一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法

摘要

本发明公开了一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法，涉及热带森林生态修复技术领域，通过模拟热带森林中的“绞杀”现象，建立起遵循自然规律的人工生态体系，进一步通过人工生态体系向自然群落演替，恢复热带森林生态系统生物多样性，并充分利用生态系统的自然更新、自我修复等特点来实现生态系统的良性发展，从而得到一个健康、稳定的热带森林生态系统，与现有技术中多使用地生型榕树相比，本发明一方面具有使用地生型榕树所带来的生态效益，如改善林内小气候，吸引动物传播种子增加种子雨等；另一方面就是半附生榕树建立也不会过多占用后来定殖者的空间生态位，减少了砍伐原有单一林分所带来的演替不确定性。

说明书

技术领域

本发明涉及热带森林生态修复技术领域，具体是指一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法。

背景技术

热带森林作为世界上结构最复杂、生物多样性最丰富的陆地生态系统之一，不仅在维持全球生物多样性和生态系统功能方面发挥着重要作用，并且为人类提供了丰富的物质资源，对于栖居于森林中及其周边区域的人们来说更是赖以生存的产业。然而，随着经济社会的发展和人类活动的加剧，热带森林的面积急剧减少，长期的干扰破坏使其成为陆地上生物多样性丧失最快、功能退化最严重的系统之一。热带森林的破坏和退化将会对本地物种以及生态系统产生持续的负面影响，包括生物多样性降低、生态系统结构破坏、碳汇功能减弱、水文功能恶化以及栖息地破碎化等，而森林恢复是缓解上述负面影响最有效的方式之一。

热带森林的恢复问题被认为是目前人类面临的主要挑战之一，退化或采伐后的热带森林能否恢复、如何恢复已成为迫切需要解决的科学问题。恢复很大程度上取决于该退化系统的生态及干扰历史，一些退化程度较轻的地区使用自然再生的方法让其生物多样性及系统结构功能恢复是一种可行策略，但在大多数情况下，由于缺少可靠参考资料，并不能准确判断这些退化系统是否能在无人工干预的条件下自然再生。限制植被自然恢复的障碍主要包括极端物理环境、生物多样性的临界值以及限制生物扩散定植的景观结构等。恢复策略的选择需要综合考虑特定恢复项目的基础条件、恢复目标、恢复成本、社会文化以及政府政策等多重因素。

当热带森林植被的退化程度较低(图1中1～2)，即植被中繁殖体的密度足够高时，通常选择被动恢复(自然再生)的恢复策略。被动恢复方法可划分为：(1)自然再生，即没有采取任何措施的自然再生；(2)受保护的自然再生，即在退化植被中减少或消除阻碍因素，例如防火、移走牛群等；(3)辅助(或加速)自然再生，即通过增加生态系统中种子雨、促进种子传播来增加退化植被中繁殖体的密度。当退化生态系统中繁殖体密度不足导致无法通过自然再生恢复植被时(图1中3)，可选择使用“框架物种法”——建立一个或一群物种，作为恢复生态系统的基本框架——来恢复退化植被。如果残存森林中的种子传播受到阻碍(图1中4)，就必须种植构成顶级生态系统的大多数树种，即“最大多样性法”，该方法所使用的物种数量远多于框架物种法，因其高成本极大地限制了其使用和推广。当退化生态系统的土壤和气候条件进一步恶化，则需要首先进行土壤基质改良，土壤修复后再种植护理树种来进一步改善小气候和立地条件(图1中5)。

榕树在维持热带森林生态系统多样性、促进群落更新与演替中的关键作用，其经常被选作目标树种用于热带植被恢复实践中。在以往的恢复项目中，几乎都使用地生型榕树进行实践，半附生型榕树(绞杀榕)的恢复潜力尚未被挖掘。绞杀榕在其生活史的初期常常依赖于宿主树上积存的凋落物与腐殖质(图2中1)，中期其根系进入土壤并与土壤建立直接联系(图2中2～3)，最终，宿主树由于机械损伤、资源匮缺和负重而死亡，绞杀榕则完成“绞杀”过程成为独立的大树(图2中4)，部分气生根网络不够发达的绞杀榕难以支撑自己的躯体，倒伏死亡后形成林窗(图2中5)，有利于土壤种子库中种子的萌发和森林群落的演替。和地生型榕树一样，绞杀榕也能够改善林内小气候，吸引动物传播种子增加种子雨，其建立也不会过多占用后来定殖者的空间生态位，减少了砍伐原有单一林分所带来的演替不确定性(杂草和灌丛的生长)和人工成本，为此我们提出一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法以解决现有技术中的局限。

发明内容

为了克服现有技术的局限，本发明提供一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法，包括以下步骤：

S1：确立生态修复区

对比区域生态顶级生态系统，判定生态系统退化程度和趋势，划定生态退化等级；分析土壤理化特征、植物物种组成，设立生态修复区，以期恢复区域生物多样性以及提高生态系统功能。

S2：前期准备

2.1.林地整理：对林地内杂物进行清理，割除清理林地内杂草、灌木，林地内残存枯落物可适当进行堆积处理。

2.2.装置安装：使用棕榈皮作为容器材料，棕榈皮的下部用铁丝固定在林地内原有大乔木距离地面约1.5m的主干上，两侧用码钉固定于主干上，上部开口边缘再用铁丝加固，为放置培养基质用。

2.3.基质装配：将细沙土、园艺有机肥蚯蚓粪和充分吸水膨胀的农林钾盐保水剂按2:1:2的体积比配比混合后使用。

S3：植苗技术

3.1.栽植时间：选择降水量稳定的季节，可以在绞杀榕幼苗根系向下生长到达土壤的过程中提供所需水分。

3.2.苗木要求：树种宜选用当地常见绞杀榕树种的实生幼苗。

3.3.栽植要点：种植要做到根系舒展、苗木直立、栽种深度适宜，确保灌水和土壤落实后，根颈与基质表面齐平。

S4：管理措施

4.1.抚育措施：根据榕树幼苗生长发育状况、恢复改造地的立地条件、天气状况等确定抚育时间、抚育措施和抚育次数。

4.2.管护措施：定期对恢复改造地进行巡护，定期监测幼苗的存活率与生长情况。

S5：生态监测及生态修复成效评估

5.1.生态监测：在生态修复工程实施后的1～5年内，开展恢复区生态监测。主要监测指标包括：环境监测、生物监测和生态功能监测。

5.2.成效评估：从生物多样性指数、生态系统结构、生态过程与功能、生态系统服务4个方面选取指标，构建生态修复成效评估指标体系，分析恢复生物多样性对生态系统结构、过程、功能与服务的影响，综合评估生态修复效果。

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

1、生态效益：与现有热带森林修复策略手段相比，本发明通过模拟热带森林中的“绞杀”现象，建立起遵循自然规律的人工生态体系，进一步通过人工生态体系向自然群落演替，恢复热带森林生态系统生物多样性，并充分利用自然群落的自然更新、自我修复等特点来实现生态系统的良性发展，从而得到一个健康、稳定的热带森林生态系统。

与现有技术中多使用地生型榕树相比，本发明一方面具有使用地生型榕树所带来的生态效益，如改善林内小气候，吸引动物传播种子增加种子雨等；另一方面就是绞杀榕的建立也不会过多占用后来定殖者的空间生态位，减少了砍伐原有单一林分所带来的演替不确定性(杂草和灌丛的生长)。

2、经济效益：与现有技术相比，本发明的实施成本较低廉，同时减少了人工管理抚育成本，以修复区域历史种植橡胶林为例，恢复前林地初始状态要求简单，林地整理工作成本较低。通过此修复手段恢复热带森林对当地涵养水源、观光旅游等方面带来的经济效益提升明显。

3、社会效益：与现有技术相比，本发明技术的成功实施能够形成热带森林中特有的“绞杀”现象，能够更好地与周边生态景观呼应和融合，在自然观光、旅游、娱乐等方面的功能均有所提升，同时绞杀榕在其他树上建立直到成功绞杀这一过程中的不同景观均能为自然教育提供良好素材，有助于学习者对生态学知识的理解，具有开发科普基地的条件基础以及发展潜力。

附图说明

图1为本发明的恢复策略的选择展示图；

图2为本发明的绞杀榕生活史不同阶段示意图；

图3为本发明的绞杀榕人工培养装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

绞杀榕在其生活史的初期常常依赖于宿主树上积存的凋落物与腐殖质，中期其根系进入土壤并与土壤建立直接联系，最终，部分宿主树会由于机械损伤、资源匮缺和负重而死亡，绞杀榕则完成“绞杀”过程成为独立的大树。宿主树死亡并逐渐分解时，绞杀榕所发展的气生根网络则逐渐发展形成以起到支撑作用；也有些气生根网络不够发达的绞杀榕难以支撑自己的躯体，倒伏死亡后形成林窗，有利于土壤种子库中种子的萌发和森林群落的演替。和地生型榕树一样，绞杀榕也能够改善林内小气候，吸引动物传播种子增加种子雨，其建立也不会过多占用后来定殖者的空间生态位，减少了砍伐原有单一林分所带来的演替不确定性(杂草和灌丛的生长)和人工成本。

为解决现有技术中的局限性，本发明的目的在于利用这种仿自然的“绞杀”过程，提供一种全新的热带森林恢复技术，为热带森林的恢复工作提供新的思路。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于“绞杀”现象的热带森林恢复方法，下面用具体应用实施例说明本发明。

实施例一：

实施地点为西双版纳州勐腊县勐仑镇中国科学院西双版纳热带植物园内一老龄橡胶林。目前，该橡胶林割胶年限将至，后续将开展生态修复使其回归热带森林。

一种基于“绞杀”现象的废弃橡胶林回归热带森林方法，包括以下步骤：

S1：确立生态修复区

对比区域顶级生态系统，判定生态系统退化程度和趋势，划定生态退化等级；分析土壤理化特征、植物物种组成，研究胶林开发前后植物群落优势种、建群种和先锋种变化，分析植被演替规律。综合区域生态特征，基于因地制宜、景观协调、经济合理和综合统筹的原则，设立生态修复区，恢复区域生物多样性，提高生态功能。

S2：前期准备

2.1.林地整理：于当年4月进行。主要清除橡胶林中割胶工作相关工具及装置，包括但不限于橡胶遮雨帽、接胶碗、铁丝等。

2.2.装置安装：如图2所示，使用棕榈皮(叶鞘纤维)作为容器材料，棕榈皮的下部用铁丝固定在老龄橡胶树距离地面约1.5m的树干上，两侧用码钉固定于橡胶树干上，上部开口边缘再用铁丝加固，为放置培养基质用。

2.3.基质装配：细沙土、园艺有机肥蚯蚓粪和充分吸水膨胀的农林钾盐保水剂按2:1:2的体积比配比混合后使用。

S3：植苗技术

3.1.栽植时间：栽植时间选择在当年的8月。此时，实验区域降水量稳定，栽植的绞杀榕幼苗不易受到干旱胁迫，且此后一直到当年10月均为雨季，可以在绞杀榕幼苗根系向下生长到达土壤的过程中提供所需水分。

3.2.苗木要求：树种宜选用当地常见绞杀榕树种高山榕、菩提树、榕树，苗龄1～2年生，高度15～20cm的实生幼苗。

3.3.栽植要点：种植要做到根系舒展、苗木直立、栽种深度适宜，确保灌水和土壤落实后，根茎与基质表面相平。

S4：管理措施

4.1.抚育措施：根据榕树幼苗生长发育状况、恢复改造地的立地条件、天气状况等确定抚育时间、抚育措施和抚育次数。抚育时清除绞杀榕着生装置内萌生的杂草或其他附生植物，待绞杀榕幼苗气生根进入土壤后可停止清除。根据幼苗生长状态和天气状况酌情施加水分，每年5～10月为当地雨季，无需额外施加水分，11～4月为旱季，可7～15天施加一次水分，水量以装置内钾盐保水剂充分吸胀为准。幼苗种植初期抚育间隔时间较短，随绞杀榕幼苗生长可逐渐延长抚育间隔，抚育时间1～3年。

4.2.管护措施：定期对恢复改造地进行巡护，确保栽植幼苗不受人为和动物干扰损害，定期监测幼苗的存活率与生长情况。

S5：生态监测及生态修复成效评估

5.1.生态监测：在生态修复工程实施后的1～5年内，开展恢复区生态监测，主要包括：环境监测、生物监测和生态功能监测。其中，环境监测包括大气环境、水环境、土壤环境等；生物监测主要指植被监测，包括乔木层、灌木层及草本层物种组成、数量、胸径、高度、盖度等指标；上述生态功能监测，是获取恢复区内生态系统类型数据，结合大气、水质和土壤监测结果，采用《生态环境状况评价技术规范》(HJ192-2015)评估区域生态环境状况指数。

5.2.成效评估：从生物多样性指数、生态系统结构、生态过程与功能、生态系统服务4个方面选取指标，构建生态修复成效评估指标体系，分析恢复生物多样性对生态系统结构、过程、功能与服务的影响，综合评估生态修复效果。

2022年1月经监测统计，结果表明：

如表1和表2所示，采用本发明技术方案栽植的高山榕、榕树和菩提树均已发新叶/新芽，且长势良好，高山榕与榕树的幼苗成活率在90％以上，菩提树成活率为80％；与栽植初期相比，三种绞杀榕的根颈直径和株高都有所增加。

表1绞杀榕幼苗成活率

表2绞杀榕幼苗生长状况

实施例二：

实施地点为西双版纳州勐腊县勐仑镇中国科学院西双版纳热带植物园内一老龄橡胶林。目前，该橡胶林割胶年限将至，后续将开展生态修复使其回归热带森林。

本例提供一种基于“绞杀”现象的废弃橡胶林回归热带森林方法的另外一种实施方式，与实施例1不同在于，本例不使用榕树幼苗，而是直接使用榕树种子进行萌发，具体包括以下步骤：

S1：确立生态修复区

对比区域顶级生态系统，判定生态系统退化程度和趋势，划定生态退化等级；分析土壤理化特征、植物物种组成，研究胶林开发前后植物群落优势种、建群种和先锋种变化，分析植被演替规律。综合区域生态特征，基于因地制宜、景观协调、经济合理和综合统筹的原则，设立生态修复区，恢复区域生物多样性，提高生态功能。

S2：前期准备

2.1.林地整理：于当年4月进行。主要清除橡胶林中割胶工作相关工具及装置，包括但不限于橡胶遮雨帽、接胶碗、铁丝等。

2.2.装置安装：使用棕榈皮(叶鞘纤维)作为容器材料，棕榈皮的下部用铁丝固定在老龄橡胶树距离地面约1.5m的树干上，两侧用码钉固定于橡胶树干上，上部开口边缘用铁丝加固，为放置培养基质用。

2.3.基质装配：细沙土、园艺有机肥蚯蚓粪和充分吸水膨胀的农林钾盐保水剂按2:1:2的体积比配比混合后使用。

S3：种子处理与播种

3.1.种子采集：绞杀榕树种选择高山榕、垂叶榕、榕树、菩提树和绿黄葛树，种子采集自当年自然熟落的榕果，果实采回后，清水洗净并分离杂质，干燥后黑暗条件下储存于室温备用。

3.2.播种要点：每种绞杀榕各设置20个重复，每个容器内各施撒榕树种子100粒，施撒时尽量均匀撒于基质表面，种子施撒后可适当喷水，使种子与基质表面充分接触。播种时间为当年8月，此时，实验区域降水量8月稳定，栽植的绞杀榕幼苗不易受到干旱胁迫，且此后一直到当年10月均为雨季，可以在绞杀榕幼苗根系向下生长到达土壤的过程中提供所需水分。

S4：管理措施

4.1.抚育措施：根据榕树幼苗生长发育状况、恢复改造地的立地条件、天气状况等确定抚育时间、抚育措施和抚育次数。抚育时清除绞杀榕着生装置内萌生的杂草或其他附生植物，待绞杀榕幼苗气生根进入土壤后可停止清除。根据幼苗生长状态和天气状况酌情施加水分，每年5～10月为当地雨季，无需额外施加水分，11～4月为旱季，可7～15天施加一次水分，水量以装置内钾盐保水剂充分吸胀为准。幼苗种植初期抚育间隔时间较短，随绞杀榕幼苗生长可逐渐延长抚育间隔，抚育时间1～3年。

4.2.管护措施：定期对恢复改造地进行巡护，确保栽植幼苗不受人为和动物干扰损害，定期监测幼苗的存活率与生长情况。

S5：生态监测及生态修复成效评估

5.1.生态监测：在生态修复工程实施后的1～5年内，开展恢复区生态监测。主要监测指标包括：环境监测、生物监测和生态功能监测。其中，环境监测包括大气、水环境、土壤等；生物监测主要指植被监测，包括乔木层、灌木层及草本层物种组成、数量、胸径、高度、盖度等指标；述生态功能监测，是获取恢复区内生态系统类型数据，结合大气、水质、土壤监测结果，采用《生态环境状况评价技术规范》(HJ192-2015)评估区域生态环境状况指数。

5.2.成效评估：从生物多样性指数、生态系统结构、生态过程与功能、生态系统服务4个方面选取指标，构建生态修复成效评估指标体系，分析恢复生物多样性对生态系统结构、过程、功能与服务的影响，综合评估生态修复效果。

2021年11月经监测统计，结果表明：

种子萌发参数采用最终萌发率(Final germination,FG)、平均萌发时间(Meantime to germinate,MTG)。

其中Ni表示第i天萌发的种子数；Di表示萌发的天数。

如表3所示，采用本发明技术方案栽植的高山榕、垂叶榕、榕树、菩提树和绿黄葛树均萌发成功，长势良好。其中绿黄葛树成功率最高(18/20)，而高山榕的萌发率最高(34％)。

表3绞杀榕在橡胶树上的萌发参数

本发明是创新性的利用绞杀榕特有的生态过程，突破了现有技术的局限性；

通过设计的人工培养装置为绞杀榕提供定植位点和定植基质，成功使得绞杀榕能够高效定植于恢复区域原有树木；

使用基质中钾盐保水剂，钾盐保水剂作为一种具有超强吸水和保水能力的高分子聚合物，可吸持超自身重量数百倍的水分，改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力，合理使用保水剂能够提高降水在土壤中的存留时间和调控缺水时期土壤水分。钾盐保水剂的使用突破了绞杀榕在定植建立时所面临的水分胁迫，并减少了日常养护抚育成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。