CN116267479A - 一种恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泥炭沼泽生态恢复技术领域，具体涉及一种恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法，步骤包括在非生长季清除植被和凋落物，松耙地表土壤，灌水，平整土地；用特制复合生态袋填堵泥炭沼泽排水沟，复合生态袋的宽度和排水沟相同，高度比排水沟稍低，袋体材料为可降解的植物纤维，袋内为分层填充的碎石、木屑、泥炭；最后在泥炭沼泽中种植泥炭藓。本方法填堵排水沟不需要进行大规模的施工，不会对泥炭沼泽造成二次破坏，能使上下游水位明显且均匀抬升。且制作复合生态袋的材料皆为环境友好材料，可降解或与环境融为一体，不会造成环境污染。种植并恢复泥炭藓植被则有利于泥炭沼泽固碳，有利于泥炭沼泽碳汇的增加。
Description
技术领域
本发明涉及泥炭沼泽生态恢复技术领域，具体涉及一种恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法。
背景技术
泥炭沼泽仅占全球陆地面积的3%左右，但有超过30 cm的泥炭沉积层，其碳储量高达全球陆地碳储量的三分之一，是重要的碳汇。但是，在气候变化和人为活动的双重影响下，泥炭沼泽的退化现象日益严重。为发展农牧业，而对泥炭沼泽进行的人为挖沟、排水疏干等操作，严重威胁了泥炭沼泽的面积和功能。泥炭藓是泥炭沼泽中的重要植被，是高效固碳植物，除自身光合作用外，还可以与甲烷氧化菌共生，减少甲烷排放。而以泥炭藓为优势种的泥炭沼泽，经长期排水疏干后会呈现地下水位下降、土壤曝氧、pH升高的状态，使得土壤的微生物活性升高，分解有机质，进而造成大量的碳损失，与此同时泥炭藓群落也向着草本或木本植被演替。现有技术公开了一种通过清除非目标种、恢复目标种群、水文管理和植被管理等步骤，控制湿地非目标种并促进自然植被恢复的技术，但没有考虑以泥炭藓为优势种的泥炭沼泽恢复的条件，没有针对泥炭藓沼泽湿地展开研究。现有技术还公开了一种在高山湿地上进行泥炭藓种植恢复的方法，从泥炭藓原生地剪取泥炭藓上部5~10 cm左右作为移植材料种到恢复地，并用覆盖物覆盖种植好的泥炭藓促进其生长。该发明的不足是需要大量的原生地移植体，且原位种植、培育泥炭藓的周期较长，不适用于大面积的泥炭沼泽恢复。目前，针对泥炭沼泽植被的恢复或针对泥炭藓植被的恢复，都没有提及配合其他外部条件以提升泥炭沼泽的碳汇功能。
现在，恢复沼泽水位的常用方法有整地、筑坝和堵塞排水沟等。其中，完全填堵排水沟是最有效的措施之一，但主要适用于窄沟、浅沟，且成本高昂。选择性分段填堵则更适用于大部分环境，可根据实际情况调整物料的填堵，成本也可控。填堵排水沟常用木板、建筑土石袋或混凝土重力坝，前两者成本较低，能达到蓄水又不致溃坝的目的，但蓄水的效果不理想，会导致上下游水位差异，后者抗性强但成本较高不易施工，后两者都不环保。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中对排水沟进行填堵时所用材料不环保、蓄水效果不理想，且泥炭沼泽碳汇的提升有待改进的缺陷，从而提供一种恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法。
为此，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法，包括以下步骤：
S1：在非生长季，清除排水疏干的泥炭沼泽所有植被地上部分和根系及地表凋落物，松耙地表的土壤，灌水，平整土地；
S2：使用复合生态袋填堵所述排水疏干的泥炭沼泽的排水沟；
S3：在泥炭沼泽内种植泥炭藓；
所述复合生态袋的袋体材料为可降解的植物纤维，袋内由下至上依次填充碎石层、木屑层、泥炭层。
优选的，所述碎石层、木屑层、泥炭层的高度比为（4~5）:（3~4）:（2~3）。
优选的，所述泥炭层填充的泥炭取自泥炭沼泽邻近的泥炭地。
优选的，所述复合生态袋的宽度与所述泥炭沼泽排水沟的宽度相同，长度为0.5~1m，高度低于所述泥炭沼泽排水沟高度的5%~10%。
优选的，步骤S2中，每隔50~100 m放置2~5个所述复合生态袋。
优选的，步骤S3中，泥炭藓的种植密度为50~100 株/m2，在所述泥炭藓上覆盖秸秆。
优选的，在种植泥炭藓后，定期进行一次非目标物种的移除，可选择每2~3周进行一次非目标物种的移除。
优选的，所述泥炭藓为水培得到，或为购买的规模化种植泥炭藓。
本发明提供的恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法中，水培泥炭藓为领域内常规操作。典型非限定性地，具体操作为：
（1）组织培养获得茎叶体：取野生泥炭藓孢子悬液接种到无菌、pH与原生地沼泽上覆水一致的Knop培养基中，置于人工气候箱，设置人工气候箱温度为20~26℃，相对湿度60~70%，光周期16h/8h，待泥炭藓孢子分化出原丝体并进一步发育形成茎叶体；
（2）水培泥炭藓：准备底部有导水布条的育苗泡沫板，将已发育形成的茎叶体放入育苗泡沫板中，置于水面培育，水的pH为4~6，提供24 h白光光源，光强3000~10000 Lux，培育90天后，得到可用于种植的泥炭藓。
优选的，步骤S1中，灌水至地表3~5 cm。
优选的，所述灌水是利用自然降雨进行灌水。
优选的，步骤S1中，松耙排水疏干的泥炭沼泽地表土壤的深度为10~15 cm。
优选的，所述可降解的植物纤维包括黄麻、大麻槿、苘麻、椰子中的至少一种。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法，步骤为在非生长季，清除排水疏干的泥炭沼泽所有植被地上部分和根系及地表凋落物，松耙地表的土壤，灌水，平整土地；使用复合生态袋填堵排水疏干的泥炭沼泽的排水沟；在泥炭沼泽内种植泥炭藓。本方法可以使排水疏干泥炭沼泽上下游的水位快速且均匀恢复，恢复泥炭沼泽内的泥炭藓种群，增加其碳汇。所使用的复合生态袋的袋体材料为可降解的植物纤维，袋内由下至上依次填充碎石层、木屑层、泥炭层。使用特制的复合生态袋填堵泥炭沼泽的排水沟，不需要进行大规模的施工，不会对泥炭沼泽造成二次破坏，蓄水效果好，能使上下游水位明显且均匀抬升。复合生态袋最下层的碎石坚硬且稳定性好，为复合生态袋提供了坚实的基底；最上层的泥炭初期作用主要为帮助堵塞排水沟，后期还为植被恢复提供了基土，泥炭藓可直接在泥炭上生长，帮助碳汇的增加；中层的木屑易通过回收获得，环境友好，木屑和泥炭经过长期分解都能为植被生长提供物质来源。种植植被可以帮助泥炭沼泽恢复生态环境，种植并恢复泥炭藓植被则有利于泥炭沼泽固碳。泥炭藓可分泌泥炭藓酸抑制微生物，自身有很强的抗微生物分解能力，长期可形成泥炭封碳，且泥炭藓可为甲烷厌氧氧化菌提供共生场所，甲烷厌氧氧化菌能有效回收泥炭地释放的甲烷，从而减少其排放，有利于泥炭沼泽碳汇的增加。
本发明提供的恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法中，所种植的泥炭藓由水培得到，或为直接购买规模化种植的泥炭藓，这样泥炭藓的性状一致，植株成活率有保证。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的方法，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供恢复一排水疏干的高山泥炭沼泽水位和植被的方法。
（1）在非生长季清除植被以及地表凋落物：在4月，植物返青前，选取待恢复的排水疏干泥炭沼泽，首先清除所有植物和根系以及表层凋落物，松耙地表15 cm的土壤，利用自然降雨灌水，平整土地。
（2）使用复合生态袋填堵排水沟：测得区域内排水沟的宽度为60 cm，高度为55cm，根据排水沟的宽度、高度定制长1 m、宽60 cm、高50 cm的复合生态袋，复合生态袋的袋体原料为黄麻，袋内依次分层填充20 cm的碎石、15 cm的木屑、15 cm的泥炭，所用泥炭取自泥炭沼泽邻近的泥炭地。在排水沟中，每隔50 m放置2个定制的复合生态袋，即堵塞长度为2m。
（3）种植泥炭藓：首先水培泥炭藓，取野生泥炭藓孢子悬液接种到Knop培养基中，其中各原料含量为：Ca(NO3)2·4H2O：1000 mg/L，FeSO4·7H2O：14 mg/L，MgSO4·7H2O：250mg/L，KH2PO4：250 mg/L，KCl：250 mg/L，pH为5，将Knop培养基置于人工气候箱内，设置人工气候箱的温度为25℃，相对湿度60%，光周期16h/8h，待泥炭藓孢子分化出原丝体并进一步发育形成茎叶体；准备底部有导水布条的育苗泡沫板，将已发育形成的茎叶体放入育苗泡沫板中，置于水面培育，水的pH为5，提供24 h白光光源，光强10000 Lux，90天后，得到可用于种植的泥炭藓。将泥炭藓按100株/m2移栽至待栽种的泥炭沼泽中，按0.5 kg/m2在上面覆盖稻草秸秆，每2周进行一次非目标物种的移除，一个生长期后结束。
对比例1
本对比例提供恢复一排水疏干的高山泥炭沼泽水位和植被的方法。
（1）在非生长季清除植被以及地表凋落物：在4月，植物返青前，选取待恢复的排水疏干泥炭沼泽，首先清除所有植物和根系以及表层凋落物，松耙地表15 cm的土壤，利用自然降雨灌水，平整土地。
（2）使用木板拦水：测得区域内排水沟的宽度为60 cm，高度为55 cm，根据排水沟的宽度、高度定制宽60 cm、高58 cm、厚度2 cm的木板。在排水沟中，每隔50 m垂直放置2个定制的木板（两个木板平行放置，间隔5 cm），作为木板坝。
（3）种植泥炭藓：首先水培泥炭藓，取野生泥炭藓孢子悬液接种到Knop培养基中，其中各原料含量为：Ca(NO3)2·4H2O：1000 mg/L，FeSO4·7H2O：14 mg/L，MgSO4·7H2O：250mg/L，KH2PO4：250 mg/L，KCl：250 mg/L，pH为5，将Knop培养基置于人工气候箱内，设置人工气候箱的温度为25℃，相对湿度60%，光周期16h/8h，待泥炭藓孢子分化出原丝体并进一步发育形成茎叶体；准备底部有导水布条的育苗泡沫板，将已发育形成的茎叶体放入育苗泡沫板中，置于水面培育，水的pH为5，提供24 h白光光源，光强10000 Lux，90天后，得到可用于种植的泥炭藓。将泥炭藓按100株/m2移栽至待栽种的泥炭沼泽中，按0.5 kg/m2在上面覆盖稻草秸秆，每2周进行一次非目标物种的移除，一个生长期后结束。
监测水位：在排水沟堵塞点附近的泥炭沼泽中每隔10 m布置1根长0.7 m、直径5cm的PVC管，两侧各布置5根，将PVC管插入土壤中0.5 m，用钢尺测量PVC管内水面到地面距离，即为水位高度。实施例1中，填堵前测得上游水位为地表以下10 cm，下游水位为地表以下7 cm，填堵1个月后，上游水位和下游水位皆恢复为地表以上3 cm。对比例1中，填堵前测得上游水位为地表以下10 cm，下游水位为地表以下7 cm，填堵1个月后，上游水位恢复为地表以上3.5 cm，下游水位恢复为地表以上2.5 cm。将实施例1与对比例1比较可知，本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽水位的方法能使得上下游水位快速恢复，且上下游水位恢复均匀，蓄水效果理想。
监测泥炭藓覆盖度：在堵塞点上下游各随机布置5个2 m×2 m的植被监测样方，每个样方中选择5个0.25 m×0.25 m的网格。调查泥炭藓盖度，实施例1中第一年增加约10%，对比例1中第一年增加约9%，本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法使得泥炭藓盖度增加量大幅增加。
监测植被碳输入：在堵塞点上下游各随机布置5个2 m×2 m的植被监测样方，每个样方中选择5个0.25 m×0.25 m的网格，收集恢复一年后的地上植物和植物根系，进行烘干称重，记录生物量，并按照T/NAIA 070-2021标准测定泥炭藓植株全碳含量。按公式
计算单位面积植物碳输入量，其中Cinput为单位面积泥炭藓植株碳输入总量，mplant为样方内泥炭藓生物量，Cplant为泥炭藓碳含量，S为样方面积0.0625 m2，得到的数据如表1所示。
表1 本发明实施例1和对比例1中植被碳输入量
由表1中数据可知，实施例1使用本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法在一年中使单位面积泥炭藓植株碳输入总量从0增长至了149.3 ± 12.2 g/m2，对比例1中则只能使单位面积泥炭藓植株碳输入总量从0增长至135.7 ± 10.5 g/m2，明显本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽植被的方法可以更有力恢复泥炭沼泽碳输入总量。
监测土壤碳库：用直径5 cm的泥炭钻钻取1 m深的土柱，分层取土壤样品，每5 cm一层，共分20层，分别按照HJ 695-2014标准测定土壤有机碳含量，按照NY/T 1121.4-2006标准测定土壤容重，根据公式
计算单位面积土壤有机碳储量。其中，Cstorage为单位面积土壤有机碳储量，SOC为土壤碳含量，BD为土壤容重，D为土壤深度，i为土壤层数，得到的数据如表2所示。
表2 本发明实施例1和对比例1中土壤有机碳储量
由表2中数据可知，实施例1使用本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法在一年中使单位面积土壤有机碳储量由3.8 ± 0.3 kg/m2增长至4.0±0.5 kg/m2，对比例1中则只由3.8 ± 0.3 kg/m2增长至3.9±0.2 kg/m2，本发明中恢复排水疏干的泥炭沼泽植被的方法能够进一步提升单位面积土壤有机碳储量，进而提升泥炭沼泽碳汇。
通过数据可知，使用本发明中的方法进行对排水疏干泥炭沼泽水位和植被的恢复后，泥炭沼泽上下游的水位均增加10 cm左右，有明显提升。使用本发明中的方法1年后，泥炭藓盖度增加约10%，单位面积泥炭藓植株输入总量为149.3±12.2 g/m2，单位面积土壤有机碳储量由3.8±0.3 kg/m2增加至4.0±0.5 kg/m2，年增长约5%，皆有明显的升高。本发明提供的恢复排水疏干的泥炭沼泽水位和植被的方法，提出系统性水文管理恢复水位和植被管理恢复泥炭藓植被的方法，在恢复泥炭沼泽水位和碳汇方面起到明显作用，可服务于绿色可持续修复行业。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在非生长季，清除排水疏干的泥炭沼泽所有植被地上部分和根系及地表凋落物，松耙地表的土壤，灌水，平整土地；
S2：使用复合生态袋填堵所述排水疏干的泥炭沼泽的排水沟；
S3：在泥炭沼泽内种植泥炭藓；
所述复合生态袋的袋体材料为可降解的植物纤维，袋内由下至上依次填充碎石层、木屑层、泥炭层。
2.根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，所述碎石层、木屑层、泥炭层的高度比为（4~5）:（3~4）:（2~3）。
3.根据权利要求1或2所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，所述泥炭层填充的泥炭取自泥炭沼泽邻近的泥炭地。
4. 根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，所述复合生态袋的宽度与所述泥炭沼泽排水沟的宽度相同，长度为0.5~1 m，高度低于所述泥炭沼泽排水沟高度的5%~10%。
5. 根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，步骤S2中，每隔50~100 m放置2~5个所述复合生态袋。
6.根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，步骤S3中，泥炭藓的种植密度为50~100株/m2，在所述泥炭藓上覆盖秸秆；
和/或，在种植泥炭藓后，定期进行一次非目标物种的移除。
7.根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，所述泥炭藓为水培得到，或为购买的规模化种植泥炭藓。
8. 根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，步骤S1中，灌水至地表3~5 cm；
和/或，所述灌水是利用自然降雨进行灌水。
9. 根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，步骤S1中，松耙排水疏干的泥炭沼泽地表土壤的深度为10~15 cm。
10.根据权利要求1所述的恢复排水疏干泥炭沼泽水位和植被的方法，其特征在于，所述可降解的植物纤维包括黄麻、大麻槿、苘麻、椰子中的至少一种。
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