CN104351008A - 一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，具体涉及极端干旱区荒漠河岸林退化胡杨种群的更新方法，该方法依据胡杨繁殖更新时机与规律，兼顾其生境极端干旱区高度集中的降雨事件能够超渗产流积水并能局部改善胡杨种群更新生境的特性，通过人工对胡杨种群林间地势进行微休整，营造人工集水与积水小区，利用降水形成林间“湿岛”，在胡杨种子雨期间适时借助生态输水与地下水对小区补水形成“种子陷阱”与“种子富集池”，加强林间“湿岛”效应，改善林间上层土壤水分条件与种群更新生境，增大退化胡杨种群更新几率，促进胡杨种群更新。

Description

一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法

技术领域

本发明涉及极端干旱区退化的荒漠河岸林生态系统恢复重建技术，具体涉及极端干旱区荒漠河岸林退化胡杨种群更新的方法和措施。

背景技术

干旱半干旱地区覆盖了全世界陆地面积的40%，低降雨量、高蒸发及发育微弱的土壤造就了干旱半干旱地区低植被覆盖且脆弱易扰动的生态系统。中亚地区由胡杨作为建群种构成的荒漠河岸林生态系统是干旱、半干旱区荒漠生态系统独特且重要的一个组成部分，提供了这一区域荒漠生态系统中绝大多数的初级生产力。由于易扰动、不稳定及高脆弱性的特点，加之人类不尽合理的水土开发，这一区域的荒漠河岸林生态系统环境生态问题日益突出（植被退化、水土流失、荒漠化加剧）。我国西北部的干旱、半干旱区占国土面积的四分之一，沿区内内陆河流域发育了以胡杨为优势建群种的荒漠河岸林生态系统（如塔里木河、黑河），它为区域内保持高生物多样性提供了重要的生境。相比较其他生态系统，位于干旱区的这些荒漠河岸林生态系统在全球气候变化及不断增强的人类活动扰动下面临着更为严重的威胁。作为本方法具体研究实例的塔里木河下游地区就是一个最典型的区域。塔里木河流域内以胡杨为主要建群种的荒漠河岸林是世界上最大的自然胡杨林分布区与自然种群基因库，这一胡杨林对维持流域内生产、生活、生态安全，抵御风沙危害，维持整个地区环境和资源的可持续利用与社会稳定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，塔里木河中、下游荒漠河岸林生态环境日益退化，特别是塔里木河下游地区，河道断流，尾闾湖泊干涸，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，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社会经济正常、稳定、可持续的发展。胡杨作为这一地区荒漠河岸林生态系统中的主要建群种，在河道断流，地下水位持续下降的影响下，其种群退化严重，整个胡杨群落结构逆向演替明显。其中造成胡杨种群衰败的一个重要因素就是种群更新不足，原有的胡杨繁育条件因水文过程的时空改变而丧失，整个种群结构老龄化显著，严重退化。自2000年以来，在国家的大力投资及地方政府积极倡导下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较大的时空局限性，生态输水也并没有根本改变沿岸胡杨种群的更新繁育条件，近河道胡杨种群的严重退化趋势虽然得到一定遏制，表现出复壮的态势，但是整个种群的更新仍然不容乐观，胡杨多以株龄在40年以上的成年或老年植株为主，幼林很少，整个种群老龄化严重。单纯借助沿河道生态输水，依靠胡杨自身难以有效地实现种群更新进而实现整个群落的恢复与可持续演替，因此亟需在适当人为措施扰动下的促进退化胡杨种群更新的技术方法。

胡杨作为生活在干旱区的一种克隆植物，在长期对逆境的适应与进化过程中，形成了兼具有性繁殖与无性繁殖的双重繁殖策略。因为干旱区恶劣且不稳定的生境条件，在有性繁殖方面，胡杨是r选择下的r策略者，这使得胡杨的种子具有量大、粒小、失活快和成活率低的特点。胡杨的落种萌发需要在种子雨期间地表具有类似河漫滩环境的浅层积水与湿润泥土。然而，在人为活动扰动下改变的地表水文过程缺失了夏季的洪水漫溢，导致胡杨种群种子萌发条件在目前干旱区荒漠河岸林生态系统中常常难以满足，有性繁殖更新幼林缺失。生活在干旱区的胡杨也常常会通过分布在上层土壤中的水平根分蘖出不定芽进而发育成幼株的方式进行无性繁殖，以实现种群在有性繁殖无法满足情况下的更新。但是随着干旱区荒漠河岸林生态系统的持续退化，地下水位持续下降情况下胡杨根系逐渐向深层发育生长，上层土壤（0-100cm）含水量的持续降低导致土壤中大量水平根失活或停止根蘖，这些都增加了胡杨依靠根孽进行无性繁殖的难度。如今在塔里木河下游的胡杨种群更新乏力，胡杨依靠种子的有性繁殖基本无法实现，无性根蘖繁殖产生的幼龄苗也越来越少。

根据研究区气象数据分析与野外调查、实验发现，虽然塔里木河下游区域的胡杨林位于极端干旱区，年平均降雨量小于50mm，但是每年的降雨多集中于7月份，与胡杨落种时间一致，并且一年中近80%的降雨量常常集中在一两次降水事件中，在超渗产流作用下常常在荒漠低洼处形成积水，并在积水区形成一个土壤湿润的“湿岛”，个别临近胡杨林的低洼积水区，在林荫的作用下，表层富水土壤常常可以保持湿润3-5天，地表30-50cm以下土壤保持湿润时间更长。尽管这样的区域距离河道较远，在胡杨种子雨期间常常能够捕获并富集许多胡杨种子，并能实现种子萌发，在这些区域可以见到一些实生胡杨苗与根蘖苗。但是在差异风化与胡杨固土防沙的作用下，现有胡杨种群多处于相对较高地势处，绝大多数积水区域均位于长时间风蚀形成的不毛白板地，这些区域距离胡杨种群较远，基本无植被覆盖，土质坚硬，积水后迅速蒸发，无法为胡杨落种萌发与根蘖提供生境。通过人为在胡杨种群林间进行地势微休整，人造林间低洼集水与积水小区，制造林间“湿岛”，改善局部胡杨繁殖更新生境条件，可以提升胡杨种群落种萌发与根蘖的几率，促进退化的胡杨种群进行更新。

根据以上在极端干旱区荒漠河岸林生态系统退化的实际情况，考虑到干旱区荒漠河岸林胡杨落种萌发时机与根蘖等繁殖特征与规律，并考虑到研究区内气象规律与生态输水契机，通过人工休整胡杨种群林间空地，人造林间集水与积水小区，并结合生态输水，选择适当的时间从河道提水或引水对人造集水小区进行针对性补水，制造并加强林间“湿岛”效应，利用胡杨落种期间地表积水小区对胡杨种子雨的捕获作用，形成“种子陷阱”与“种子富集池”，促进胡杨落种萌发。同时利用形成的林间“湿岛”效应对周边胡杨向集水小区一侧表层根系的活化与根蘖发生的促进作用，改善周边胡杨无性繁殖的生境，促进根蘖繁殖的发生，进而促进种群更新，最终实现退化的荒漠河岸林生态系统的加速修复。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，该方法利用胡杨林间自然地势落差，在遵循极端干旱区荒漠河岸林胡杨生繁规律及区内流域地形地貌与水文特征、气象条件的基础上，人工营造林间集水与积水小区，通过制造林间“湿岛”、“种子陷阱”和“种子富集池”，为胡杨种群提供有性繁殖与无性繁殖的局部适宜生境，提升胡杨种群繁殖更新的几率，促进退化的胡杨种群更新，改善现有胡杨种群的年龄结构，实现没有大面积地表漫溢条件下极端干旱区荒漠河岸林生态系统退化胡杨种群的更新与保育恢复。

本发明所述的一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，按下列步骤进行： 

a、依实际地势进行地形微休整，在胡杨种群林间与周边30m范围内人工营造面积30-100m²，落差50-100cm的林间低洼集水与积水小区，小区空间上呈随机蜂窝状分布，利用林间集水与积水小区充分收集夏季高度集中的降雨超渗产流形成的积水，营造林间“湿岛”；

b、在无法实现大面积地表漫溢条件下，利用河道生态输水与近河道处生态井内的地下水，在夏季7月中下旬胡杨种子雨高峰期对已经建成的集水与积水小区进行针对性的补水，形成面积20-60m²、深度10-30cm的积水，并保持1-2天；

c、在林间集水与积水小区建成2-3年，林间“湿岛”形成后，在11月中下旬或3月中下旬，选择落种萌发不理想的小区周边胡杨，在面向集水小区一侧开挖1-2条断根沟，开挖过程中对直径1-3cm的水平根进行切断，断口处涂抹ABT生根粉溶液或吲哚乙酸溶液后，覆土至断根处以上10-20cm。

本发明所述的一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，该方法是针对缺乏大面积地表漫溢条件，降雨量小于100mm但大强度降雨事件高度集中于夏季（7-8月）的极端干旱区荒漠河岸林，促进退化胡杨种群繁殖更新的技术方法。该方法的主要方案是：

针对干旱区荒漠河岸林胡杨落种萌发与根蘖需要地表积水与表层土壤湿润的生境条件，以及研究区年降水量低却降水事件高度集中于夏季并能够通过超渗产流形成积水的自然规律，通过人工对胡杨林间洼地进行微休整，营造蜂窝状分布的集水与积水小区，为夏季降雨超渗产流积水创造条件，制造林间“湿岛”，改善林间上层土壤水分条件，为胡杨种群的落种萌发与根蘖繁殖提供生境。林间人工集水与积水小区可以依据实际地势营造，形状依地势呈不规则型、近圆或椭圆型，空间分布呈蜂窝状以增大集水效应，距离胡杨种群宜近不宜远，最好在胡杨种群林间、林荫下或临近胡杨周边不超过30m的区域，利用遮荫增长积水时间，减少无效蒸发并增大下渗，同时积水下渗增加上层土壤水分形成的“湿岛”也能够为周边胡杨水平根所利用。集水区域面积以30-100m²为宜，积水区域与周边落差在50-100cm。

在林间蜂窝状人工集水与积水小区建成后，如果条件允许，可利用流域河道生态输水的契机，通过人工引水或者提水，引河道水或抽取近河道处生态用水井内的地下水，于每年7月中下旬胡杨种子雨高峰期，对林间人造集水小区进行有针对性补水，补水后视集水小区面积与积水落差，宜形成积水面积小于100m²，积水深度10-30cm的积水，保持地表积水或表层土壤饱和含水状态1-2天，从而加强林间“湿岛”效应，进一步提升林间上层土壤含水量，并在胡杨种子雨高峰期利用地表积水与表层饱和含水土壤对落种的捕获作用人工营造“种子陷阱”与“种子富集池”，为胡杨种群更新繁育创造局部适宜生境，增大胡杨种群更新的几率，从而促进退化胡杨种群的更新。

对于落种萌发不理想的人造集水小区，在建成两至三年，林间“湿岛”效应形成后，选择人造集水小区周边成年胡杨面向集水小区一侧开挖1-2条断根沟，断根沟长度2-3m，宽30-40cm，深度80-100cm，开挖过程中对直径1-3cm的水平根进行切断，断口处涂抹ABT生根粉溶液或者吲哚乙酸溶液后覆土至断根以上10-20cm，实现对根蘖的促进与刺激。断根操作宜在秋末（11月中下旬）和早春（3月中下旬）实施。

本发明所述的一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，该方法中所涉及的ABT生根粉溶液为北京名木成森生物技术有限公司生产，吲哚乙酸溶液为山东凯贝特生物技术有限公司生产，两者均为市售产品。

本发明所述的一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，该方法具有以下优点和显著效果：

本发明是基于我国西北干旱区与极端干旱区荒漠河岸林生态系统退化胡杨种群的繁殖规律，兼顾区域气象、水文、地貌条件等而研发的一种促进胡杨繁殖更新的技术措施，适用于胡杨所在立地缺乏大面积地表漫溢条件，地下水位埋深较大（>4m）且上层土壤（0-1m）含水量较低(平均<3%)，降水量小于100mm但大强度降水事件高度集中于夏季，胡杨种群自然更新乏力的区段。

1、本发明利用了干旱区荒漠河岸林胡杨种群繁殖的规律特性，并兼顾考虑了研究区气象、水文与地貌特征，通过人为措施的扰动，依地势在胡杨种群林间营建集水与积水小区，充分利用高度集中的降水事件的降水与干旱区超渗产流的积水，制造胡杨种群林间“湿岛”，改善胡杨种群更新生境；借助河道生态输水契机，选择适当时机，对人造集水小区进行针对性补水，制造积水，加强林间“湿岛”效应，适时营造胡杨“种子陷阱”与“种子富集池”，促进胡杨的繁殖更新。同人工补植恢复胡杨种群的措施相比，此方法操作性更强，成本更低，更贴近胡杨种群的生繁规律。

2、与单纯依靠胡杨自身通过落种及上层土壤中水平根自然根蘖繁殖相比，合理地利用地势、地貌与气象、水文条件，通过人为措施扰动，营建林间“湿岛”、“种子陷阱”与“种子富集池”，改善胡杨种群局部的更新生境，可以在缺乏大范围洪水漫溢条件下，增大退化胡杨种群自然繁殖更新的几率。

3、该方法可以更加高效地利用有限的生态输水，有目的地扩大受水面积与恢复面积，增强恢复绩效；并且能够有效利用珍贵且稀少的大气降水，实现胡杨生境的改善，扩大降水的生态意义。

具体实施方式

实施例1：

选择塔里木河下游距离河道100m，地下水位埋深4m左右的胡杨种群，在两个胡杨种群林间依照地势对地形进行轻微整治，分别人工建造面积30-50m²不等的集水与积水小区4-5个，并在小区建成后与当年7月抽取河道低洼处积水与河水对集水小区进行补水；

集水小区的整治与构建：

在春季5月下旬，每年多风季节结束后且多雨季节前，选取塔里木河下游距离河道约100m处的两个胡杨种群，两个胡杨种群均表现出更新乏力特征，种群年龄结构以过熟林为主，幼林基本不见，且两块区域在自然条件下无法实现河道来水漫溢，在胡杨种群林间依照地势对地形进行微整形，分别营造面积30-50m²的集水与积水小区4个和5个，集水小区形状呈不规则型至近椭圆形，低洼处与周边落差50-80cm，各个小区间呈蜂窝状分布，建成后抽取河道低洼处存水对小区进行了补水，补水形成深10-20cm，持续1天的积水，以求在林间尽快形成“湿岛”，改善林间集水小区上层土壤水分条件；

夏季集水小区补水灌溉对于已经建成并且进行过一次补水的林间人造集水与积水小区，利用夏季河道生态输水在7月中旬胡杨种子雨高峰期对集水小区进行二次补水，使集水小区形成深10-30cm的积水并保持地表积水状态1天，此操作一方面可以实现对集水小区上层土壤的水分补给，加强林间“湿岛”效应，促进周边胡杨的根蘖，另一方面通过地表积水与积水后表层土壤的饱和含水状态实现对胡杨种子的捕获与富集，并且为胡杨种子的萌发创造条件，促进胡杨种群的更新；

在林间集水与积水小区建成2-3年，林间“湿岛”形成后，在11月中下旬或3月中下旬，选择落种萌发不理想的小区周边胡杨，在面向集水小区一侧开挖1-2条断根沟，开挖过程中对直径1-3cm的水平根进行切断，断口处涂抹ABT生根粉溶液促进根蘖，随后覆土至断根以上10-20cm防止断根快速抽干，实现对根蘖的促进与刺激，断根操作宜在秋末11月中下旬和早春3月中下旬实施。

实施例2：

选择塔里木河下游距离河道200-300m，地下水位埋深5-6m左右的胡杨种群，在两个胡杨种群林间依照地势对地形进行轻微整治，分别人工建造面积30-100m²不等的集水与积水小区5-6个，并在小区建成后当年与第二年7月分别抽取河水与井水对集水小区进行两次补水；

集水小区的整治与构建

在5月中下旬，每年干旱区多风季节后且多雨季节前，选取塔里木河下游距离河道约200-300m处的两个胡杨种群，两个胡杨种群年龄结构以过熟林为主，幼林基本不见，且两块区域在自然条件下无法实现河道来水漫溢，在胡杨种群林间依照地势对地形进行微整形，分别营造面积30-100m²的集水与积水小区5个和6个，集水小区形状呈不规则型至近椭圆形，低洼处与周边落差50-100cm，各个小区间呈随机蜂窝状分布；

夏季集水小区补水灌溉：

对于已经建成的林间人造集水与积水小区，抽取河道水与生态井中的地下水分别在当年七月中旬与第二年7月中旬胡杨种子雨高峰期对集水小区进行二次补水，使集水小区形成深10-30cm的积水并持续1天，保持地表土壤饱和含水状态1-2天，此操作目的是实现对集水小区上层土壤的水分补给，加强林间“湿岛”效应，促进周边胡杨的根蘖，另一方面通过地表积水与积水后表层土壤的饱和含水状态实现对胡杨种子的捕获与富集形成“种子陷阱”与“种子富集池”，为胡杨种子的萌发创造条件与生境，达到增大胡杨种群更新；

在林间集水与积水小区建成2-3年，林间“湿岛”形成后，在11月中下旬或3月中下旬，选择落种萌发不理想的小区周边胡杨，在面向集水小区一侧开挖1-2条断根沟，断根沟长度2-3m，宽30-40cm，深度80-100cm，开挖过程中对直径1-3cm的水平根进行切断，断口处涂抹吲哚乙酸溶液促进根蘖，随后覆土至断根以上10-20cm防止断根快速抽干，实现对根蘖的促进与刺激，断根操作宜在秋末11月中下旬和早春3月中下旬实施 。

Claims (1)

1.一种促进极端干旱区退化胡杨种群更新的方法，其特征在于按下列步骤进行： 

a、依实际地势进行地形微休整，在胡杨种群林间与周边30m范围内人工营造面积30-100m²，落差50-100cm的林间低洼集水与积水小区，小区空间上呈随机蜂窝状分布，利用林间集水与积水小区充分收集夏季高度集中的降雨超渗产流形成的积水，营造林间“湿岛”；

b、在无法实现大面积地表漫溢条件下，利用河道生态输水与近河道处生态井内的地下水，在夏季7月中下旬胡杨种子雨高峰期对已经建成的集水与积水小区进行针对性的补水，形成面积20-60m²、深度10-30cm的积水，并保持1-2天；

c、在林间集水与积水小区建成2-3年，林间“湿岛”形成后，在11月中下旬或3月中下旬，选择落种萌发不理想的小区周边胡杨，在面向集水小区一侧开挖1-2条断根沟，开挖过程中对直径1-3cm的水平根进行切断，断口处涂抹ABT生根粉溶液或吲哚乙酸溶液后，覆土至断根处以上10-20cm。