CN109258332A - 一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，该方法利用当地存在的土壤种子库，通过有效移植现有土壤种子库土层于光秃的非风沙土区域，于秋季对新移植的土壤种子库土层实施一定的浇灌，再在表层均匀覆盖当年生成熟玉米杆，第二年秋季，清除晒干的玉米杆后，在新移植的土壤上再移植一层新的带有相同土壤种子库的土壤，实施浇灌并覆盖两层新的玉米杆。移植条件是要求构建庇荫潮湿的土壤环境和选择偏冷的天气，更有利于新移植的土壤与原始土壤的有效对接和融合，有利于土壤种子库驻扎在原始土壤上且连续两年在同一地点实施土壤种子库的移植可大大提高土壤种子库定植效率，实现在干旱荒漠区达到大面积补植土壤种子库的目的。

Description

一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法

技术领域

本发明涉及干旱荒漠区退化生态***植被恢复重建技术领域，具体涉及干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法。

背景技术

荒漠化是干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化，人类活动和气候变化是导致荒漠化的直接原因。世界1/5的人口面临荒漠化的威胁，全球土地荒漠化的面积以平均每年3.4％的面积在递增。亚洲受荒漠化影响的土地面积最大，接近14亿m²，干旱区域71％的土地已经发生中度和严重荒漠化。中国干旱、半干旱和亚湿润干旱区域的面积占国土面积的38.3％。据估计，中国荒漠化的土地面积占国土面积的15.4％，且处于不断增加之中，消除荒漠化的威胁是当务之急。在我国，干旱、半干旱荒漠区多地处大陆腹地，属典型的大陆型干旱气候，降水量少，潜在蒸发量大，土壤发育微弱，荒漠植物种类少且盖度低，整个生态环境脆弱而易受扰动。本方法选取位于我国西北干旱区的新疆塔里木河下游和孔雀河下游地区为具体研究实例区域。它具有资源丰富与生态环境异常脆弱的双重特性，区内稀少的荒漠植被对维持全区的生态、生产和生活安全，抵御风沙危害，维持整个地区环境和资源的可持续利用与发展起着不可忽视的作用。然而近几十年来，在以水资源开发利用为核心的大强度人类经济、社会活动的扰动下，生态环境日益退化，特别是塔里木河下游和孔雀河下游地区，河道断流，湖泊干涸，地下水位大幅度下降，以胡杨林为主体的荒漠植被全面衰败，沙漠化过程及风蚀作用加剧，沙化面积扩大，生物多样性严重受损，浮尘、沙尘暴等灾害性天气已经严重影响到该区域经济正常、稳定、可持续的发展。塔里木河流域和孔雀河流域严峻的生态与环境问题引起了国家及地方政府的广泛关注，在国家的大力投资和地方政府的积极倡导下，对塔里木河下游和孔雀河下游实施了生态应急输水及流域综合整治工程，对遏制该区域的环境退化起到了重要作用，生态恢复效果显著。但单凭线性沿河道输水措施来大面积恢复荒漠植被群落具有一定的局限性，距河道较远的区域很难从河道来水中获益，难以依靠自身演替进行快速地更新恢复。存在于荒漠区土壤表层及土壤中活性种子所构成的土壤种子库是区内植物种群与群落更新与恢复的物质基础，是潜在的植物种群或群落。土壤种子库能够记忆植被群落结构的历史，具有影响植被发展方向的双重功能。而在距离河道较远的植被稀疏或光秃的区域，由于植被稀少，土壤种子库长期缺乏种源蓄积，土壤中种源极度匮乏，即使给水，也不利于地表植被的恢复与更新。为此，借助人工补增种源手段，结合潮湿保水环境的构建，促进新移植土壤种子库在原始光秃地表的定植和融合，达到给荒漠区补植土壤种子库的目的。

在干旱荒漠区退化植被生态恢复技术研发方面，有学者针对极低的降雨量下土壤种子库中的种子因缺乏适宜萌发条件而较难自然萌发的特点，研发提出了大面积激活土壤种子库的方法，即通过利用恢复区微咸水及汛期下泄的生态水等有限水资源，在主要优势种种子雨散布期及土壤种子库多数种子萌发季进行人工引水漫溢，并结合漂种措施人工补充种源，以实现土壤种子库的大面积激活。此外，还有学者针对荒漠区群落建群种胡杨和柽柳等，提出人工恢复柽柳和胡杨自维持能力的方法，即利用柽柳和胡杨根系发育的向水性及其部分植被根系通过对干旱的感应而形成的反馈调节机制，增加人工恢复柽柳和胡杨对水分的获取能力，同时提高其对干旱的适应能力，达到促进干旱荒漠区人工恢复柽柳和胡杨整体自维持能力提升的目的，避免人为辅助措施撤销后的逆向演替。以往这些技术方法，均针对原始固有的植物或种子库进行现有地表植被的恢复更新或激活现有土壤种子库，进而实现退化生态***的有效恢复。也有学者提出，对于极端退化区及土壤种子库库容严重萎缩的区段，如果条件允许可以从植被群落完善，物种多样性高且土壤种子库库容丰富的区段进行表层土移植，以实现土壤种子库的“捐赠”。但并未对该技术方法进行深入地介绍。在干旱荒漠区自然状态下，由于长期的降水稀少、气候干燥，导致植被贫乏、覆盖度很低，甚至出现大面积的地表裸露，无种子于土壤中。因此，如何通过人为的有益扰动措施，合理移植当地现有种子库于裸露地表，通过人为创造潮湿保水的环境，促进土壤种子库的有效定植，是本领域人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，提高土壤种子库定植效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，包括以下步骤：

(1)在干旱荒漠区选择土壤种子库土层，当地表区域内乔木和灌木分布面积大于草本植物分布面积，选择该区域地表500m范围内的土壤作为备选乔木和灌木土壤种子库；当草本植物分布面积大于乔木和灌木分布面积时，选择该区域地表500m范围内的土壤作为备选草本土壤种子库，采用样地法选取土壤种子库土壤的采样点，在每个采样点挖取地表土层土壤，运输到远离河道、地表光秃或植被稀少的非风沙土区域，在平均气温为5-20℃的秋末进行均匀地撒播，在新补植土壤种子库土层的区域边缘打土埂；

(2)在第一年秋季实施撒播完成后，立即对新补植土壤种子库的区域进行一次性喷灌，喷灌后第2-5天，覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆；

(3)第二年秋季，清除晒干的玉米杆后，在步骤(2)所述的新补植土壤种子库的区域的土层上再均匀撒播一层相同种子库的土壤，对原有土埂进行修补，并立刻对其进行一次性喷灌，喷灌后第2-5天，覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆。

所述步骤(1)中，所述乔木为胡杨，灌木为多枝柽柳和刚毛柽柳中的一种或两种，草本植物为黑刺、铃铛刺、骆驼刺、罗布麻、甘草和芦苇中的一种或几种。

所述步骤(1)中，非风沙土区域为胡杨林土壤、草甸土壤、沼泽土壤、盐土壤、龟裂土壤中的任一种。

所述步骤(1)中，在采样点挖取地表土层土壤，地表土层厚度为1-15cm。

所述步骤(1)和步骤(3)中，将土壤种子库土壤进行均匀地撒播，撒播后覆盖在地面的新土厚度为18-22cm。

所述步骤(1)中，在新补植土壤种子库的区域边缘打土埂，土埂高为28-32cm。

所述步骤(2)和步骤(3)中，对新补植土壤种子库的区域进行一次性喷灌，喷灌量为200-300方/亩。对新移植的土壤种子库实施一定的浇灌，再在表层覆盖两层玉米杆，以减少土壤水分的散失。

所述步骤(2)和步骤(3)中，所述覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆，相邻两杆之间相隔20cm。

所述覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆，相邻两杆之间相隔20cm的具体方法为：对于一个不规则的补植土壤种子库的地块，在纵向上，从地块边缘开始以相邻两杆之间相隔20cm的距离均匀地覆盖一层当年生成熟完整的玉米杆；再在横向上，同样，从地块边缘开始以相邻两杆之间相隔20cm的距离均匀地在纵向玉米杆的上面再横向覆盖一层当年生成熟完整的玉米杆，在地块边缘区域，可覆盖矮的玉米杆，这样纵横交错地覆盖两层玉米杆既遮盖了一部分地表面积，玉米杆之间存在的缝隙又促进了地表土气界面水汽、空气和能量等的交换，有利于潮湿保水土壤环境的构建。

本发明的有益效果为：第二年秋季，清除晒干的玉米杆后，在新移植的土壤上再移植一层新的带有相同土壤种子库的土壤，而后，覆盖两层新的玉米杆。偏冷的天气加上玉米杆的覆盖将大大降低土壤水分的蒸发散失，有利于新移植的土壤与原始土壤的有效对接和融合，有利于土壤种子库驻扎在原始土壤上。

玉米杆粗且长，带叶的杆与杆之间也有适当的空隙，利于地表边界水汽和能量交换。成熟带叶当年生玉米杆的形状和空隙非常适合用来覆盖新移植的土壤种子库地表，从而构造潮湿保水环境。

在秋凉季节，通过移植现有土壤种子库于裸露地表，并及时给予灌溉和玉米杆覆盖后，利用秋季气温较低、土壤蒸发较弱的特点，减少土壤水分蒸发损失，使得移植土壤种子库后的土壤能较长时间的保持温热环境，利于土壤种子库在新的地表的定植和融合，也为种子萌发提供了环境保障，连续两年实施该补增措施，实现在干旱荒漠区补植土壤种子库的目的。

本发明采用样地法选取土壤种子库采样点：在被选土壤种子库区域，如图2所示，选择长和宽均为50m、面积为2500m²的正方形区域，正方形的四个拐角作为种子库土壤取样点，每条边(1)以10m为间隔进行取样，4条边共取16个土壤样品，随后，运用绳子连接两对边的取样点，连接的边(2)与主边(1)平行，共需要8条绳子，这8条绳子纵横交错又出现16个相交点，这16个相交点也作为土壤取样点，共36个取样点。在这36个取样点，分别在以半径为3m的圆(3)的范围内，挖取地表1-15cm土层土壤，迅速装入塑料袋中，及时将口绑好，并运输到需要补植土壤种子库的地表光秃的非风沙土区域。

本发明所述的一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，在干旱荒漠区乔木、灌木和草本大量生长的区域的土壤表层赋存有大量具有生命力的植物种子，但是，在植被特别稀疏或无植被覆盖的区域则土壤种子库严重匮乏，不具备人工加速植被恢复、增加地表覆盖度的条件。该方法利用干旱区秋冬季气温相对较低、非风沙土蒸发相对较弱的特点，通过移植现有当地土壤种子库于光秃的非风沙土上，并实施一次性的漫溢灌溉，灌溉用水量约为200-300方/亩，随后，纵横交错地覆盖两层成熟的当年生玉米杆以减轻土壤蒸发，第二年秋季在现有被移植的土壤种子库上再实施同样的种子库补增措施来确保土壤种子库在该区域的有效定植，并与当地土壤有效融合。

本发明利用了干旱荒漠区现有种子库赋积区中蕴含的退化植被群落恢复更新的潜在物种基础，借助于秋冬季气温较低、非风沙土蒸发较弱的特点，通过有效移植现有当地土壤种子库于光秃裸露的非风沙土上，结合灌溉和覆盖玉米杆的方法，人为构造潮湿保水的土壤环境，促进土壤种子库的有效定植。

与单纯依靠给水激活现有种子库实现荒漠区生态***的自然恢复相比，通过合理移植现有种子库于光秃的非风沙土上，可以更为有效地扩大种子库的范围和库容，促进种子大面积萌发，加速无植被区域植物的有效定植和恢复，提高荒漠植被盖度，加速退化生态***的生态恢复过程。

附图说明

图1玉米杆覆盖示意图；

图2土壤种子库采样点选择示意图；

图3实施本发明的塔里木河下游典型断面位置图；

图4实施本发明的孔雀河下游典型断面位置图。

具体实施方式

实施例1

以中国新疆塔里木河下游亚哈甫马汗和英苏断面为例，实施本发明方法。亚哈甫马汗断面有典型的草本群落，英苏断面有典型的乔木和灌木群落。实施本发明的区域位置图如图3所示。

土壤种子库的选取：

在亚哈甫马汗和英苏断面，广泛分布着胡杨、柽柳、甘草、花花柴、骆驼刺、白刺、芦苇、罗布麻等植物。然而，据调查，在亚哈甫马汗断面，甘草、花花柴、骆驼刺等草本植物占所有植物种的比重达94％，胡杨和柽柳占6％；在英苏断面，胡杨和柽柳占所有植物种的比重达84％，其他草本植物占16％。故我们选择亚哈甫马汗断面草本植物大量分布的区域的地表1-15cm土层土壤作为草本植物种子库，英苏断面乔木和灌木大量分布的区域的地表1-15cm土层土壤作为乔木和灌木植物种子库。

土壤种子库采集方法：

秋季，在亚哈甫马汗断面和英苏断面，各随机选择5个50m×50m的地块，用测绳和绳子分别将这5个地块的四条边(1)围起，4个角作为采样点；每条边(1)以10m为间隔选点，每条边选4个点，4条边共16个点，这16个点作为采样点；每条边的4个点与对边的4个点相连，连接后的边(2)与主边(1)平行，该地块内8条边相交构成16个交点，这16个交点也作为采样点。每个地块总共36个采样点，如图2所示，5个地块180个采样点。

在每个采样点，以交点为中心，半径为3m的圆形(3)范围内，运用铁锹铲地表1-15cm土层土壤于塑料袋中，并迅速将塑料袋口绑好。用车拉到需要补植土壤种子库的区域。

补植区的选取：

补植区选择远离河道、地表光秃或植被非常稀疏的以非风沙土为主的任何区域作为土壤种子库补植区。该区域面积不固定，以实际情况来定。

土壤种子库的撒播：

在平均白天气温低于20℃的秋末，将装在塑料袋里的土壤连带种子，一起均匀地撒播在需要补植种子库的区域，撒播厚度约20cm，在撒播土壤种子库的区域的边缘打高约30cm的土埂，即在原始土壤层上打高约50cm的土埂，便于后期对新补植的土壤种子库实施灌溉后，灌溉水不会随意漫流。

潮湿保水环境的构造：

在新补植的土壤种子库区域，用车拉水进行一次性喷灌，灌溉量约200方/亩，灌溉后第二天，用收获后的成熟完整当年生玉米杆，以相邻两杆之间相隔20cm的距离均匀地覆盖在新补植的土壤种子库区域，纵横交错的覆盖2层。充分借助非风沙土水体渗漏强度较弱、覆盖玉米杆能有效缓解土壤水分蒸发的特性，在秋冬季，给新补植的土壤种子库区域构造潮湿保水的环境，利于土壤种子在新的区域的有效定植和高度融合，真正实现土壤种子库的补植。

第二年秋季，在新补植种子库的区域，重复进行土壤种子库的补植实验：

第二年秋季，在亚哈甫马汗和英苏断面随机选择非上一年所选地块进行土壤种子库的取样，采样点选择方法、采样方法、土壤种子库的撒播方法及潮湿保水环境的构造方法同上一年。这样连续两年进行土壤种子库的补植实验，可实现土壤种子库的有效补植,有效补植率可达到40％-70％。

实施例2

以中国新疆孔雀河下游三道坝、34团林管站和35团营盘这三个断面为例，实施本发明方法。三道坝和34团林管站断面有典型的乔木和灌木群落，35团营盘断面有典型的草本群落。实施本发明的区域位置图如图4所示。

土壤种子库的选取：

在孔雀河下游荒漠河岸林，广泛分布着胡杨、柽柳、甘草、猪毛菜、刺沙蓬和盐穗木等植物。然而，据调查，在三道坝和34团林管站断面，胡杨和柽柳占所有植物种的比重达95％，草本植物仅占5％；在35团营盘断面，草本植物占所有植物种的比重达60％，胡杨和柽柳占40％。故我们选择三道坝和34团林管站断面乔木和灌木植物大量分布的区域的地表1-15cm土层土壤作为乔木和灌木植物土壤种子库，35团营盘断面草本植物大量分布的区域的地表1-15cm土层土壤作为草本植物土壤种子库。

土壤种子库采集方法：

秋季，在三道坝和34团林管站断面，各随机选择5个50m×50m的地块，用测绳和绳子分别将这5个地块的四条边(1)围起，4个角作为采样点；每条边(1)以10m为间隔选点，每条边选4个点，4条边共16个点，这16个点作为采样点；每条边的4个点与对边的4个点相连，连接后的边(2)与主边(1)平行，该地块内8条边相交构成16个交点，这16个交点也作为采样点。每个地块总共36个采样点，如图2所示，5个地块180个采样点。

在每个采样点，以交点为中心，半径为3m的圆形(3)范围内，运用铁锹铲地表1-15cm土层土壤于塑料袋中，并迅速将塑料袋口绑好。用车拉到需要补植土壤种子库的区域。

补植区的选取：

孔雀河下游土壤类型主要有盐土、草甸土和风沙土。补植区选择远离河道、地表光秃或植被非常稀疏的以非风沙土为主的任何区域作为土壤种子库补植区。该区域面积不固定，以实际情况来定。

土壤种子库的撒播：

在平均白天气温低于20℃的秋末，将装在塑料袋里的土壤连带种子，一起均匀地撒播在需要补植种子库的区域，撒播厚度约20cm，在撒播土壤种子库的区域的边缘打高约30cm的土埂，即在原始土壤层上打高约50cm的土埂，便于后期对新补植的土壤种子库实施灌溉后，灌溉水不会随意漫流。

潮湿保水环境的构造：

在新补植的土壤种子库区域，用车拉水进行一次性喷灌，灌溉量约300方/亩，灌溉后第二天，用收获后的成熟完整当年生玉米杆，以20cm间隔覆盖在新补植的土壤种子库区域，纵横交错的覆盖两层。充分借助非风沙土水体渗漏强度较弱、覆盖玉米杆能有效缓解土壤水分蒸发的特性，在秋冬季，给新补植的土壤种子库区域构造潮湿保水的环境，利于土壤种子在新的区域的有效定植和高度融合，真正实现土壤种子库的补植。

第二年秋季，在新补植种子库的区域，重复进行土壤种子库的补植实验：

第二年秋季，在三道坝、34团林管站和35团营盘断面随机选择非上一年所选地块进行土壤种子库的取样，采样点选择方法、采样方法、土壤种子库的撒播方法及潮湿保水环境的构造方法同上一年。这样连续两年进行土壤种子库的补植实验，可实现土壤种子库的有效补植，有效补植率可以达到40％-70％。

Claims (8)

1.一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)在干旱荒漠区选择土壤种子库土层，当地表区域内乔木和灌木分布面积大于草本植物分布面积，选择该区域地表500m范围内的土壤作为备选乔木和灌木土壤种子库；当草本植物分布面积大于乔木和灌木分布面积时，选择该区域地表500m范围内的土壤作为备选草本土壤种子库，采用标准样地法选取土壤种子库土壤的采样点，在每个采样点挖取地表土层土壤，运输到远离河道、地表光秃或植被稀少的非风沙土区域，在平均气温为5-20℃的秋末进行均匀地撒播，在新补植土壤种子库土层的区域边缘打土埂；

(2)在第一年秋季实施撒播完成后，立即对新补植土壤种子库的区域进行一次性喷灌，喷灌后第2-5天，纵横覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆；

(3)第二年秋季，清除晒干的玉米杆后，在步骤(2)所述的新补植土壤种子库的区域的土层上再均匀撒播一层相同种子库的土壤，对原有土埂进行修补，并立刻对其进行一次性喷灌，喷灌后第2-5天，纵横覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆。

2.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述土壤种子库中的乔木为胡杨，灌木为多枝柽柳和刚毛柽柳中的一种或两种，草本植物为黑刺、铃铛刺、骆驼刺、罗布麻、甘草和芦苇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，非风沙土区域为胡杨林土壤、草甸土壤、沼泽土壤、盐土壤、龟裂土壤中的任一种。

4.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在采样点挖取地表土层土壤，地表土层厚度为1-15cm。

5.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(3)中，将土壤种子库土壤进行均匀地撒播，撒播后覆盖在地面的新土厚度为18-22cm。

6.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在新补植土壤种子库的区域边缘打土埂，土埂高为28-32cm。

7.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中，对新补植土壤种子库的区域进行一次性喷灌，喷灌量为200-300方/亩。

8.根据权利要求1所述一种干旱荒漠区大面积补植土壤种子库的方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中，所述覆盖两层当年生成熟完整的玉米杆，相邻两杆之间相隔20cm。