一种引种深紫木蓝固氮灌木提升喀斯特草地生态系统服务的方法与流程

本发明涉及恢复生态学研究领域，更具体涉及一种引种深紫木蓝提升喀斯特草地生态系统服务的方法，适合于喀斯特地区生态系统修复和生态服务提升。

背景技术：

深紫木蓝具有根瘤菌侵染特征，是一种豆科固氮灌木，并且是喀斯特地区退化土地的先锋物种，分布广泛。它们根系发达，能够与根瘤菌形成具有固氮功能的共生体系，通过共生固氮从大气中获得氮素，并通过根系分泌或者凋落物的分解为生态系统不断输入氮素，为邻体植物提供氮营养，促进邻体植物生长，改善土壤结构和积累养分。大量研究表明，在生态系统中引入豆科固氮植物可以明显地增加农作物和草场生产力，是一种提高牧草产量和土壤质量的高效生物措施。我国西南喀斯特地区实施大规模生态恢复工程以来，退耕地自然恢复为草地生态系统后，由于受到土壤氮素的限制，植被正向演替进程缓慢，因此，可以尝试利用引种深紫木蓝的方式对喀斯特生态系统进行修复。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供了一种引种豆科固氮灌木-深紫木蓝提升喀斯特草地生态系统服务的方法。该方法因地制宜，操作简便，通过采集野外深紫木蓝的种子，育苗之后引种到需修复的土壤里，通过共生固氮提升了土壤氮素肥力和养分固持功能，有效的对喀斯特生态系统进行了修复，对喀斯特草地氮限制的缓解效率达到了80.4％。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

其技术构思是：基于我国西南喀斯特地区深紫木蓝分布广泛的特点，在其种子成熟期采集种子后育苗，然后按照1.5m×2m的行距×列距将幼苗移植到需要修复的生态系统里，连续三天傍晚给幼苗浇水即可定植成功。引种深紫木蓝主要是因为该物种是豆科固氮灌木且是退化土壤的先锋物种，其种子极易采集，幼苗存活率高，引种该物种不会对生态系统造成很大破坏，亦不会带来物种入侵的风险。深紫木蓝引种成功后，会自然生长并在根系形成根瘤菌固定大气中的氮气，其固定的氮素不仅可以供自身生长，还可以释放到土壤里供邻体植物吸收利用，可以明显提升土壤氮水平形成“肥力岛效应”。一种引种深紫木蓝提升喀斯特草地生态系统服务的方法，其步骤是：

a、采集野外深紫木蓝成熟的种子，于每年的11月中旬进行，然后在次年3月份将采集到种子浸泡在30度左右的温水中进行泡水催芽，泡水时间一般控制在6－8天之内，每天换水一次；

b、将催芽后的种子按照一定行距15～35cm均匀的播种在5-10cm深的土壤里，每两天早上浇水，水量不可过大(一般本领域普通技术人员均知)，浇水量以水分下渗后，能湿润8-10cm土壤为宜。如果遇到雨季，可适当减少浇水频率，播种后一个月左右长出幼苗；

c、待5月份深紫木蓝的种子发芽长成30cm左右的小树苗后，取长势一致的深紫木蓝幼苗进行引种；

d、从土里取幼苗时，尽量避免伤害幼苗根系，同时检查幼苗的根瘤生长情况，挑选根瘤生长较好的幼苗进行移植(一般本领域普通技术人员均知)，按照1.5m×2m的行距×列距将幼苗引种在喀斯特自然草地生态系统中；

e、引种深紫木蓝幼苗时，应在阴雨天或阴天进行，如遇连续晴天，可在早上或傍晚进行，移植后持续三天在傍晚(下午六点左右)给幼苗浇水(一般本领域普通技术人员均知)。同时，移植后避免对草地土壤进行扰动，半年后深紫木蓝幼苗长成小灌木，能提升喀斯特草地生态系统生产力、氮供应能力和水土保持能力。

以上步骤包含了采集野外深紫木蓝的种子育苗后移植到目标土壤上，任其在野外自然定植，从而提高了土壤养分固持和水土保持能力的方法。待深紫木蓝引种半年后，可以提升土壤氮可利用性，还可以有效的减少了水土流失。方法是根据中国西南地区较好的雨热条件和深紫木蓝环境适应域广的特点，深紫木蓝在引种时便携带根瘤菌，引种成活后即可固定大气中的氮气，提升了土壤氮素肥力和养分固持功能，产生的技术效果十分快速。本方法不需要专门设施进行树种的人工选育，成本低且技术操作简单，对退化生态系统的修复具有极高的应用价值。

通过上述五个步骤的技术措施：最关键的是步骤a和d，移植深紫木蓝的幼苗时尽量在阴雨天进行，移植后避免对土壤的扰动。

主要解决了喀斯特退化土壤氮素养分资源不足、草地生态系统恢复受到氮素限制、找到替代施用化肥的可持续恢复方式的技术难题。

深紫木蓝引种成功后，短期内即可产生明显效果，实验监测表明：深紫木蓝引种后，其年均固氮量为65.9～163.01kgnha^-1，向邻体草本的氮转移量约为4.7kgnm^-2；草本生物量和草本群落氮含量均显著高于未引种深紫木蓝的土壤(请见图2、图3)。

其发明相对于现有技术的进步：操作技术方面，本发明技术更加简单、操作更加简便；成活率方面，自然移植技术的成活率较高，能达到90％以上，发明无需专门的设备、肥料和厂房，无需成本资金的投入，且省去了人工施肥和人工培育物的成本；风险方面：本技术比现有技术风险更低，能达到90％以上。

本发明的技术措施，与现有技术的主要区别：本发明技术方案主要在于引种固氮豆科深紫木蓝来代替施肥，现有技术还包含施肥、土地、厂房和设备等条件设定以及人工培育等环节。通过上述技术措施相关领域的普通技术人员均能反复实现。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

该方法基于我国西南地区较好的雨热条件和深紫木蓝广泛分布，引种深紫木蓝之后任其自然定植，不需要专门设施进行深紫木蓝的人工培育，成本低且技术操作简单；深紫木蓝在引种时便携带根瘤菌，引种成活后即可固定大气中的氮气，提升了土壤氮素肥力和养分固持功能，产生的技术效果十分快速。因此，该方法为西南喀斯特生态系统恢复重建和生态服务提升提供了更加便捷和有效的方法。

与现有化肥施用和人工培育物种技术，该方法不需要对深紫木蓝进行人工筛选、施肥和扩繁，不需要专业的人员和专门的实验室及设备，是一种简便易行的方法；同时与传统的生态系统自然恢复和引种深紫木蓝修复方式相比，该方法大大提高了生态系统氮固定速率，可以更加快速的提升生态系统土壤养分固持和水土保持等生态服务，极大的提高了生态系统修复的速率。

附图说明

图1为一种引种深紫木蓝提升喀斯特草地生态系统服务的方法的深紫木蓝种子采集、育苗和定植情况示意图。

图1中的a、b、c分别表示着采集野外深紫木蓝的种子、深紫木蓝幼苗长出、引种成功的深紫木蓝，图c中的红色椭圆标示成活的深紫木蓝。

图2为深紫木蓝引种后和周边未引种深紫木蓝的草本群落总生物量对比示意图。

图中a、b表示处理间存在显著差异；图中结果显示引种深紫木蓝后草本群落总生物量显著高于未引种深紫木蓝的草本群落总生物量。

图3为深紫木蓝引种后和周边未引种深紫木蓝的草本群落氮含量对比示意图。

图中a、b表示处理间存在显著差异；图中结果显示引种深紫木蓝后草本群落氮含量显著高于未引种深紫木蓝的草本群落氮含量。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种引种深紫木蓝提升喀斯特草地生态系统服务的方法，其步骤是：

1)采集野外深紫木蓝成熟的种子(图1a)，于11月中旬在广西壮族自治区河池市环江县大才乡木连屯喀斯特实验站站进行；

2)在次年的3月份将采集到种子浸泡在30度左右的温水进行的泡水催芽，泡水时间一般控制在6或7或8天之内，每天换水，后按照一定行距15或18或22或27或31或35cm均匀的播种在5或7或9或10cm深的土壤里，每两天早上浇水，水量不可过大，浇水量以水分下渗后，能湿润8或9或10cm土壤为宜，如果遇到雨季，可适当减少浇水频率；播种后一个月左右长出幼苗(图1b)；

3)待深紫木蓝幼苗长成30cm左右的小树苗后，取长势一致的深紫木蓝幼苗按1.5m×2m的行距×列距进行引种；引种深紫木蓝幼苗时，需选取根瘤生长情况较好的幼苗进行移植，移植后持续三天在傍晚给幼苗浇水，在移植一个月内若无降雨，亦可适当浇水，以加快深紫木蓝的定植。

4)引种一个月后发现大部分深紫木蓝树苗成活；在7月对调查深紫木蓝结瘤情况进行了调查，发现深紫木蓝根系都有根瘤菌附生，说明深紫木蓝引种成功(图1c)。

5)一个月后深紫木蓝即可引种成功并通过根瘤菌进行固氮作用。于引种两年内连续对引种深紫木蓝的草地生态系统和未引种的草地生态系统对照区进行了草本群落生物量和群落氮含量分析，结果表明引种深紫木蓝的草本群落生物量和群落氮含量明显高于未引种的草本群落(图2、图3)；深紫木蓝引种后，其年均固氮量为65.9～163.01kgnha^-1，向邻体草本的氮转移量约为4.7kgnm^-2，这些结果均说明引种深紫木蓝后提高了生态系统的服务功能。

通过上述具体技术措施，在不施氮肥的情况下缓解了喀斯特草地受到氮素限制的问题；通过自然移植本土固氮物种，主要弥补了了施肥带来的环境污染和引入外地物种可能造成的生物入侵风险等缺陷。

将本土豆科固氮灌木深紫木蓝从野外引种到待修复草地生态系统中，形成了“肥力岛效应”，提高了草地第一生产力和土壤养分水平的40.5％。提高了生态系统的服务功能。