CN112314095A

CN112314095A - 利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法

Info

Publication number: CN112314095A
Application number: CN202011191572.4A
Authority: CN
Inventors: 张洺也; 佟守正; 张冬杰; 齐清; 安雨; 刘言; 崔庚; 宋铁军; 朱光磊
Original assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Current assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112314095B

Abstract

利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，它涉及一种恢复退化芦苇湿地的方法。本发明是为了解决农田退水利用率低、退化湿地水体匮乏、植被恢复效果不佳以及生长季内天然湿地水体匮乏的技术问题。本方法如下：一、恢复退化湿地水文环境；二、转运水体补给自然湿地；三、采集芦苇茎秆保水贮存；四、埋栽芦苇茎秆，生长初期保持土壤水分环境。本发明可延长农田退水循环利用周期。可有效改良退化湿地基底环境。可提高芦苇茎秆萌发成功概率。本发明属于退化湿地的恢复技术领域。

Description

利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法

技术领域

本发明涉及一种恢复退化芦苇湿地的方法，属于退化湿地的恢复技术领域。

背景技术

水资源是人类生存和发展的基础，是保障经济社会可持续发展的关键自然资源。伴随全球气候变化与社会经济发展，水资源形势日趋严峻，如何保障水资源高效利用已成为影响国家水资源安全与制约国民经济发展的重要问题。湿地是全球三大生态系统之一，在维护全球生物多样性完整、维系生物地球化学循环过程以及提供生态服务功能等方面具有重要积极作用。但近三十年间，我国湿地面积减少了约33％，自然湿地退化形势严峻，科学修复退化湿地现已成为我国湿地研究领域面临的关键问题。

松嫩平原西部地区是我国重要的商品粮生产基地，同时也是我国内陆湿地集中分布区，其在保障国家粮食生产安全，维护生态系统结构稳定等方面具有重要意义。近年来受全球气候变化因素影响，该区域湿地萎缩退化问题愈发明显，生态补水需求日益增加，致使生态用水与农业用水间矛盾愈发突出，严重威胁该地区经济社会健康可持续发展。如何在兼顾农业生产用水与湿地生态需水的前提下实现水资源高效利用，现已成为制约该区域生态环境安全水平提升的桎梏。

目前，关于农田退水的研究主要以构建生态排水沟渠为主，而退化芦苇湿地水文及植被修复多采用抽取邻近水体及根茎移栽方式。退水资源化方面，主要通过构建降解吸附型生态沟渠去除水体富营养成分，但研究目标仅针对秋季退水而忽略春季退水资源，且尚未对退水后续利用进行指导；退化湿地修复方面，水文恢复多就近取水，经济成本低廉，恢复效果明显，但易造成邻近湿地水体匮乏，且漫灌方式恢复精度低，生态成本高昂；根茎移栽方式虽修复效果迅速，植物成活概率高，但将导致原生湿地破坏，影响景观结构完整。因此，如何提高春季农田退水利用率、集约化重建湿地水文环境、统筹式恢复湿地植物资源，已经成为湿地生态恢复领域面临的一项难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决农田退水利用率低、退化湿地水体匮乏、植被恢复效果不佳以及生长季内天然湿地水体匮乏的技术问题，提供了一种利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法。

利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法按照以下步骤进行：

一、恢复退化湿地水文环境：

于4月-5月中旬收集农田退水补充干旱退化芦苇湿地，补充水体在退化芦苇湿地中持留2-3个月，淹水水深为20-30厘米；

二、转运水体补给自然湿地:

根据自然湿地内水资源消耗情况，按照自然湿地平均地表水深为5厘米时进行补水，于6月中旬至7月中旬间抽取退化芦苇湿地内水体进行补充，抽取水资源后，退化芦苇湿地内土壤含水量保持在60％以上且无地表积水，自然湿地内平均补水高度不超过典型物种的淹水耐受上限；若自然湿地内无缺水问题，抽取退化芦苇湿地内水资源就近补充旱作农田；

三、采集芦苇茎秆保水贮存:

刈割自然湿地内芦苇茎秆并实施后期保水贮存处理，割取底部两茎节与顶部两茎节间具备无性萌发能力的芦苇茎秆作为苗木材料，刈割过程中，视地表淹水水深调整底部刈割切处位置，保证切口始终高于水面，芦苇茎秆收割后按每段保存3处茎节规格裁切芦苇茎秆，裁切后每10段利用芦苇叶捆扎为一簇，并将成簇芦苇缓苗，成簇芦苇缓苗过程中覆盖湿润苇席或麻布片并每日淋洒水分保湿，成簇芦苇缓苗时间为24-48小时；

四、埋栽芦苇茎秆，生长初期保持土壤水分环境:

退化芦苇湿地内平均土壤含水量达45-60％时，埋栽经过步骤三处理的芦苇茎秆，芦苇茎秆埋栽深度为1-5厘米，芦苇茎秆埋栽密度为5捆-7捆/m²，埋栽后30天内，抽取自然湿地内水体补充退化芦苇湿地，使平均土壤含水量为30-60％，完成恢复退化芦苇湿地。

本发明方法具有以下优点：

一、本发明原理清晰、操作性强，实施过程中无需承担因抽取地下水及调用流域水体而产生的生态成本和相关货币支出，且恢复过程中不造成任何直接及间接性污染。

二、本发明可延长农田退水循环利用周期。本发明收集春季用于软化土壤的农田退水作为退化湿地补充水源，可避免传统春季农田退水直接排放造成的水资源浪费现象。且退化湿地内水体可在完成基底环境改善后转运至天然湿地，精准缓解生长季内湿地水资源匮乏问题。同时在退化湿地植被恢复初期，可间接性调取天然湿地内水体维持既定土壤水分环境，满足芦苇萌发初期环境需求。采用本方法进行水资源配置，农田退水利用周期可大幅度延长。

三、本发明可有效改良退化湿地基底环境。本发明收集农田退水补充至干旱退化湿地内，可迅速恢复区域水文环境，重启局地生物化学循环过程，同时能够有效提升土壤持水量，调整表层土壤结构，并淋洗去除土壤表聚盐分，降低苗木栽种及成活难度。在湿地水体转运过程中，土壤含水量变化可提高土壤团聚体稳定程度，并激发土壤微生物活性，从而促进土壤营养元素形态转变，有利于植物生长过程中的吸收利用。

四、本发明可提高芦苇茎秆萌发成功概率。本发明仅截取具备萌发能力的芦苇茎秆部分作为恢复苗木，且在运输及缓苗过程中均实施保湿处理，可充分保证芦苇茎秆萌发能力。同时精准量化了埋栽深度和土壤含水量阈值，可有效提升芦苇茎秆萌发概率。采用本方法进行芦苇茎秆采集及埋栽，芦苇茎秆萌发概率可达到125％。

五、本发明可实现天然湿地水体精准补充。本发明划定天然湿地需水标准并精准实施水体补充，可有效满足植物生长旺季水分需求，降低天然湿地健康威胁风险。同时，针对天然湿地内典型物种淹水耐受红线，划定水体补充总量范围，可避免因水体补充过量造成的植物死亡现象。采用本方法进行天然湿地水体补充，可精准解决生长季内天然湿地植被缺水问题。

附图说明

图1为实验一中不同土壤含水量处理下芦苇茎秆萌发数量变化示意图；

图2为实验一中不同土壤含水量处理下新生芦苇株高变化示意图；

图3为实验一中不同土壤含水量处理下芦苇茎秆萌发概率变化示意图；

图4为实验一中不同土壤埋深处理下芦苇茎秆萌发数量变化示意图；

图5为实验一中不同土壤埋深处理下新生芦苇株高变化示意图；

图6为实验一中不同土壤埋深处理下芦苇茎秆萌发概率变化示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法按照以下步骤进行：

一、恢复退化湿地水文环境：

于4月-5月中旬收集农田退水补充干旱退化芦苇湿地，要求农田与湿地间配置输水沟渠或抽水泵，用于退水资源输送；要求该退水先期仅用于化冻农田土壤，此退水内无任何当年化肥成分添加，以防止水体富营养化造成湿地生态安全问题；补充水体在退化芦苇湿地中持留2-3个月，淹水水深为20-30厘米，以充分改善退化湿地内土壤水分环境并缓解土壤盐渍化问题，同时保证预留充足水资源应对蒸发消耗；

二、转运水体补给自然湿地:

三、采集芦苇茎秆保水贮存:

刈割自然湿地内芦苇茎秆并实施后期保水贮存处理，割取底部两茎节与顶部两茎节间具备无性萌发能力的芦苇茎秆作为苗木材料，刈割过程中，视地表淹水水深调整底部刈割切处位置，保证切口始终高于水面，防止水体灌入芦苇茎秆造成植株死亡，芦苇茎秆收割后按每段保存3处茎节规格裁切芦苇茎秆，裁切后每10段利用芦苇叶捆扎为一簇，并将成簇芦苇缓苗，成簇芦苇缓苗过程中覆盖湿润苇席或麻布片并每日淋洒水分保湿，以避免因水分散失降低芦苇茎秆萌发概率，成簇芦苇缓苗时间为24-48小时；

四、埋栽芦苇茎秆，生长初期保持土壤水分环境:

退化芦苇湿地内平均土壤含水量达45-60％时，埋栽经过步骤三处理的芦苇茎秆，芦苇茎秆埋栽深度为1-5厘米，芦苇茎秆埋栽密度为5捆-7捆/m²，埋栽后30天内，抽取自然湿地内水体补充退化芦苇湿地，使平均土壤含水量为30-60％，完成恢复退化芦苇湿地同时防止自然湿地内地表水位上涨造成被刈割芦苇死亡。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述农田退水为当年用于软化土壤且无化肥施用的水体。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中农田与退化芦苇湿地间配置输水沟渠或抽水泵。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中采用的抽水工具为燃油式抽水泵或其他动力型抽水泵。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中成簇芦苇缓苗时间为30小时。其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四中所述退化芦苇湿地内平均土壤含水量达50％时，埋栽经过步骤三处理的芦苇茎秆。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四中所述芦苇茎秆埋栽深度为1厘米。其他与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中所述芦苇茎秆埋栽密度为6捆/m²。其他与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中所述使平均土壤含水量为35-55％。其他与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤四中所述使平均土壤含水量为40％。其他与具体实施方式一至九之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

中国科学院东北地理与农业生态研究所温室内模拟芦苇茎秆萌发环境进行场景试验：

一、模拟恢复退化湿地水文环境:

于2020年4月12日收集中国科学院东北地理与农业生态研究所水稻试验田内春季退水，用于补充至模拟退化湿地；于实验温室内布设实验土壤槽，模拟退化芦苇湿地土壤环境，该温室环境与莫莫格湿地地方气候相同，均具备四季分明，雨热同期特征，所应用实验土壤采集自莫莫格典型退化湿地。4月13日至7月1日保持土壤槽处于淹水状态，淹水高度为20厘米。模拟实验期间温室门窗均呈开放状态，保持温室内温差变化与室外一致。

二、模拟水体转运过程：

于7月2日抽取实验土壤槽内地表水至无积水状态，模拟退化芦苇湿地转运至自然湿地过程。抽取水用于PVC容器进行储存，用于后期土壤水分添加。待土壤含水量降至30％时进行补水保持。

三、采集芦苇茎秆并保湿缓苗:

7月8日于莫莫格天然湿地中刈割芦苇茎秆用于模拟恢复试验，刈割过程中仅收集底端两茎节以上，顶端两茎节以下部分茎秆。各芦苇茎秆以每三茎节为一段的规格进行二次裁切，且每10段用芦苇叶捆扎为一簇。由莫莫格湿地转运至实验温室过程中，应用麻布片覆水保湿。

四、栽种芦苇茎秆，保持生长水分环境:

7月9日在实验槽内埋栽芦苇茎秆。实验过程中进行两种条件设定处理：

(一)保持土壤含水量为50％，设置土壤埋深为1cm、3cm、5cm、7cm，每个埋深处理设置3个重复试验；

(二)保持土壤埋深为3cm，设置土壤含水量为30％、45％、60％、75％，每个土壤含水量处理设置3个重复试验；

实验进行30天，应用收集水进行每日对土壤进行补充，保持各设定土壤含水量恒定不变。每日记录萌发数量及株高数据。

实验结果表明，各模拟条件下均能实现芦苇茎秆无性萌发，45％土壤含水量处理下芦苇茎秆萌发数量和萌发概率最高，60％土壤含水量处理下新生芦苇株高最大；1cm土壤埋深处理下芦苇茎秆萌发数量和萌发概率最大，除7cm土壤埋深处理外，新生芦苇株高无显著差异。

Claims

1.利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法按照以下步骤进行：

一、恢复退化湿地水文环境：

二、转运水体补给自然湿地:

三、采集芦苇茎秆保水贮存:

四、埋栽芦苇茎秆，生长初期保持土壤水分环境:

2.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤一中所述农田退水为当年用于软化土壤且无化肥施用的水体。

3.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤一中农田与退化芦苇湿地间配置输水沟渠或抽水泵。

4.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤二中采用的抽水工具为燃油式抽水泵或其他动力型抽水泵。

5.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤三中成簇芦苇缓苗时间为30小时。

6.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤四中所述退化芦苇湿地内平均土壤含水量达50％时，埋栽经过步骤三处理的芦苇茎秆。

7.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤四中所述芦苇茎秆埋栽深度为1厘米。

8.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤四中所述芦苇茎秆埋栽密度为6捆/m²。

9.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤四中所述使平均土壤含水量为35-55％。

10.根据权利要求1所述利用春季农田退水恢复退化芦苇湿地的方法，其特征在于步骤四中所述使平均土壤含水量为40％。