一种改良湿地土壤种子库恢复退化湿地植被的方法

摘要

一种改良湿地土壤种子库恢复退化湿地植被的方法，包括以下步骤：1）根据因地制宜原则，从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m‑2；2）将不同来源土壤种子库间混配，或加入自然采收的种子；3）生物菌素的制备:4）加入步骤3）所得生物菌素获得改良土壤种子库；5）采用客土的方法将改良种子库土壤，覆盖于植被退化的湿地，自然萌发形成植被。本发明之利用土壤种子库进行退化湿地植被恢复的优点是：1）材料容易获得、成本低、操作简单易行；2）遵从湿地演替规律，快速、自然恢复退化湿地植被，控制外来物种入侵；3）多物种共存在，结构稳定，可自我更新，生态景观丰富。

说明书

技术领域

本发明属于退化生态系统修复领域，尤其是涉及利用湿地种子库恢复退化湿地植被及生态系统的方法。

背景技术

21世纪以来，受经济发展与气候变化影响，湿地退化已成为一种全球现象，且日益加剧，在天然湿地大量丧失的情况下，退化湿地的研究与修复成为受关注的热点。而在湿地生态系统中，作为初级生产者的湿地植被,对湿地生态系统结构和功能起着重要的支撑作用,一方面它可以通过为其他生物提供食物及栖息环境等功能,直接参与湿地生态系统的物质循环；另外它自身的许多特性(如植被组成、生物多样性等)可以作为重要参数指示外部环境的变化,并用来评价湿地生态系统健康与否。因此湿地植被的研究是湿地生态学研究最基础的内容之一，保护和恢复湿地多样性，植被恢复是先决条件。作为植被恢复的资源，湿地种子库对退化湿地植被的恢复起着重要的作用。

土壤种子库(soil seed bank)是指存在于土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子的总和。土壤种子库中蕴藏着大量未萌发的潜在植物种子，其中不仅包含地面现存物种种子，还有通过各种途径扩散到土壤种子库中的附近植物群落的种子，其个体数量可能远远超过地上植株的数量,且比植株有更强的耐受力和恢复力。另外，以种子库形式埋藏在表层土壤中的种子能够逃避干扰、疾病和动物捕食等损害,因此Harper把土壤种子库时期称为“潜种群阶段",认为其具有 潜在的植被更新和恢复能力。因此，土壤种子库技术被广泛应用于恢复生态工程中。

土壤种子库的组成和变化对地表植被动态具有十分重要的意义。目前，通过湿地土壤种子库进行湿植被恢复研发受到重视，但大都研发停留在比较土壤种子库和地面植被物种组成,并以此为基础论述其用作植被恢复的可能性，而从工程角度利用土壤种子库进行植被恢复的实践则少之又少，成功修复的实践报导则更少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种解决退化湿地植被恢复问题的改良湿地土壤种子库恢复退化湿地植被的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种改良湿地土壤种子库恢复退化湿地植被的方法，对健康的天然湿地土壤种子库进行改良，兼用“在地恢复(in situ restoration)”和“易地恢复(ex situ restoration)”方式，客土辅助恢复湖泊退化湿地植被，恢复湿地景观和生态功能，具体包括以下步骤：

1)根据因地制宜原则，从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；优选耐逆性强(种子库具有多耐性，如耐高温、耐水湿等)的种子库；

2)将不同来源土壤种子库间混配，或加入自然采收的种子(优选2000～3000粒)，提高土壤中种子密度和物种多样性，物种中包括乔、灌、草，挺水、沉水和浮水植物；(混配之后种子库中都是本底植物，加入自然收获的种子以保证种子密度不低于5000粒/m^-2)；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利申请“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”，公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养2～3d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化3～5次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.1～0.5kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)采用客土的方法将改良种子库土壤，覆盖于植被退化的湿地，自然萌发形成植被。

进一步，步骤(1)中，所述自然湿地种子库选自耐水湿植物分布区、沼生植物区、湖泊消落带、湖泊底泥区，种子密度不低于5000粒.m^-2。

进一步，步骤(2)中，混配土壤种子库，至少是所含种子生物学特性相近的二类土壤种库间混配或加入自然采收种子，确保种子库中具备乔木、灌木和草本种子，萌发形成结构复杂稳定的自然群落。

进一步，步骤(2)中，不同来源的种子库含有沉水、挺水、浮水和湿地周边极少淹水区域的植物，应用于不同水位退化湿地环境，因地制宜构建植物群落。

进一步，不同来源自然湿地种子库混配，兼顾“在地恢复(in situ restoration)”和“易地恢复(ex situ restoration)”两个种形式。

进一步，所选择的土壤种子库与拟修复湿地立地环境相近，土壤种子库物种为乡土植物，与退化湿地本底植物相同或相近。

进一步，选取的土壤种子库种子密度在1.5万-10万之间，能确保较高的幼苗保存率。

进一步，土壤种子库含有乔、灌、草种子，其比例1:1:2-1:1:3，能形成物种多样的乔灌草植物群落。

所述改良湿地土壤种子库与来源相同或相近微生物发酵制备的生物菌素混配，能确保木本植物种子有较高萌发率和保存率。

本发明之利用自然湿地种子库恢复湖泊退化湿地植被的方法，选择物种丰富、抗逆性强的种子库土壤覆盖在不同立地的退化湿地上,自然萌发出的植物能与拟恢复湿地本底植物有机衔接。

本发明之利用土壤种子库进行退化湿地植被恢复的优点是：1)材料容易获得、成本低、操作简单易行；2)遵从湿地演替规律，快速、自然恢复退化湿地植被，控制外来物种入侵；3)多物种共存在，结构稳定，可自我更新，生态景观丰富。

本发明提出一种基于可持续自我更新、生物多样性丰富原则，利用改良湿地土壤种子库辅助恢复湖泊退化湿地植物的方法。本发明改良湿地土壤种子库富含乔、灌、草种子，幼苗在修复早期起到地被植物的作用，后期可形成多物种优势群落，控制外来物种入侵；形成的群落与周边环境有机结构，可持续自然更新。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本试验地点设在津市市李家铺镇，唐家咀村西毛里湖湿地。西毛里湖属洞庭湖水系，是湖南省仅次于洞庭湖的第二大天然优质淡水湖。其湿地分为河流湿地、湖泊湿地和人工湿地三大类。河流湿地，主要有流入毛里湖的8条永久性的溪流。湖泊湿地包括永久性淡水湖一个湿地型。人工湿地包括水产养殖场和稻田/冬水田两个湿地型。近些年来，毛里湖湿地水面面积减少，农业面源污 染、水产养殖导致水体水质下降，湿地功能退化严重。毛里湖湿地及其周边环境有如下特点：毛里湖湿地周围的整体植被状况良好，但植被的层次，优势种并不明显，影响了湿地景观的营造及多样性。湿地内陆生植被比较破碎，群落均不典型，各类群落的面积大小不一。本底植被主要为稀疏的草丛，建群种斑茅(Saccharum arundinaceum)，伴生野葛(Pueraria lobata)、莎草(Cyperus papyrus.)苔草(Carex.sp)以及田间杂草。

实施例中所用的湿地土壤种子库选取自不同水位梯度毛里湖湿地区域和毛里湖湿地周边。土壤种子库取样面积1×1m，取样深度0-15cm。不同区域土壤种子库的基本特性如表1。

表1不同区域湿地土壤种子库主要物种及密度

注：括号里百分数代表单位面积内种子密度的比例

AH：一年生草本；PH多年生草本；S：灌木；T:乔木。以下表格相同。

实施例1：湖泊底泥区种子库+洲滩种子库+自然采收种子(指人工收获的种子)，混配后掺合微生物发酵液。

本实施例的改良湿地土壤种子库恢复退化湿地的植被，包括以下步骤：

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将湖泊底泥区种子库土与洲滩种子库按1:1或1:2进行混合，然后掺入自然采收的种子2000粒；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利申请“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养2d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化5次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.1kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

本实例改良后种子库组成特点是：具备不同类型水生植物(浮水、挺水、沉水植物)，适应不同水位梯度修复，多年生草本植物和灌木种类增多。修复效果如下表2。

表2 实施例1改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果(物种组成中植物种类分类为一年生草本、多年生草本、灌木和乔木)

底泥种子库+洲滩种子库+自然采收种子可显著提高湖泊底泥、消落带的植物种类及种子密度，其次是洲滩湿地，对湿生植物区的植被恢复效果不明显。

实施例2：湿生植物种子库+洲滩种子库+自然采收种子

湿地土壤种子库的改良步骤与实施例1相同。

本实施例的改良湿地土壤种子库恢复退化湿地的植被，包括以下步骤：

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将湿生植物种子库与洲滩种子库按1:1或1:2进行混合，然后掺入自然采收的种子3000粒；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利申请“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养3d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化3次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.2kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

本实施例改良湿地土壤种子库的特点是：种子库具备乔灌草不同植株类型、不同生活类型植物，适用于湖泊消落带、洲滩退化湿地的植被恢复。修复效果如表3：

表3 实施例2改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果

“湿生植物种子库+洲滩种子库+自然采收种子”改良土壤种子库能显著提高洲滩区湿地土壤种子库密度和植物种类，其次是湿生植物区，再其次是湖泊消落带，对湖泊底泥种子库密度与种类影响较小。

实施例3：湿生植物种子库+消落带土壤+自然采收种子

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将湿生植物种子库土与消落带土壤按1:1或1:2进行混合，然后掺入自然采收的种子2000粒；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养2d，然 后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化3次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.3kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

实施后退化湿地植被恢复效果见表4。

实施例4：洲滩种子库+消落带土壤种子库+自然采收种子

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将洲滩种子库土与消落带土壤按1:1或1:2进行混合，然后掺入自然采收的种子2000粒；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养3d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化5次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.4kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

实施后退化湿地植被恢复效果见表5。

实施例5：湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将湿生植物种子库土与洲滩种子库土壤按1:1或1:2进行混合，然后掺入自然采收的种子2000粒；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养3d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化3次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.5kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

实施后退化湿地植被恢复效果见表6。

实施例6：湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤+底泥种子库

1)调查分析备选土壤种子库物种特性，然后根据恢复目标与恢复面积挖取样土；从自然湿地种子库选取土壤种子库，种子库种子密度不低于5000粒.m^-2；

2)将湿生植物种子库土与洲滩种子库土壤、消落带土壤、底泥种子库按1:1:1:2进行混合；

3)生物菌素的制备:(生物菌素制备方法参照公开专利“用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法”公开号：CN104496725A)，具体包括以下步骤：

①从种子库的土壤中筛选优势微生物；

②驯化培养：将步骤①筛选的微生物在驯化液体培养基中摇床培养3d，然后转入驯化固体培养基中培养得到菌落；

③连续驯化：挑选所述菌落继续按照步骤②所述驯化培养方法连续驯化3次，最后接种到富集培养基中得到生物菌素；

4)加入步骤3)所得生物菌素，加入量为0.5kg/m²土壤，获得改良土壤种子库；

5)混合好的种子库土壤为改良湿地土壤种子库，分别覆盖于不同水位梯度的退化湿地土壤上。

6)种子自然萌发后，于不同季节调查种子萌发及小苗生长特性。

实施后退化湿地植被恢复效果见表7。

实施例3-6土壤种子库的改良共同特点是物种丰富，生态适应性广，自然萌发形成复合群落。

表4 实施例3(湿生植物种子库+消落带土壤+自然采收种子)改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果

“湿生植物种子库+消落带土壤+自然采收种子”改良土壤种子库能显著提高湿生植物区土壤种子库密度和植物种类，其次是洲滩区湿地，再其次是湖泊消落带，对湖泊底泥种子库密度与种类影响较小。

表5 实施例4(洲滩种子库+消落带土壤种子库+自然采收种子)改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果

“洲滩种子库+消落带土壤种子库+自然采收种子”改良土壤种子库对洲滩区湿地、湿生植物区域及湖泊消落带土壤种子库密度和植物种类均有较显著的提高，对湖泊底泥种子库密度与种类亦有一定影响。

表6 实施例5(湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤)改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果

“湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤”改良土壤种子库对湖泊消落带土壤种子库密度和植物种类提高最为显著，其次是洲滩区湿地、湿生植物区域及均有较显著的提高，对湖泊底泥种子库密度与种类亦有较显著的影响。

表7实施例6(湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤+底泥种子库)改良土壤种子库恢复退化湿地植被效果

湿生植物种子库+洲滩种子库+消落带土壤+底泥种子库)改良土壤种子库对本实例中的四类湿地均有很好的修复效果，其中对底泥种子库密度和植物种类提高最明显，其次是消落带与洲滩。

本发明为退化湿地植被、湿地生态系统功的快速恢复或修复提供一种低成本、简单可行的修复模式和技术方案，可应用于各类退化湿地的植被恢复。