鳗草海草床植株移植方法及应用效果研究

刘有才, 李林强, 马 旺, 刘 畅

河北省水文工程地质勘查院(河北省遥感中心), 河北 石家庄 050021

0 引言

海草是大型沉水被子植物, 为高等植物, 在水中完成生活史[1], 全球共有72 种, 隶属13 属, 6科[2]。 鳗草(大叶藻) 作为海草在北半球温带海域的典型代表, 通常会在潮间带和潮下带较浅的水域形成面积较大的海草床[3]。 海草床具有净化海水、 固碳、 拦截有机营养物质、 为海洋生物提供栖息场所等重要生态功能, 它同珊瑚礁和红树林并称为三大典型海洋近岸生态系统[4]。 研究表明海草的生长区面积只占海洋总面积的0.2%以下, 但海草床生态系统每年封存的碳能够占全球海洋碳封存总量的10%～15%, 比热带雨林的碳存储速度快35 倍, 全球海草床沉积物有机碳的储量相当于全球红树林与潮间带盐沼植物沉积物碳储量之和。 海草床生态系统的固碳能力仅略低于红树林, 高于所有其他类型的海洋生态系统, 具有重要的生态价值和经济价值[5,6]。 由于自然因素及人类活动的影响, 海草床面积正在急剧减少, 海草床斑块化程度加深。 全球海草床在过去的30 年里以7%的速率退化, 并且退化速率有升高的趋势[7]。

近年来在海草床的修复方面国内外开展大量的研究[8-10], 主要的恢复方法有移植法、 种子法和生境恢复法[11,12]。 其中移植法利用海草无性繁殖的特点,采集生长茂盛的自然海草床中的植株, 利用某种方法或装置将海草移栽于待修复的海域[10,13], 是目前普遍认为简便常用的方法。 移植法根据移植对象的不同可分为两种, 一种是将植株连带周围底质一起移植,此法对植株破坏最小, 但对天然海草床破坏较大, 也耗时耗力[14,15]; 另一种是将植株的根茎移植而不包含底质, 该方法更为环保, 但是对移植植株的固定要求较高[16]。 根据移植单元固定方法的不同, 根状茎植株移植法又可分为直插法、 沉子法、 枚订法、 框架法及夹系法等[17]。

根据调查和资料收集, 河北省海域海草床衰退现象突出, 但有关海草床退化生境修复技术的研究相对薄弱, 一些成熟的修复方法尚未在省内近岸海域开展有效性验证和适宜性分析。 本文结合河北省海草床生态系统固碳潜力评估及修复关键技术研究项目, 旨在研究适合河北省近岸海域海草床鳗草植株移植技术手段, 提升海草床修复效果, 服务鳗草海草床生态修复与保护工作。

1 材料与方法

1.1 实验地点

本实验在唐山市曹妃甸海域进行。 该海域海草床为国内现存已知温带海域面积最大的鳗草海草床, 总面积42.75 km2, 其中集中分布区面积约占总面积60%。 该海域鳗草叶片表面生物以硅藻为绝对优势种, 并有大量淤泥和微细颗粒物质, 覆盖叶片表面积的20%～50%。

1.2 实验方法

为对比不同移植方法在曹妃甸海域修复效果适宜性, 本次实验共设置3 个处理组: 板内框架法、 板外框架法和枚订法。

1.2.1 移植单元采集

实验鳗草植株采集于曹妃甸海草床的海草密集区, 采集时间为10 月份。 采用PVC 管、 铁铲等工具或人工沿鳗草根状茎方向, 连同底泥连根挖取, 以确保植株根状茎的完整性。 植株经海水浸洗, 清除杂质、 叶片附着生物以及根茎部泥沙等物质, 置于泡沫箱中浸水。

1.2.2 实验方案

(1) 移植实验设计

板内框架法、 板外框架法及枚订法移植实验样方数量相同, 移植单元设置见图1。

图1 移植图示Fig.1 Transplantation diagram

板内框架法方案: 用水泥板组成两侧各5 m 长,中间间隔5 m 的隔板, 用来营造减流环境。 在减流环境中移植鳗草, 以3 株为1 个移植单元, 每个框架放置9 个单元, 共设置20 个框架; 板外框架法方案: 在减流环境外移植鳗草, 以3 株为1 个移植单元, 每个框架放置9 个单元, 共设置20 个框架; 枚订法: 在减流环境外采用枚订法移植鳗草, 以3 株为1 个移植单元, 在50 cm×50 cm 的样方中, 移植9 个单元, 共设置20 个样方。 合计共移植1 620 株。

(2) 预处理

实验植株茎节长应≥5 cm, 去除老叶、 高株、 矮株以及侧枝。 每个处理组随机选取3 个样方, 采用齐曼叶标记技术(针头在植株叶鞘顶扎孔) 对叶片标记, 在植株初始茎节处用金线对根状茎标记, 用于植株生长指标的测定。

(3) 植株捆绑及海区移植

用棉线将3 株鳗草作为1 个移植单元绑在框架的1 条“L” 型支架下方, 其中板内框架20 个、 板外框架20 个, 共40 个框架。 如图2 所示。 再用棉线将3 株鳗草绑在一起作为1 个单元, 9 个单元为1 个样方(50 cm×50 cm), 共20 个样方, 采用枚订法移植。 依照移植方案在减流区及减流区外移植鳗草。 共3 行, 行距为25 cm, 每行框架间距为20 cm。

图2 框架法绑扎植株实物图Fig.2 Frame method of binding plant physical picture

1.3 实验结果的观察

实验于11 月(即移植1 个月后) 对移植植株进行取样。 计算各样方存活率、 分株频率、 扩繁系数、标记植株的单株新生叶面积、 叶片延伸速率、 横走茎延伸速率、 地上生产力、 地下生产力, 测定光合色素含量、 可溶性糖及淀粉含量。

2 结果与分析

2.1 实验结果

(1) 存活率

根据调查, 各处理组的移植植株存活率无显著差异(p〉0.05), 板内框架法植株存活率最小, 枚订法和板外框架法基本相同, 结果见表1。

表1 移植植株存活率Table 1 Survival rate of transplanted plants

(2) 扩繁指标

根据调查, 板内框架法移植植株的扩繁系数及分株频率都显著低于枚订法移植植株 (p〈0. 05),且分株频率显著低于板外框架(p〈0. 05)。 结果见表2。

表2 移植植株扩繁指标Table 2 Propagation indexes of transplanted plants

(3) 生长指标

根据调查, 枚订法移植植株的各项生长指标都显著高于框架法移植植株(p〈0.05)。 结果见表3。

表3 移植植株生长指标Table 3 Growth indexes of transplanted plants

(4) 光合色素含量

根据调查, 板内框架法移植植株的总叶绿素含量显著高于板外框架法以及枚订法移植植株(p〈0.05);同时板内框架法移植植株的叶绿素a含量、 叶绿素b含量和类胡萝卜素含量都显著高于枚订法, 显著高于板外框架(p〈0.05)。 结果见表4。

表4 移植植株光合色素含量Table 4 Photosynthetic pigment content of transplanted plants(单位: mg/cm2)

(5) 可溶性糖及淀粉含量

根据调查, 板外框架法移植植株的叶片可溶性糖含量显著高于其他2 组(p〈0. 05), 枚订法移植植株的叶片淀粉含量显著高于板内框架, 显著高于板外框架(p〈0.05)。 枚订法移植植株根状茎可溶性糖和淀粉含量显著高于其他2 组(p〈0.05)。 结果分别见表5、 表6。

表5 移植植株叶片可溶性糖及淀粉含量Table 5 Contents of soluble sugar and starch in transplanted plant leaves (单位: mg/g)

表6 移植植株根状茎可溶性糖及淀粉含量Table 6 Contents of soluble sugars and starch in rhizomes of transplanted plants(单位: mg/g)

2.2 结果分析

对移植植株的存活、 扩繁、 生长指标进行主成分分析(PCA), 结果表明枚订法优于板外框架法, 优于板内框架法。 如图3 所示。

图3 PCA 结果Fig.3 PCA results

3 讨论

鳗草植株移植效果主要受底质、 水流、 光照等外界环境因素的影响。 本次研究设置的3 个处理组(板内框架法、 板外框架法和枚订法), 可分析研究水流对移植效果的影响, 由于3 个处理组所处环境底质、 光照等无明显差异, 故不对底质、 光照等影响因素进行讨论。 水流会对海草植株产生作用力,降低移植单元的固定从而影响移植后海草的存活与生长。 有研究表明, 鳗草生存能忍受的最大流速为120～150 cm/s[18], 当水流流速大于50 cm/s 时, 鳗草的密度显著降低[19]。 有学者研究了不同水流流速对移植鳗草生长的影响, 发现8.24 cm/s 水流条件下鳗草生长最好[20]。 另有研究报道, 海流的侵蚀作用能够降低锚钉装置对移植海草的固定效果[10], 从而严重影响海草移植后的存活。 移植实验设置了减流环境下的板内框架法、 减流环境外的板外框架法和枚订法3 个处理组, 研究结果表明板内框架法移植植株除光合色素含量指标显著高于板外框架法以及枚订法移植植株(p〈0.05) 外, 其他指标如存活率、 扩繁指标、 生长指标、 可溶性及淀粉含量等均显著低于枚订法和板外框架法, 这是由于该地区潮流运动形式基本呈东西往复流运动, 大潮涨潮平均流速为0.35 ～0.65 m/s, 落潮平均流速为0.38 ～0.57 m/s, 低于鳗草生存能忍受的最大流速为1.20～1.50 m/s, 减流环境对鳗草的生存影响较小。经主成分分析(PAC) 可知, 枚订法优于板外框架法, 优于板内框架法, 框架法移植及枚订法移植方法的优缺点见表7。

表7 移植方法对比Table 7 Comparison of transplantation methods

4 结论

鳗草植株移植实验结果表明, 浅水区非减流环境下的枚订法, 其存活率、 扩繁指标、 生长指标、 可溶性糖及淀粉含量显著高于减流环境下的板内框架法和非减流环境下的板外框架法, 枚订法适宜在曹妃甸海域进行海草床修复推广。 移植海域的底质、 水流等因素也会对海草移植植株的存活和生长产生影响, 应结合水文底质条件因地制宜的确定移植方法。

鳗草植株移植效果受不同环境和条件的影响,未来应继续探索更加合理的移植方法, 从而提高移植效果。 另海草床移植通常只监测短期效果, 而对于长期的效果往往缺乏跟踪和监测, 应该加强对移植效果的长期监测, 以便了解移植项目的持续性和生态效益, 从而更好地评估移植效果和制定相应的管理措施。