河三角洲湿地的特殊重要性。尽管黄河三角洲湿地恢复工程对遏制湿地退化趋势作用明显，但这些恢复工程主要集中在新生湿地区域，对其它类型湿地，尤其是黄河故道退化湿地恢复很少或尚未涉及。在恢复技术层面上，当前对该区退化湿地的恢复手段比较单一，主要是基于补充淡水为主体的自然恢复模式，且恢复效果依赖于淡水补充时间与补充量，而对人工促进恢复模式尚未开展有效实践。由于黄河三角洲的蒸发量远大于降水量，蒸降比在3.5左右，所以基于淡水补给的湿地恢复模式仅在黄河入海口退化湿地区具有有效性，而在其它地区特别是黄河故道区尚不具备普适性。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，为解决退化湿地碱蓬种子萌发和幼苗生长技术问题，本发明提供了一种黄河故道区滨海退化湿地的修复方法。 

术语说明 

碱蓬（Suaeda salsa）：为藜科碱蓬属一年生草本植物，叶片肉质，耐盐碱，是黄河三角洲重要的植被之一，不仅具有重要的食用价值、经济价值、药用价值，而且具有较好的耐盐碱特性，使其具有重要的实用价值，在退化湿地生态恢复过程中具有重要作用。作为潮滩湿地演替先锋阶段的碱蓬盐沼是黄河三角洲丹顶鹤、白鹭、鹆形目鸟类等的主要栖息地，同时还起着维持湿地系统正常演替，防风固堤，调节气候等多重重要功能。碱蓬常分布于海陆交互作用的潮滩地带，大面积碱蓬在潮滩分布形成奇特壮丽的“红地毯”景观。 

植物残体：是指碱蓬枯死后的残留部分。 

碱蓬种子：于种子成熟季节在黄河故道区碱蓬群落采集。 

种子引发：种子引发也称种子渗透调节，最早由Heydecker等（1973）等提出，是在控制条件下使种子缓慢吸水为萌发提前进行生理准备的一种播前种子处理技术。 

发明概述 

本发明以黄河三角洲黄河故道区的退化湿地为研究对象，从种子萌发开始，研究不同引发技术对碱蓬种子萌发和幼苗生长的影响，解决了在退化湿地区碱蓬的立苗问题。结合黄河故道区退化湿地区的实际情况，依据经济可行性原则，采用水分干预方式、植物残体覆盖方式、优选的残体覆盖量与耐盐植被相结合的方案，对黄河故道区退化湿地恢复机制进行探索，以恢复模式经济、可靠、有效为目标，提出本发明黄河故道区滨海退化湿地的修复方法。 

发明详述 

一种黄河故道区滨海退化湿地修复方法，包括以下步骤： 

（1）选取土壤盐分含量为1.5~3.0wt％，年平均降水量500~700mm，年蒸发量1800~2000mm，年平均气温12~13℃的黄河故道区退化滨海盐碱湿地，种植前对土壤进行平整，准备好待用； 

（2）于每年5月初，将准备好待用的土壤浇水按50×10³~60×10³kg/亩的灌溉量进行灌溉，然后将经种子引发后的碱蓬种子以200~300粒/m²的密度播种于浇过水的土壤中，表层覆盖0.8~1.5cm厚的土壤，再将碱蓬残体按照540~1620kg/亩的施用量进行表层覆盖； 

（3）进行正常管理，播种后5月总灌溉量为64.78×10³~65.43×10³kg/亩，6月总灌溉量为105.76×10³~106.83×10³kg/亩、7月总灌溉量为79.26×10³~80.0×10³kg/亩、8月总灌溉量为42.99×10³~43.42×10³kg/亩、9月总灌溉量为28.49×10³~28.78×10³kg/亩、10月的总灌溉量为7.56×10³~7.64×10³kg/亩，当碱蓬生长高度为4.5~5.5cm时进行去苗，使碱蓬密度为45~55株/m²。 

所述步骤（2）中的碱蓬残体为碱蓬枯死后的地上营养器官经粉碎至长度小于5cm的杆段。 

所述步骤（2）中的经种子引发后的碱蓬种子的制备方法为：将碱蓬种子浸入浓度为500ppm的KNO₃溶液中，在温度为20~25℃条件下浸泡2小时。 

有益效果 

1、本发明通过利用耐盐植被碱蓬经过不同水分干预和植物残体覆盖，对特定黄河故道区退化湿地进行了修复，明显改善了土壤养分状况，大幅度降低了土壤盐分含量，取得了良好的生态效益； 

2、本发明通过采用本地耐盐碱植物碱蓬修复黄河故道区退化湿地，避免了生物入侵等危害。 

3、本发明通过用浓度为500ppm的KNO₃溶液引发碱蓬种子，提高了碱蓬种子在高盐分条件下的萌发率，同时提高了碱蓬对盐分的耐受能力； 

4、与现有的黄河故道区退化湿地修复技术相比，本发明具有运行维护方便，生态效益好、成本低的特点，根据黄河故道区退化湿地修复实践结果表明，该技术具有很好的可行性，可用于黄河故道区退化湿地的修复。 

附图说明

图1是不同盐分条件下不同引发技术对碱蓬出芽率影响的对比图； 

图2是不同盐分条件下不同引发技术对碱蓬萌发速率影响的对比图； 

图3是不同盐分条件下不同引发技术对碱蓬幼苗长度影响的对比图； 

图4是不同水分条件下不同生长时期残体混土与覆盖处理对有机质含量影响的对比图； 

其中，A:生长初期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对有机质含量的影响； 

B:生长中期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对有机质含量的影响； 

C:生长末期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对有机质含量的影响； 

图5是不同水分条件下不同生长时期残体混土与覆盖处理对TN含量影响的对比图； 

其中，A:生长初期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TN含量的影响； 

B:生长中期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TN含量的影响； 

C:生长末期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TN含量的影响； 

图6是不同水分条件下不同生长时期残体混土与覆盖处理对TP含量影响的对比图； 

其中，A:生长初期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TP含量的影响； 

B:生长中期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TP含量的影响； 

C:生长末期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对TP含量的影响； 

图7是不同水分条件下不同生长时期残体混土与覆盖处理对NO₃^--N含量影响的对比图； 

其中：A:生长初期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对NO₃^--N含量的影响； 

B:生长中期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对NO₃^--N含量的影响； 

C:生长末期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对NO₃^--N含量的影响； 

图8是不同水分条件下不同生长时期残体混土与覆盖处理对DOC含量影响的对比图； 

其中：A:生长初期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对DOC含量的影响； 

B:生长中期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对DOC含量的影响； 

C:生长末期不同水分条件下残体混土与覆盖处理对DOC含量的影响； 

图9是不同水分条件下残体混土与覆盖处理对种子出芽率影响的对比图； 

其中：A:真实降水条件下残体混土与覆盖处理对种子出芽率影响 

B：人工干预方案一条件下残体混土与覆盖处理对种子出芽率影响 

C：人工干预方案二条件下残体混土与覆盖处理对种子出芽率影响 

图10是不同水分条件下残体混土与覆盖处理对株高影响的对比图； 

其中：A：真实降水条件条件下表层覆盖对株高的影响 

B：真实降水条件条件下5cm混土对株高的影响 

C：真实降水条件条件下10cm混土对株高的影响 

D：人工干预方案一条件下表层覆盖对株高的影响 

E：人工干预方案一条件下5cm混土对株高的影响 

F：人工干预方案一条件下10cm混土对株高的影响 

G：人工干预方案二条件下表层覆盖对株高的影响 

H：人工干预方案二条件下5cm混土对株高的影响 

I：人工干预方案二条件下10cm混土对株高的影响 

图11是不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬TN含量的影响； 

其中：A:不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬植物体TN含量的影响 

B：不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬立枯体TN含量的影响 

图12是不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬TP含量的影响。 

其中：A:不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬植物体TP含量的影响 

B：不同水分条件下不同残体添加方式对碱蓬立枯体TP含量的影响 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。 

本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。虽然为实现本发明所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。 

实验区域 

实施例1为：山东省沾化县，盐分含量为1.5~2.0wt％、年平均降雨600mm、年蒸发量1800~2000mm，年平均气温12.5℃。 

实施例2为：山东省沾化县，盐分含量为2.5~3.0wt％、年平均降雨600mm、年蒸发量 1800~2000mm，年平均气温12.5℃。 

实施例3为：山东省沾化县，盐分含量为1.8~2.5wt％、年平均降雨600mm、年蒸发量1800~2000mm，年平均气温12.5℃。 

实施例1 

一种黄河故道区滨海退化湿地修复方法，包括以下步骤： 

（1）选取土壤盐分含量为1.5~3.0wt％，年平均降水量600mm，年蒸发量1800~2000mm，年平均气温12.5℃的黄河故道区退化滨海盐碱湿地，种植前对土壤进行松动平整，准备好待用。 

（2）于公历2011年5月4日，将准备好待用的土壤浇水按60×10³kg/亩的灌溉量进行灌溉，降低土壤表面的含盐量，之后将经种子引发后的碱蓬种子按250粒/m²的密度播种于浇过水的土壤中，表层覆盖1cm厚的土壤，最后将碱蓬残体按照1080kg/亩的施用量进行表层覆盖。 

（3）进行正常管理，播种后5月总灌溉量为64.78×10³kg/亩，6月总灌溉量为105.76×10³kg/亩、7月总灌溉量为79.26×10³kg/亩、8月总灌溉量为42.99×10³kg/亩、9月总灌溉量为28.49×10³kg/亩、10月的总灌溉量为7.56×10³kg/亩。在碱蓬生长过程中，为避免种间竞争带来的影响，在碱蓬长到4.5~5.5cm高时进行去苗，使碱蓬密度为50株/m²。 

所述步骤（2）中的植物残体为碱蓬枯死后的地上营养器官经粉碎至长度小于5cm的杆段。 

所述步骤（2）中的经种子引发后的碱蓬种子制备方法为：将碱蓬种子浸入浓度为500ppm的KNO₃溶液中，在温度为25℃条件下浸泡2小时。 

实施例2 

如实施例1所述的方法，不同之处在于，步骤（2）中将碱蓬残体按照540kg/亩的施用量进行表层覆盖； 

步骤（3）播种后中5月总灌溉量为65.43×10³kg/亩，6月总灌溉量为106.83×10³kg/亩、7月总灌溉量为80.0×10³kg/亩、8月总灌溉量为43.42×10³kg/亩、9月总灌溉量为28.78×10³kg/亩、10月的总灌溉量为7.64×10³kg/亩。 

实施例3 

如实施例1所述的方法，不同之处在于，步骤（2）中将碱蓬残体按照1620kg/亩的施用量进行表层覆盖； 

步骤（3）播种后中5月总灌溉量为~65×10³kg/亩，6月总灌溉量为106×10³kg/亩、7月总灌溉量为80.0×10³kg/亩、8月总灌溉量为43×10³kg/亩、9月总灌溉量为28.6×10³kg/亩、10月的总灌溉量为7.6×10³kg/亩。 

试验例 

1、种子引发实验 

采取2因素设计，第一个因素为种子处理的方式，即分别采用不浸泡、浸泡、KNO₃溶液、KH₂PO₃溶液浸泡4种种子引发技术；第二个因素为7种盐分处理，分别为对照（蒸馏水）、黄河水、100mM、200mM、400mM、600mM、800mM的NaCl溶液，每个处理3个重复。 

通过计算种子出芽率、萌发速率、萌发功能以及幼苗长度等指标确定在不同盐分条件下合适的引发技术。通过实验得出高盐分条件下用KNO₃引发有利于碱蓬的萌发（图1）。 

2、水分干预和植物残体覆盖的影响 

本试验所选区域属东亚温暖带潮湿大陆季风性气候，年平均降水量600mm，年蒸发量1800~2000mm，年平均气温12.5℃。由于过度开采地下水引起的河口海水倒灌使得该地区湿地土壤盐碱化严重，且区域内土壤呈现出不同的盐碱化程度。该区域土壤属于滨海潮土，土 体构型多有厚黏层。选取的土壤为重度退化滨海盐碱湿地土壤。该类盐碱地植被稀少，大多为光板地，且土壤表面有盐析出，这主要是海水倒灌和蒸发量大引起。残体添加方式共分为3种，即表层覆盖、5cm混土和10cm混土，其中5cm混土和10cm混土是把残体粉碎至小于5cm，分别于0-5cm和0-10cm的土壤混合均匀；表层覆盖处理则等到种子种植后将碱蓬残体覆盖在土壤的表层。 

将碱蓬种子用浓度为500ppm的KNO₃溶液在温度为25℃条件下浸泡2小时，然后进行种植。 

按照以下设定的三种人工水分干预案对碱蓬进行浇水，分别为：（1）真实降水条件，5月、6月、7月、8月、9月以及10月的总灌溉量分别为52.22×10³～53.31×10³kg/亩、86.16×10³~87.03×10³kg/亩、64.58×10³~65.23×10³kg/亩、35.02×10³~35.37×10³kg/亩、23.22×10³~23.45×10³kg/亩和6.16×10³~6.23×10³kg/亩；（2）人工干预方案一，此方案是在真实情况的基础上，将植物非生长季的降水量按比例分配至相应的月份，其中真实降水条件，即根据每个月的平均降水量来灌溉碱蓬，5月、6月、7月、8月、9月以及10月的总灌溉量分别为64.78×10³~65.43×10³kg/亩、105.76×10³~106.83×10³kg/亩、79.26×10³~80.0×10³kg/亩、42.99×10³~43.42×10³kg/亩、28.49×10³~28.78×10³kg/亩和7.56×10³~7.64×10³kg/亩；（3）人工干预方案二，是在方案一的基础上，将4月份50%的降水配置于5月上旬，6月份40%的降水配置于8月份，6月份60%的降水配置于9月份，然后将剩余的按比例分配，5月、6月、7月、8月、9月以及10月的总灌溉量分别为75.22×10³~75.98×10³kg/亩、67.10×10³~67.7×10³kg/亩、76.11×10³~76.88×10³kg/亩、55.07×10³~55.62×10³kg/亩、48.04×10³~48.52×10³kg/亩和7.25×10³~7.33×10³kg/亩。 

表1碱蓬生长季（5~10月）逐月用水量（单位：×10³kg/亩） 

试验进行过程中分别在碱蓬生长初期、中期以及末期对土壤理化性质进行测定，在碱蓬生长末期测定碱蓬鲜重、干重以及N、P等元素的含量，见图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、表2、表3。 

比较例1： 

按照种子引发分别采用不浸泡、浸泡、KNO₃、KH₂PO₃浸泡4种种子引发技术进行比较；设置7种盐分处理，分别为对照（蒸馏水）、黄河水、100mM、200mM、400mM、600mM、800mM的NaCl溶液，每个处理3个重复，结果如图1所示。 

比较例2： 

按比较例所述，设置不加残体覆盖（对照）、5cm混土和10cm混土，其中5cm混土和10cm混土残体添加量和表层覆盖量相同，分别设置：540kg/亩（实施例2）、1080kg/亩（实施例1）和1620kg/亩（实施例3），管理期间和表层覆盖量相同。结果如图4、图5、图6、 图7、图8、图9、图10、图11、图12、表2、表3所示。其中，5cm混土和10cm混土是将残体粉碎至小于1cm，然后与地表往下深0~5cm或0~10cm的土壤混合均匀。 

比较例3： 

按比较例所述，在其他条件相同的条件下，设置不同浇水量，分别为真实降水条件、人工干预方案一以及人工干预方案二，结果如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、表2、表3所示。 

结果分析 

通过比较发现，与其他引发方式相比较，KNO₃引发能够促进碱蓬种子在高盐分胁迫下的出芽率、萌发速率以及幼苗生长（图1、图2和图3）；两种人工干预方案均比真实降水条件效果好，且人工干预方案一（5月、6月、7月、8月、9月以及10月的灌溉量分别为64.78~65.43kg/亩、105.76~106.83kg/亩、79.26~80.0kg/亩、42.99~43.42kg/亩、28.49~28.78kg/亩和7.56~7.64kg/亩）优于人工干预方案二（5月、6月、7月、8月、9月以及10月的总灌溉量分别为75.22~75.98kg/亩、67.10~67.7kg/亩、76.11~76.88kg/亩、55.07~55.62kg/亩、48.04~48.52kg/亩和7.25~7.33kg/亩）；残体表层覆盖比5cm混土和10cm混土操作方便，经济可行性高；不同残体添加量的影响不是很大，也就是说在退化湿地区540kg/亩~1620kg/亩的添加量均具有可行性。通过KNO₃引发-人工水分干预（5月、6月、7月、8月、9月以及10月的总灌溉量分别为64.78~65.43kg/亩、105.76~106.83kg/亩、79.26~80.0kg/亩、42.99~43.42kg/亩、28.49~28.78kg/亩和7.56~7.64kg/亩）-残体表层覆盖的方式，降低了土壤的含盐量，改良了土壤，且碱蓬生长状况良好（图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、表2、表3）。 

表2人工促进措施对土壤盐分含量的影响 

表3人工促进措施对土壤K⁺含量的影响