CN117441676A - 一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法。属于湿地生态工程技术领域。解决了目前无法有效利用局部退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的问题。所述方法包括如下步骤：S1、退化农田地块遴选；S2、连通性地块网络建设；S3、局地土壤生境要素改良；S4、荸荠球茎包衣处理；S5、荸荠球茎栽培；S6、水文环境调控管理。
Description
技术领域
本发明属于湿地生态工程技术领域，具体涉及一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法。
背景技术
白鹤（Leucogeranus leucogeranus），大型涉禽，隶属于鹤形目（Gruiformes）鹤科（Gruidae）白鹤属（Leucogeranus）。白鹤种群已在地球生存超6000万年，被誉为鸟类“活化石”。受全球气候变化综合影响，当前全球白鹤种群仅存5000余只，IUCN红色名录评定其为极度濒危物种，为我国一级保护野生动物。受区域环境变化及人类活动作用影响，栖息地生境退化及食源性植物缺失等问题深刻影响白鹤种群休憩质量及迁徙安全，实施白鹤食源性栖息地的快速复建已成为湿地科学领域亟需解决的关键科学问题。
目前关于利用退耕农田实现白鹤食源栖息地快速复建的途径主要包含开放式水文连通及客土迁移覆被等方法。开放式水文连通方法实施操作性强，工程成本低廉，但修复完成后修复地块水文情势无法控制，不能精准满足白鹤食源性植物的生长发育需求，且易遭受洪涝灾害胁迫风险；客土迁移覆被方法技术原理清晰，适用目标范围较广，但实施中存在破坏原生湿地植被组成结构及外来物种入侵等生态问题。总体而言，上述方法均无法有效利用退耕农田实现白鹤食源栖息地的快速复建。因此，如何在兼顾原生湿地生态结构完整的前提下，集成水文调控及食源植物栽培等技术手段利用退耕农田实现白鹤食源栖息地的快速复建，已成为湿地生物多样性保护领域亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明为了解决目前无法有效利用局部退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的问题，提供了一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、退化农田地块遴选：选取邻近天然湿地的退耕还湿地块作为目标复建地，并根据退耕还湿地块土壤盐碱状态划分胁迫程度；
S2、连通性地块网络建设：在复建地中划分独立复建地块单元，且在独立复建地块单元四周以及复建地外围边缘堆砌土埂；
S3、局地土壤生境要素改良：利用周围天然湿地水体对目标复建地漫灌；使用旋耕机进行表层土壤旋翻，加入蛭石后进行二次旋翻；
S4、荸荠球茎包衣处理：于实施白鹤食源栖息地前一年的指定时间在天然湿地内采集荸荠球茎，并依次将荸荠球茎进行干燥、低温沙藏和包衣作业；
S5、荸荠球茎栽培：在单位复建地块内以行作形式栽培荸荠球茎；
S6、水文环境调控管理：使用抽水泵引水对目标复建地进行水文环境调控。
进一步，所述根据退耕还湿地块土壤盐碱状态划分胁迫程度具体为：土壤盐碱状态为0mmol/L时划分为无盐碱胁迫，土壤盐碱状态为0-25mmol/L时划分为轻度盐碱胁迫，土壤盐碱状态为25-50mmol/L时划分为中度盐碱胁迫，土壤盐碱状态为50-100mmol/L时划分为重度盐碱胁迫。
进一步，在独立复建地块单元四周采用复建地块内表层土壤堆砌土埂，土埂堆砌高度为10至20厘米，堆砌宽度为20至30厘米，且各土埂中间部分预留40至50厘米敞开式缺口；在复建地外围边缘堆砌土埂时，堆砌全封闭式土埂，土埂堆砌高度为30至40厘米，堆砌宽度为50至60厘米。
进一步，所述对目标复建地漫灌具体为：
漫灌至复建地地表积水深度至5-10厘米为止，水体停留时间持续2-3天，后续采用抽水泵抽取水体返还至天然湿地，要求无盐碱类型胁迫地块漫灌1次，轻度盐碱胁迫地块漫灌2次，中度盐碱胁迫地块漫灌3次，重度盐碱胁迫地块漫灌3至4次。
进一步，所述使用旋耕机进行表层土壤旋翻时，旋耕机旋翻深度为10至15厘米。
进一步，所述加入蛭石后进行二次旋翻前，将所述蛭石置于160℃环境内加热2至3小时。
进一步，所述低温沙藏时，贮藏沙土材料经160℃高温消毒2至3小时并冷却至室温后，添加蒸馏水至沙土含水量达10至15%后，与荸荠球茎混匀后置于4℃避光环境内持续冷藏，要求冷藏期间每14天于避光环境下补充沙土水分。
进一步，所述包衣作业时，先将低温沙藏后的荸荠球茎冲洗后置于1%的高锰酸钾溶液消毒，然后置于包衣机内以滚筒形式进行包衣，要求包衣机内置硝酸铵、尿素、苯醚甲环锉和芸苔素内酯混合粉剂。
进一步，所述在单位复建地块内以行作形式栽培荸荠球茎时，要求以穴播方式将荸荠球茎顶端朝上垂直插入土层2至4厘米，并使用原位土壤覆盖其顶端部位；要求以平行于复建地区正午太阳高度方向设置栽培行；要求单穴栽培荸荠球茎2至3个，预设穴间距为30至40厘米，预设行间距为54.74-136.85厘米；要求栽培期间单位复建地块内地表无积水，土壤含水量维持在80至100%之间。
进一步，所述使用抽水泵引水对目标复建地进行水文环境调控时，要求至荸荠种苗栽培后7至10天内开展第一次补水工作，并补水至土壤含水量大于65%且地表无积水；要求后续引水工作于荸荠种苗发育至3至5厘米时开展；要求补水后淹水深度维持于5厘米；要求于11月上旬终止人工补水。
本发明所述方法的有益效果为：
（1）本发明所述方法原理清晰、易于实施、成本低廉。白鹤食源栖息地复建后无需人工频繁维护，复建后当年即可提供白鹤食源并招引白鹤取食休憩，适宜在退耕还湿工程及白鹤栖息地修复过程中推广应用。
（2）本发明所述方法可有效提高白鹤食源栖息地复建速率。通过规划连通式网格对白鹤食源栖息地进行复建，可实现对修复地的精细化监测及精准化资源调控。通过水文节律条件，在荸荠球茎栽培前昔针对盐碱程度进行差异化洗盐工作，并在荸荠球茎发育期间提供阶段式水文环境供给荸荠发育分蘖，可有效提供白鹤食源植物适生环境并提高发育速率。
（3）本发明所述方法可有效提高白鹤食源发育质量。本发明使用低温沙藏工艺对荸荠球茎进行越冬处理，可有效催化荸荠球茎内赤霉素生产从而提高其休眠破除水平。本发明采用硝酸铵、尿素、苯醚甲环锉、芸苔素内酯混合粉剂对荸荠球茎进行包衣，可在荸荠发育过程中提供充足的养分条件供其新生球茎分蘖及生物量积累，同时强化其耐盐碱抗性。
（4）本发明所述方法安全有效，不存在外来物种入侵及非生物胁迫破坏风险。所应用的荸荠球茎材料均属于沼泽湿地内常见物种，且均取自修复地周边天然湿地环境内，不存在外来物种入侵的风险。同时，所述方法中所选取地块均与天然湿地保持一定安全距离，并利用地块内表层土壤于外围地块四周堆砌土埂，可有效保障恢复地块内环境要素结构稳定，从而规避洪涝灾害对修复地块所产生的生态风险。
附图说明
图1为本发明实施例中不同盐碱程度退耕农田内水文条件对荸荠球茎发育数量的影响结果图；
图2为本发明实施例中不同盐碱程度退耕农田内水文条件对荸荠球茎体积的影响结果图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1、
本实施例提供一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，所述方法具体包括如下步骤：
一、退化农田地块遴选
于4月中旬至5月上旬选取邻近天然湿地的退耕还湿地块作为目标复建地，并根据退耕还湿地块土壤盐碱状态划分胁迫程度。要求目标复建地块距离天然湿地直线距离处于20米至50米之间，以便于复建过程中利用周围水体资源，同时能够在复建完成后与周围天然湿地保持相同水文节律过程以实现近自然恢复。要求根据复建地土壤碳酸氢钠含量划分盐碱胁迫程度，其中0mmol/L划定为无盐碱胁迫、0-25mmol/L划定为轻度盐碱胁迫、25-50mmol/L划定为中度盐碱胁迫、50-100mmol/L划定为重度盐碱胁迫。
二、连通性地块网络建设
每400平方米（20米×20米）作为独立复建地块单元，且于地块四周堆砌土埂。要求使用复建地块内表层土壤堆砌土埂，土埂堆砌高度为10至20厘米，堆砌宽度为20至30厘米，且各土埂中间部分预留40至50厘米敞开式缺口，以保障便于后期日常维护及保持各地块间水体流通。要求复建地外围边缘堆砌全封闭式土埂，土埂堆砌高度为30至40厘米，堆砌宽度为50至60厘米，以预防外围地区非适宜性洪水事件可能产生的负面影响。要求剥离邻近地块内表层土壤堆砌土埂。
三、局地土壤生境要素改良
利用周围天然湿地水体对目标复建地漫灌，以通过洗盐方式降低复建地土壤含盐量。使用旋耕机进行表层土壤旋翻，加入蛭石后进行二次旋翻。要求于复建地与天然湿地间架设抽水泵进行水体输送，至复建地地表积水深度至5-10厘米为止，水体停留时间持续2-3天，后续采用抽水泵抽取水体返还至天然湿地。要求无盐碱类型胁迫地块漫灌1次，轻度盐碱胁迫地块漫灌2次，中度盐碱胁迫地块漫灌3次，重度盐碱胁迫地块漫灌3至4次。要求旋耕机旋翻深度为10至15厘米，以改善表层土壤物理结构及透气性能。要求将蛭石材料置于160℃环境内加热2至3小时后用于复建地土壤生境改良，以避免携带性病原体对食源植物生长活动产生负面影响。要求单位复建地块单元内添加40至50公斤蛭石，以保障在植物生长期间能够持续改善土壤生境的透气性能。
四、荸荠球茎包衣处理
于实施白鹤食源栖息地前一年的10月上旬至11月上旬在天然湿地内采集荸荠地下球茎。要求采集的沼泽荸荠（Eleocharis palustris）、卵穗荸荠（Eleocharis ovata）、具槽秆荸荠（Eleocharis valleculosa）、大穗荸荠（Eleocharis macrostachya）地下球茎。干燥后的荸荠球茎低温沙藏至白鹤食源栖息地复建当年的5月上旬。要求挑选表皮无虫害病变痕迹、单个质量为20至30g的球茎作为种植用荸荠材料。要求荸荠材料于避光通风且20至22℃恒温环境内自然风干后于湿润沙土环境内低温储存。要求贮藏沙土材料经160℃高温消毒2至3小时并冷却至室温后，添加蒸馏水至沙土含水量达10至15%后，与荸荠材料充分混匀后置于4℃避光环境内持续冷藏。要求冷藏期间每14天于避光环境下补充沙土水分以维持湿润环境。
低温沙藏后的荸荠球茎使用无菌水反复冲洗3至5次后，浸泡至高锰酸钾溶液中10至20分钟，使用无菌水再次反复冲洗3至5次后置于包衣机内进行包衣作业。要求高锰酸钾溶液浓度为1%，以依靠其强氧化特性消灭种皮表层附着的细菌并活化其种皮物理结构。要求包衣机内置硝酸铵、尿素、苯醚甲环锉、芸苔素内酯混合粉剂（质量比1.5：7：1：0.5）进行包衣。要求以滚筒形式对荸荠球茎进行包衣，以全部荸荠球茎表面均覆盖包衣剂为包衣界定标准。
五、荸荠球茎栽培
于5月中旬至6月中旬在单位复建地块内以行作形式栽培荸荠球茎。要求以穴播方式将荸荠球茎顶端朝上垂直插入土层2至4厘米，并使用原位土壤覆盖其顶端部位。要求以平行于复建地区正午太阳高度方向设置栽培行，以保障栽培荸荠发育期间获取最大自然光照效能以提高光合利用效率。要求单穴栽培荸荠球茎2至3个，预设穴间距为30至40厘米，预设行间距为54.74-136.85厘米，以预留荸荠球茎地下横向发育空间并避免种间竞争造成的资源性损耗。要求栽培期间单位复建地块内地表无积水，土壤含水量维持在80至100%之间。
其中行间距选择的原因为：白鹤种群在我国东北、长江以南地区部分停留，其纬度范围为32°34′-53°33′N。荸荠生长季主要集中于北半球夏季，即太阳直射点在0°-23°26′N范围内，根据正午太阳高度并结合荸荠生长高度，设置行间距范围为54.74-136.85cm。
六、水文环境调控管理
荸荠球茎栽培完成后，使用抽水泵引水对目标复建地进行水文环境调控。要求至荸荠种苗栽培后7至10天内开展第一次补水工作，并补水至土壤含水量大于65%且地表无明显积水。要求后续引水工作于荸荠种苗发育至3至5厘米时开展，要求补水后淹水深度维持于5厘米，以为荸荠球茎发育提供充足的水分条件并避免缺氧环境对荸荠种苗发育造成氧化性损伤。要求于11月上旬终止人工补水，以为白鹤提供适宜性取食生境并避免抽水泵噪音干扰白鹤种群停歇取食活动。
实施例2、
本实施例是对实施例1的进一步限定，采用具体的复建试验来验证实施例1中所述方法的有效性，具体为：
一、退化农田地块遴选
于2023年4月29日在吉林省莫莫格国家级自然保护区白鹤湖湿地外围选取多处已退耕农田地块（共计6400平方米）作为目标复建湿地。该类地块均邻近白鹤湖湿地边缘，距离白鹤湖明水面平均直线距离39米。各地块土壤内碳酸氢钠含量分别为0mmol/L、21mmol/L、42mmol/L和84mmol/L，依次划分为无盐碱胁迫、轻度盐碱胁迫、中度盐碱胁迫和重度盐碱胁迫类型。
二、连通性地块网络建设
以20米×20米（400平方米）作为单独复建地块单元，且四周均使用原位土壤堆砌高度为15厘米，宽度为25厘米，且中间部位预留45厘米宽度敞开式开口的土埂用于日常管理及保持水文连通。其中复建地外围均堆砌高度为35厘米，宽度为55厘米的全封闭式土埂，共计建设独立复建地块单元50处。
三、局地土壤生境要素改良
使用抽水泵引白鹤湖水体对目标复建地3次，漫灌至地表积水深度为10厘米后保持7天，之后输送水体返还至白鹤湖以清洗土壤表聚盐分。使用旋耕机旋翻表层15厘米深度土壤后，每地块均匀添加50公斤经160℃高温灭菌3小时的蛭石后进行二次旋翻，以改善土壤生境的透气性能。
四、荸荠球茎包衣处理
将2022年10月31日于莫莫格湿地采集的荸荠地下球茎进行低温沙藏处理。所处理荸荠球茎质量约25g且表皮无虫害及病变痕迹。低温沙藏前各荸荠球茎均于22℃恒温环境内避光风干表皮水分。所使用沙土材料经160℃高温灭菌后，添加蒸馏水至15%含水量。与荸荠球茎充分混匀后置于4℃避光环境内持续冷藏至2023年5月10日。冷藏期间每14天于避光环境下补充沙土水分以维持湿润环境。
低温沙藏后的荸荠球茎使用无菌水冲洗5次后，浸泡至1%高锰酸钾溶液中20分钟，使用无菌水二次冲洗5次后进行包衣作业。使用硝酸铵、尿素、苯醚甲环锉、芸苔素内酯混合粉剂在包衣机内以滚筒形式对荸荠球茎进行包衣，并以全部荸荠球茎表面均覆盖包衣剂作为包衣界定标准。
五、荸荠球茎栽培
于2023年6月2日以平行于正午太阳方向设置荸荠球茎栽培行。栽培过程中以每穴3个荸荠的规格将荸荠球茎以顶端朝上形式垂直插入土层3厘米，并使用原位土壤浅覆至其顶端。栽培过程中各穴间距为35厘米，行间距为60厘米，且土壤含水量处于90至100%之间。
如图1所示为不同盐碱程度退耕农田内水文条件对荸荠球茎发育数量的影响结果示意图，如图2所示为不同盐碱程度退耕农田内水文条件对荸荠球茎体积的影响结果示意图，其中a\b\c为差异性标志，例如图1中，在无盐碱条件下，湿润情况、淹水1厘米以及淹水5厘米情况下，差异性标志都为a，即证明差异性不显著；例如图2中，在无盐碱条件下，湿润情况、淹水1厘米以及淹水5厘米情况下，差异性标志分别为a、b和c,即证明差异性显著。
六、水文环境调控管理
2023年6月10日，利用抽水泵进行第一次补水作业，补水至地块内土壤含水量大于65%且地表无明显积水。7月1日，开展第二次补水作业，并稳定维持地块内淹水深度为5厘米。于11月10日停止人工补水作业，以为白鹤提供适宜性取食生境并避免抽水泵噪音干扰白鹤种群停歇取食活动。
利用本专利方法进行白鹤食源栖息地的快速复建，截至2023年生长季结束，荸荠球茎成活率达到100%，单位面积内发育荸荠球茎数量达到250个，单个荸荠体积高达29.8cm3，且食源栖息地复建当年即招引白鹤开展进食活动。结果表明，该方法显著提高了白鹤食源栖息地的修复速率，并大幅提高了白鹤食源栖息地的复建成功概率。
Claims (10)
1.一种利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、退化农田地块遴选：选取邻近天然湿地的退耕还湿地块作为目标复建地，并根据退耕还湿地块土壤盐碱状态划分胁迫程度；
S2、连通性地块网络建设：在复建地中划分独立复建地块单元，且在独立复建地块单元四周以及复建地外围边缘堆砌土埂；
S3、局地土壤生境要素改良：利用周围天然湿地水体对目标复建地漫灌；使用旋耕机进行表层土壤旋翻，加入蛭石后进行二次旋翻；
S4、荸荠球茎包衣处理：于实施白鹤食源栖息地前一年的指定时间在天然湿地内采集荸荠球茎，并依次将荸荠球茎进行干燥、低温沙藏和包衣作业；
S5、荸荠球茎栽培：在单位复建地块内以行作形式栽培荸荠球茎；
S6、水文环境调控管理：使用抽水泵引水对目标复建地进行水文环境调控。
2.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述根据退耕还湿地块土壤盐碱状态划分胁迫程度具体为：土壤盐碱状态为0mmol/L时划分为无盐碱胁迫，土壤盐碱状态为0-25mmol/L时划分为轻度盐碱胁迫，土壤盐碱状态为25-50mmol/L时划分为中度盐碱胁迫，土壤盐碱状态为50-100mmol/L时划分为重度盐碱胁迫。
3.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，在独立复建地块单元四周采用复建地块内表层土壤堆砌土埂，土埂堆砌高度为10至20厘米，堆砌宽度为20至30厘米，且各土埂中间部分预留40至50厘米敞开式缺口；在复建地外围边缘堆砌土埂时，堆砌全封闭式土埂，土埂堆砌高度为30至40厘米，堆砌宽度为50至60厘米。
4.根据权利要求2所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述对目标复建地漫灌具体为：
漫灌至复建地地表积水深度至5-10厘米为止，水体停留时间持续2-3天，后续采用抽水泵抽取水体返还至天然湿地，要求无盐碱类型胁迫地块漫灌1次，轻度盐碱胁迫地块漫灌2次，中度盐碱胁迫地块漫灌3次，重度盐碱胁迫地块漫灌3至4次。
5.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述使用旋耕机进行表层土壤旋翻时，旋耕机旋翻深度为10至15厘米。
6.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述加入蛭石后进行二次旋翻前，将所述蛭石置于160℃环境内加热2至3小时。
7.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述低温沙藏时，贮藏沙土材料经160℃高温消毒2至3小时并冷却至室温后，添加蒸馏水至沙土含水量达10至15%后，与荸荠球茎混匀后置于4℃避光环境内持续冷藏，要求冷藏期间每14天于避光环境下补充沙土水分。
8.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述包衣作业时，先将低温沙藏后的荸荠球茎冲洗后置于1%的高锰酸钾溶液消毒，然后置于包衣机内以滚筒形式进行包衣，要求包衣机内置硝酸铵、尿素、苯醚甲环锉和芸苔素内酯混合粉剂。
9.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述在单位复建地块内以行作形式栽培荸荠球茎时，要求以穴播方式将荸荠球茎顶端朝上垂直插入土层2至4厘米，并使用原位土壤覆盖其顶端部位；要求以平行于复建地区正午太阳高度方向设置栽培行；要求单穴栽培荸荠球茎2至3个，预设穴间距为30至40厘米，预设行间距为54.74-136.85厘米；要求栽培期间单位复建地块内地表无积水，土壤含水量维持在80至100%之间。
10.根据权利要求1所述的利用退耕农田快速复建白鹤食源栖息地的方法，其特征在于，所述使用抽水泵引水对目标复建地进行水文环境调控时，要求至荸荠种苗栽培后7至10天内开展第一次补水工作，并补水至土壤含水量大于65%且地表无积水；要求后续引水工作于荸荠种苗发育至3至5厘米时开展；要求补水后淹水深度维持于5厘米；要求于11月上旬终止人工补水。
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| GR01 | Patent grant | ||
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