专利名称：干旱荒漠区大面积激活土壤种子库的方法
技术领域：
本发明涉及干旱荒漠区退化生态系统植被恢复重建技术，具体涉及干旱荒漠区退化生态系统植被恢复过程中大面积激活土壤种子库的方法。
背景技术：
位于我国西北的干旱、半干旱地区沙漠和荒漠化土地面积近150万平方公里，占国土面积的15%。我国已经成为世界上深受荒漠化危害最严重的国家之一。几乎所有的荒漠化都是从植被群落的退化开始，最终演变成整个荒漠生态系统的退化，进而逆向演替成整个区域的荒漠化。我国的干旱、半干旱荒漠区多地处大陆腹地，属典型的大陆型干旱气候，土壤发育微弱，天然降水少而潜在蒸发量大，区内荒漠植物物种较少且盖度低，整个生态环境脆弱而易受扰动。作为本方法具体研究实例的塔里木河中下游地区就是我国西北干旱区的一个最典型的区域。它兼具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、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。然而近五十年来，在以水资源开发利用为核心的大强度人类经济、社会活动的扰动作用下，生态环境日益退化，特别是塔里木河下游地区，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地影响到该区域经济正常、稳定、可持续的发展。塔里木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，在国家的大力投资及地方政府积极倡导并实施的生态输水及流域综合整治工程，对遏制这一区域的环境退化起到了重要作用。但是单一沿线性河道输水的措施具有一定的时空局限性，已经严重退化的荒漠植被群落难以有效地依靠自身演替进行快速地更新恢复，有限的生态水资源难以发挥最大效用。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。因此借助生态输水的良好契机，以生态系统“自我设计”与“人为设计”相结合及“生态默契”等先进生态恢复理念为基础，通过一定的恢复措施激活区内土壤种子库，以加速退化植物群落结构的完善及整个植被群落的正向演替，是在干旱荒漠区进行植被恢复重建的一种行之有效的方法。在干旱荒漠区自然状态下，因为极低的降雨量及受人类活动扰动而改变的自然地表水文过程，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，这显著地影响了其在植被种群及群落更新恢复中的作用。因此如何通过人为的有益扰动措施，合理利用有限生态水资源，通过大面积激发土壤种子库来实现退化生态系统的有效恢复，是干旱荒漠区植被恢复中的一个关键问题。多数干旱区植物在恶劣的自然环境条件下采用“r策略”， 这些物种种子在种子雨散布后较短时间内就失去活力，这种短暂土壤种子库如果未在合适的时候遇到适宜的条件将难以萌发，从而导致整个种群更新乏力；而一些持久性土壤种子库也常常因为富含土壤种子库的干旱荒漠区表层土壤极为干旱，原有的季节性的地表水满溢过程被改变等因素影响而无法正常萌发，致使整个退化生态系统的各种群均处于更新繁殖困难的现状。而一些植被群落退化极为严重的区域，相对较长时间的植被持续衰败及物种多样性的持续下降，加之人为的乱采乱挖及过度放牧等，导致土壤种子库库容显著下降而使整个群落更新恢复缺乏相应的自然物质基础。根据干旱荒漠区退化生态系统实际情况，考虑到干旱荒漠区土壤种子库组成的具体特征，以及主要干旱荒漠区物种的生存繁殖策略，并考虑到研究区内实际水文过程的自然发生规律及农业用水规律，选择适当的时间，利用绿洲农业尾水、微咸水或生态输水，通过适量补水土壤种子库并结合人工种源补充，促进严重退化地段植物种群更新的发生和植被的恢复与重建。
发明内容
本发明的目的是提供一种干旱荒漠区大面积激活土壤种子库的方法，该方法利用土壤种子库中蕴含的植被更新恢复的物质基础，并具有促进退化生态系统植被快速恢复潜力的特性，在遵循干旱荒漠区植物生繁规律的基础上，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，分别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，对干旱荒漠区退化生态系统植被群落进行恢复更新，进而加速退化生态系统的生态恢复过程，实现植物群落结构及物种多样性的正向演替。本发明所述的一种干旱区荒漠区大面积激活土壤种子库的方法，按下列步骤进行a、在夏秋季利用干旱区流域特有的夏季洪峰和区内微咸水，选取恢复区“r策略” 优势物种种子雨散布期，对预恢复区进行引水漫溢，灌溉量200-300方/亩，使灌溉后土壤湿润峰达到地面以下50-80cm的土层，在地表种源亏缺地区，伴随灌溉，以漂种的方式人工进行种源补充；b、在前一年漫溢基础上，在第二年春季4月，多数种子萌发季节，利用干旱区流域桃花汛下泻洪水及微咸水进行二次漫溢，灌溉量为100-200方/亩；C、在两次引水漫溢过程中，通过漂种人工对恢复区种源进行补充。夏秋季以“r策略”优势物种种子激活为主，春季以草本物种种子库激活为主，并兼顾对前一年激活萌发苗的辅助灌溉与养护。步骤c补充种源的物种选择对于土壤种子库物种组成与地上植被相似度较高区段，以最大多样性的多物种混合漂种为主；对土壤种子库物种组成与地上植被相似性较低且土壤种子库库容较低的区段，以物种框架法的优势物种种源补充漂种为主。本发明所述的一种干旱区荒漠区大面积激活土壤种子库的方法，是针对干旱荒漠区退化生态系统土壤种子库大面积激活的方法。干旱区土壤表层赋存有大量具有生命力植物种子，为人工加速植被恢复、增加地表覆盖度提供基础条件。该方法针对干旱荒漠区主要建群种种子雨散布的规律及其“r策略”特性，于8-9月利用绿洲农业尾水、微咸水或随夏季洪峰下泄的生态输水对恢复区域实施一次性的漫溢灌溉，灌溉用水量约为200-300方/ 亩，使灌溉后土壤湿润峰达到地面以下不少于50cm的土层。同时，在地表种源亏缺地区，伴随灌溉，以漂种的方式人工进行种源补充。在前一年灌溉的基础上，第二年4月利用农闲水
4或随春季桃花汛下泻的生态水对恢复区进行第二次的漫溢灌溉，灌溉量为100-200方/亩。 此次灌溉既是对土壤种子库中多数种子春季萌发的契合与辅助，也是对前一年漫溢后生长的幼苗的辅助灌溉与养护。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”，并在灌溉时结合漂种以加速退化生态系统植被群落的恢复。本发明利用了干旱荒漠区土壤种子库中蕴含的退化植被群落恢复更新的潜在物质基础，以“生态默契”理念为指导并有效借助了土壤种子库对恢复区植物群落历史结构的记忆特性进行植被恢复，由此方法加速恢复的植被群落结构及物种组成更趋合理，并能够实现生态恢复过程中“自然设计”与“人为设计”的统一。与单纯依靠封育及生态输水而由干旱荒漠区生态系统自然恢复相比，通过合理漫溢激活土壤种子库可以更为有效地利用有限的生态水资源，促进种子萌发和幼苗生长，加速退化植物群落的更新恢复，提高荒漠植被盖度，加速退化生态系统的生态恢复过程，提高幅度可以达到40% -70%。r策略是植物在生存环境不利的条件下所选择的一种的繁殖策略，选择此策略的物种具有种子数量庞大、细小却成活率低且失活快的特点。r策略为生态学植物繁殖策略中的专有名词，r策略的出处具体见李博主编，生态学，高等教育出版社，2006，pp :76-79。
具体实施例方式实施例1针对干旱荒漠区主要建群种种子雨散布的规律及其“r策略”特性，在夏秋季于 8-9月利用绿洲农业尾水、微咸水或随夏季洪峰下泄的生态输水对恢复区域实施一次性的漫溢灌溉，夏秋季漫溢宜选在“r策略”优势植物种种子雨散布时期，在春季种子萌发季节， 结合干旱荒漠区河流特有的春季桃花汛，充分利用有限水资源，对预恢复区进行二次引水漫溢，对个别区段配合漂种补充土壤种子库种源，以求最大限度恢复所有物种；夏秋季漫溢夏秋季的漫溢选在干旱荒漠区“r策略”的主要优势物种种子雨的散布时期，借助河流夏季洪峰、农业灌溉尾水或微咸水进行漫溢，漫溢灌溉量为300方/亩，灌溉后土壤湿润峰达到地面以下80cm的土层，在地表种源亏缺地区，伴随灌溉，以漂种的方式人工进行种源补充；春季漫溢对于前一年漫溢恢复区，在第二年的春季4月，利用桃花汛洪峰或农闲水进行二次的漫溢灌溉，灌溉量100方/亩，灌溉后土壤湿润峰达地面以下50cm，春季以草本物种种子库激活为主，并兼顾对前一年激活萌发苗的辅助灌溉与养护；漂种在夏秋季及春季两次引水漫溢灌溉的同时，对于土壤种子库物种组成与地上植被相似度较高区段，以最大多样性恢复理论指导下的多物种混合漂种为主，以实现对土壤种子库激活过程中种源的进一步补充，提高植被恢复的效率和速率。实施例2 针对干旱荒漠区主要建群种种子雨散布的规律及其“r策略”特性，在夏秋季于8-9月利用绿洲农业尾水、微咸水或随夏季洪峰下泄的生态输水对恢复区域实施一次性的漫溢灌溉，夏秋季漫溢宜选在“r策略”优势植物种种子雨散布时期；在春季种子萌发季节， 针对干旱荒漠区河流特有的春季桃花汛，充分利用有限水资源，对预恢复区进行二次引水漫溢，对个别区段配合漂种补充土壤种子库种源，以求最大限度恢复所有物种；夏秋季漫溢夏秋季的漫溢选在干旱荒漠区“r策略”的主要优势物种种子雨的散布时期，借助河流夏季洪峰、农业灌溉尾水或微咸水进行漫溢，漫溢灌溉量为200方/亩，灌溉后土壤湿润峰达到地面以下60cm的土层，在地表种源亏缺地区，伴随灌溉，以漂种的方式人工进行种源补充；春季漫溢对于前一年漫溢恢复区，在第二年的春季4月，利用桃花汛洪峰或农闲水进行二次的漫溢灌溉，灌溉量200方/亩，灌溉后土壤湿润峰可达地面以下60-80cm，春季以草本物种种子库激活为主，并兼顾对前一年激活萌发苗的辅助灌溉与养护；漂种在夏秋季及春季漫溢灌溉的同时，对个别土壤种子库库容相对不足的区段，依据地表植被物种组成并参考土壤种子库物种，进行相应优势物种种子的漂种，对于土壤种子库物种组成与地上植被相似性较低，且种子库物种多样性相对较低的区段，恢复时侧重物种框架恢复理论，主要补充优势物种种源，以实现对种子库库容不足的补充，提高植被恢复的速率。
权利要求
1.一种干旱荒漠区大面积激活土壤种子库的方法，其特征在于按下列步骤进行a、在夏秋季利用干旱区流域特有的夏季洪峰和区内微咸水，选取恢复区“r策略”优势物种种子雨散布期，对预恢复区进行引水漫溢，灌溉量200-300方/亩，使灌溉后土壤湿润峰达到地面以下50-80cm的土层，在地表种源亏缺地区，伴随灌溉，以漂种的方式人工进行种源补充；b、在前一年漫溢基础上，在第二年春季4月，多数种子萌发季节，利用干旱区流域桃花汛下泻洪水及微咸水进行二次漫溢，灌溉量为100-200方/亩；C、在两次引水漫溢过程中，通过漂种人工对恢复区种源进行补充。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于夏秋季以“r策略”优势物种种子激活为主， 春季以草本物种种子库激活，并兼顾对前一年激活萌发苗的辅助灌溉与养护。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c补充种源的物种选择对于土壤种子库物种组成与地上植被相似度较高区段，以最大多样性的多物种混合漂种为主；对土壤种子库物种组成与地上植被相似性较低且土壤种子库库容较低的区段，以物种框架法的优势物种种源补充漂种为主。
全文摘要
本发明涉及一种干旱荒漠区大面积激活土壤种子库的方法，该方法利用土壤种子库中蕴含的植被更新恢复的物质基础，并具有促进退化生态系统植被快速恢复潜力的特性，在遵循干旱荒漠区植物生繁规律的基础上，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，分别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，对干旱荒漠区退化生态系统植被群落进行恢复更新，进而加速退化生态系统的生态恢复过程，实现植物群落结构及物种多样性的正向演替。
文档编号A01G1/00GK102301873SQ20111016744
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者朱成刚, 李卫红, 陈亚宁, 马建新 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所