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东北地理所在利用土壤种子库开展沼泽湿地恢复的理论与技术研究领域取得系列进展

2020-04-26 东北地理与农业生态研究所
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  沼泽湿地是自然界最富生物多样性的生态景观之一,具有极为重要的生态功能。近半个多世纪以来,人类大规模高强度的农业垦殖活动造成沼泽湿地面积急剧减少,功能丧失。为加强湿地保护,我国《湿地保护修复制度方案》提出坚持自然恢复为主、与人工修复相结合的方式。从2014年开始,中央财政支持启动了退耕还湿、湿地生态效益补偿试点工作,在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古四个省区先行开展退耕还湿试点。然而,由于起步较晚,我国沼泽湿地生态恢复领域尚缺乏科学完善的理论和切实可行的技术支撑,目前的退耕还湿地存在植物群落结构简化、功能群变化、原有优势类群消失、植物多样性难以恢复的问题(Wang et al., 2019)。为解决上述问题,中国科学院东北地理与农业生态研究所科研人员以我国东北内陆典型淡水沼泽湿地为研究对象,开展了长期的科技攻关,在沼泽湿地生态恢复基础理论研究和技术研发示范领域取得系列进展。

  在沼泽湿地生态恢复理论研究方面,系统揭示了沼泽湿地土壤种子库的结构和规模特征,发现沼泽湿地土壤种子库具有非常高的物种多样性(>50种物种),在生态恢复中具有十分重要的作用。明确了水深和开垦年限是影响土壤种子库的关键限制性环境因素(Wang et al., 2015)。发现沼泽湿地开垦后,随着开垦年限的增加,土壤种子库结构和规模发生变化,湿地物种丰富度及种子密度呈现指数函数快速下降趋势,而非湿地物种维持在一个稳定的低水平。首次提出基于种源限制的沼泽湿地植被恢复的开垦年限阈值(15-20年),并结合植物功能群(莎草、禾草、非禾草、灌木)变化对退耕地植被自然恢复潜力进行“高—中—低”三级划分,为退化沼泽湿地植被恢复技术优化和物种选择提供科学依据(Wang et al., 2017)。目前该成果已被国内外多家著名的湿地生态恢复科研团队采用,作为制定流域尺度湿地生态恢复方案的关键参数。

  在沼泽湿地生态恢复技术研发方面,基于前期沼泽湿地土壤种子库理论研究,采用土壤种源中沼泽湿地物种数、优势种种子密度、湿地/非湿地物种比重三项指标,结合退耕地环境因子适宜性评估,发明了一种在大面积退耕地沼泽湿地植被恢复中选择自然恢复或人工恢复技术的判定方法,克服了目前我国大面积退耕还湿过程中沼泽湿地植被恢复措施的选择缺乏科学依据的问题(专利号:201610018928.1)。针对莎草类等恢复难度较大的典型优势植物功能群,发明了一种浮毯式沼泽湿地构建装置,克服了因退耕地种源缺乏和水位难以控制引起的目标物种难以恢复的难题,快速构建莎草类等沼泽植物类群发达稳定的根系系统,并不断发育扩张,形成具有自身稳定浮力作用的浮毯式沼泽湿地系统,最终通过无性繁殖的手段快速恢复沼泽湿地优势植被(专利号:201711230044.3)。

  在沼泽湿地生态恢复示范推广方面,受黑龙江省湿地保护管理中心和黑龙江省七星河国家级自然保护区管理局委托,主持开展了中央财政支持的黑龙江省七星河国家级自然保护区湿地生态效益补偿试点项目(国投资金:2000万)的实施方案编制设计工作,完成了退耕还湿、水鸟迁徙通道粮食补偿、湿地信息化系统设计、生态环境治理四大类工程项目实施方案的设计。其中,退耕还湿工程作为本项目的核心工程,充分采用前述发明专利技术,通过土壤种子库快速研判,科学选用自然恢复和人工修复相结合的方式进行沼泽湿地植被恢复,并结合生境岛、生态廊道、生态沟渠构建和水文连通工程,开展水文-植被-栖息地多途径协同恢复,退耕还湿面积达1284.5亩。该实施方案顺利通过由湿地国际-中国办事处、保尔森基金会、北京师范大学、东北林业大学、黑龙江省科学院、哈尔滨湿地研究院等单位专家组成的专家评审会评审。目前该项目工程实施已基本完成,取得了预期的生态效益。同时,相关恢复技术已推广应用于三江、挠力河等国家级自然保护区开展的大规模“退耕还湿”生态工程,成为东北地区乃至全国湿地生态恢复领域产学研相结合的成功案例。

  该成果由东北地理所副研究员王国栋(论文、专利、技术方案第一负责人)、研究员姜明、吕宪国等共同完成,得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、东北地理所优秀青年人才基金项目等共同资助。

  学术论文:1 2 3

 

沼泽湿地土壤种子库与环境因子的关系     退耕地沼泽植物多样性自然恢复潜力分级

沼泽湿地土壤种子库物种丰富度和种子密度随开垦年限变化特征

七星河保护区退耕还湿地沼泽湿地植被恢复效果(左图:恢复前;右图:恢复后)

打印 责任编辑:叶瑞优

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