论文部分内容阅读
盐沼的生态修复已成为应对海岸带生态系统退化、保护生物多样性以及提供生态服务的关键保护措施,是遏制中国滨海盐沼植被退化的一项重要策略。海三棱藨草(Scirpus mariqueter)是长江口和杭州湾滨海湿地重要的本土建群种之一,其所在的盐沼分布区能够为维持当地生物多样性提供有利的生境。自20世纪90年代以来,长江口引种的具有较广生态幅的外来物种互花米草(Spartina alterniflora)快速扩张,使得本地物种海三棱藨草种群的分布面积急剧减少。目前长江口海三棱藨草种群的恢复主要采用春季植株和球茎带土移植的方式进行,虽然取得了一定的效果,但仍然存在高投入、低效率的问题。本研究的主要目的是基于生态学理论,研发高成功率、低成本、简便有效的海三棱藨草种群生态恢复技术,以期为全球变化下海岸带保护和滨海湿地修复重建等提供科学依据与技术支撑。本研究在长江口“崇明东滩互花米草控制与鸟类栖息地优化工程”区外动态变化的自然潮滩湿地的三个典型的区域开展了海三棱藨草种群生态修复实践;研究了海三棱藨草在新生自然潮滩上定居和扩散的过程与机制;研发了基于植株移栽和种子的海三棱藨草修复技术。主要研究内容和结果如下:1.验证了互惠理论在长江口海三棱藨草种群生态恢复中的适用性选取长江口崇明东滩新生潮滩为研究区域,通过沿潮滩高程梯度的海三棱藨草植株斑块的移植实验,探究了胁迫梯度假说和互惠理论(即种内的正相互作用)对长江口海三棱藨草种群恢复的指导作用。研究结果显示:(1)在一定的胁迫梯度范围内(潮滩高程2.0 m以上),增大种植斑块可以促进海三棱藨草的种内正相互作用,显著提高种植斑块的存活率和植株密度(P<0.05);(2)潮滩水文动力沉积条件与潮滩高程梯度密切相关(P<0.05),水文动力沉积作用对海三棱藨草定居和生长的胁迫随高程梯度下降而增强。潮滩高程2.0 m以下处强烈的水文动力条件干扰限制了生物-物理因素的正反馈作用。滨海湿地盐沼植被修复工作的成功率可以通过改进种植方式,增强种内的正相互作用得到极大的提高。本研究可为开展大规模滨海湿地盐沼植被修复工程和提高生态修复效率提供借鉴与指导。2.开展了提高海三棱藨草实生苗定植的人工辅助措施研究在春季播种期,探讨了人工辅助措施(麻袋)对提高种子在水文扰动频繁区域出苗率方面的作用。在实验室无显著干扰环境下,人工辅助措施的设置不会对种子萌发和定植产生抑制作用,且种子密度对出苗率无显著影响(P>0.05)。在野外动态潮滩条件下以人工辅助定植方式播种的样方内的种子出苗率显著高于5 cm埋深直接播种(P<0.05),添加人工辅助措施可以为海三棱藨草种子出苗提供机会窗口,显著提高了其出苗率。3.识别了海三棱藨草在潮间带成功定植的机会窗口以长江口崇明东滩新生潮滩为研究区域,在对盐沼植被定居和扩散动态监测的基础上,设置沿高程梯度的由植被区向光滩区延伸的调查样带,对海三棱藨草种子或实生苗从源到潜在扩散地点的时空动态进行实地调查。研究探明了海三棱藨草种群定居和扩散过程中的物理和生物干扰阈值,识别了海三棱藨草在潮间带动态环境下定植和建立的机会窗口。海三棱藨草盐沼在光滩成功定居和扩散需要超越潮滩上的生物与物理阈值以打开幼苗的定居机会窗口。其机会窗口同现包括了生长季初期的繁殖体(幼苗)源、潮滩适合的高程、适宜的冲淤动态以及排除入侵物种的竞争。实生苗定植区域的滩面高程要高于2.2 m的阈值点,沉积环境应稳定在冲淤阈值以下。与此同时,互花米草的覆盖面积应控制在盐沼总面积的10%以下,且在生长季初期有充足的繁殖体供应。本项研究首次识别和强调了与生物与物理阈值相关的机会窗口在长江口盐沼先锋植物海三棱藨草种群定居和扩散中的重要作用。4.提出了基于机会窗口的海三棱藨草种子播种的经济高效恢复方法基于上述研究识别的海三棱藨草种群定居和扩散过程中与生物和物理阈值相关的机会窗口,选择合适的时间和地点进行海三棱藨草种子播种野外实验,并在此基础上研发经济有效的恢复技术。本研究强调了机会窗口的相关阈值在长江口先锋盐沼定植和扩散过程中的重要性,为盐沼植被的生态恢复提供了新思路。基于机会窗口的海三棱藨草种子播种野外实验表明,通过创造能够跨越生物和物理干扰等多重阈值的机会窗口,海三棱藨草的植株密度在首年可达478—611株/m~2,且成本降低至1—1.5元/m~2。在大规模盐沼恢复过程中,需要考虑与机会窗口相关的盐沼植被建立和定植阈值以及恢复的成本效益。基于机会窗口的海三棱藨草种子播种恢复方法是一种经济、高效的盐沼植被恢复方法,为盐沼植被恢复开辟了新途径。盐沼植被在潮滩上的成功定居和生长是生物-物理相互作用结果。滨海湿地生物-物理相互作用及其对人类活动响应的研究是受损滨海湿地生态系统生态保护和修复的重要理论基础和科学支撑。本研究研发的海三棱藨草植株移栽和基于种子的生态修复技术也验证了互惠理论和机会窗口理论在盐沼湿地生态修复中的重要性,可为开展大规模滨海湿地盐沼生态修复和提高生态修复效率提供科学依据和技术支持。