鰻草海草床植株移植方法及應用效果研究

劉有才, 李林強, 馬 旺, 劉 暢

河北省水文工程地質勘查院(河北省遙感中心), 河北 石家莊 050021

0 引言

海草是大型沉水被子植物, 為高等植物, 在水中完成生活史[1], 全球共有72 種, 隸屬13 屬, 6科[2]。 鰻草(大葉藻) 作為海草在北半球溫帶海域的典型代表, 通常會在潮間帶和潮下帶較淺的水域形成面積較大的海草床[3]。 海草床具有凈化海水、 固碳、 攔截有機營養物質、 為海洋生物提供棲息場所等重要生態功能, 它同珊瑚礁和紅樹林并稱為三大典型海洋近岸生態系統[4]。 研究表明海草的生長區面積只占海洋總面積的0.2%以下, 但海草床生態系統每年封存的碳能夠占全球海洋碳封存總量的10%～15%, 比熱帶雨林的碳存儲速度快35 倍, 全球海草床沉積物有機碳的儲量相當于全球紅樹林與潮間帶鹽沼植物沉積物碳儲量之和。 海草床生態系統的固碳能力僅略低于紅樹林, 高于所有其他類型的海洋生態系統, 具有重要的生態價值和經濟價值[5,6]。 由于自然因素及人類活動的影響, 海草床面積正在急劇減少, 海草床斑塊化程度加深。 全球海草床在過去的30 年里以7%的速率退化, 并且退化速率有升高的趨勢[7]。

近年來在海草床的修復方面國內外開展大量的研究[8-10], 主要的恢復方法有移植法、 種子法和生境恢復法[11,12]。 其中移植法利用海草無性繁殖的特點,采集生長茂盛的自然海草床中的植株, 利用某種方法或裝置將海草移栽于待修復的海域[10,13], 是目前普遍認為簡便常用的方法。 移植法根據移植對象的不同可分為兩種, 一種是將植株連帶周圍底質一起移植,此法對植株破壞最小, 但對天然海草床破壞較大, 也耗時耗力[14,15]; 另一種是將植株的根莖移植而不包含底質, 該方法更為環保, 但是對移植植株的固定要求較高[16]。 根據移植單元固定方法的不同, 根狀莖植株移植法又可分為直插法、 沉子法、 枚訂法、 框架法及夾系法等[17]。

根據調查和資料收集, 河北省海域海草床衰退現象突出, 但有關海草床退化生境修復技術的研究相對薄弱, 一些成熟的修復方法尚未在省內近岸海域開展有效性驗證和適宜性分析。 本文結合河北省海草床生態系統固碳潛力評估及修復關鍵技術研究項目, 旨在研究適合河北省近岸海域海草床鰻草植株移植技術手段, 提升海草床修復效果, 服務鰻草海草床生態修復與保護工作。

1 材料與方法

1.1 實驗地點

本實驗在唐山市曹妃甸海域進行。 該海域海草床為國內現存已知溫帶海域面積最大的鰻草海草床, 總面積42.75 km2, 其中集中分布區面積約占總面積60%。 該海域鰻草葉片表面生物以硅藻為絕對優勢種, 并有大量淤泥和微細顆粒物質, 覆蓋葉片表面積的20%～50%。

1.2 實驗方法

為對比不同移植方法在曹妃甸海域修復效果適宜性, 本次實驗共設置3 個處理組: 板內框架法、 板外框架法和枚訂法。

1.2.1 移植單元采集

實驗鰻草植株采集于曹妃甸海草床的海草密集區, 采集時間為10 月份。 采用PVC 管、 鐵鏟等工具或人工沿鰻草根狀莖方向, 連同底泥連根挖取, 以確保植株根狀莖的完整性。 植株經海水浸洗, 清除雜質、 葉片附著生物以及根莖部泥沙等物質, 置于泡沫箱中浸水。

1.2.2 實驗方案

(1) 移植實驗設計

板內框架法、 板外框架法及枚訂法移植實驗樣方數量相同, 移植單元設置見圖1。

圖1 移植圖示Fig.1 Transplantation diagram

板內框架法方案: 用水泥板組成兩側各5 m 長,中間間隔5 m 的隔板, 用來營造減流環境。 在減流環境中移植鰻草, 以3 株為1 個移植單元, 每個框架放置9 個單元, 共設置20 個框架; 板外框架法方案: 在減流環境外移植鰻草, 以3 株為1 個移植單元, 每個框架放置9 個單元, 共設置20 個框架; 枚訂法: 在減流環境外采用枚訂法移植鰻草, 以3 株為1 個移植單元, 在50 cm×50 cm 的樣方中, 移植9 個單元, 共設置20 個樣方。 合計共移植1 620 株。

(2) 預處理

實驗植株莖節長應≥5 cm, 去除老葉、 高株、 矮株以及側枝。 每個處理組隨機選取3 個樣方, 采用齊曼葉標記技術(針頭在植株葉鞘頂扎孔) 對葉片標記, 在植株初始莖節處用金線對根狀莖標記, 用于植株生長指標的測定。

(3) 植株捆綁及海區移植

用棉線將3 株鰻草作為1 個移植單元綁在框架的1 條“L” 型支架下方, 其中板內框架20 個、 板外框架20 個, 共40 個框架。 如圖2 所示。 再用棉線將3 株鰻草綁在一起作為1 個單元, 9 個單元為1 個樣方(50 cm×50 cm), 共20 個樣方, 采用枚訂法移植。 依照移植方案在減流區及減流區外移植鰻草。 共3 行, 行距為25 cm, 每行框架間距為20 cm。

圖2 框架法綁扎植株實物圖Fig.2 Frame method of binding plant physical picture

1.3 實驗結果的觀察

實驗于11 月(即移植1 個月后) 對移植植株進行取樣。 計算各樣方存活率、 分株頻率、 擴繁系數、標記植株的單株新生葉面積、 葉片延伸速率、 橫走莖延伸速率、 地上生產力、 地下生產力, 測定光合色素含量、 可溶性糖及淀粉含量。

2 結果與分析

2.1 實驗結果

(1) 存活率

根據調查, 各處理組的移植植株存活率無顯著差異(p〉0.05), 板內框架法植株存活率最小, 枚訂法和板外框架法基本相同, 結果見表1。

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

(2) 擴繁指標

根據調查, 板內框架法移植植株的擴繁系數及分株頻率都顯著低于枚訂法移植植株 (p〈0. 05),且分株頻率顯著低于板外框架(p〈0. 05)。 結果見表2。

表2 移植植株擴繁指標Table 2 Propagation indexes of transplanted plants

(3) 生長指標

根據調查, 枚訂法移植植株的各項生長指標都顯著高于框架法移植植株(p〈0.05)。 結果見表3。

表3 移植植株生長指標Table 3 Growth indexes of transplanted plants

(4) 光合色素含量

根據調查, 板內框架法移植植株的總葉綠素含量顯著高于板外框架法以及枚訂法移植植株(p〈0.05);同時板內框架法移植植株的葉綠素a含量、 葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量都顯著高于枚訂法, 顯著高于板外框架(p〈0.05)。 結果見表4。

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

(5) 可溶性糖及淀粉含量

根據調查, 板外框架法移植植株的葉片可溶性糖含量顯著高于其他2 組(p〈0. 05), 枚訂法移植植株的葉片淀粉含量顯著高于板內框架, 顯著高于板外框架(p〈0.05)。 枚訂法移植植株根狀莖可溶性糖和淀粉含量顯著高于其他2 組(p〈0.05)。 結果分別見表5、 表6。

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

表6 移植植株根狀莖可溶性糖及淀粉含量Table 6 Contents of soluble sugars and starch in rhizomes of transplanted plants(單位: mg/g)

2.2 結果分析

對移植植株的存活、 擴繁、 生長指標進行主成分分析(PCA), 結果表明枚訂法優于板外框架法, 優于板內框架法。 如圖3 所示。

圖3 PCA 結果Fig.3 PCA results

3 討論

鰻草植株移植效果主要受底質、 水流、 光照等外界環境因素的影響。 本次研究設置的3 個處理組(板內框架法、 板外框架法和枚訂法), 可分析研究水流對移植效果的影響, 由于3 個處理組所處環境底質、 光照等無明顯差異, 故不對底質、 光照等影響因素進行討論。 水流會對海草植株產生作用力,降低移植單元的固定從而影響移植后海草的存活與生長。 有研究表明, 鰻草生存能忍受的最大流速為120～150 cm/s[18], 當水流流速大于50 cm/s 時, 鰻草的密度顯著降低[19]。 有學者研究了不同水流流速對移植鰻草生長的影響, 發現8.24 cm/s 水流條件下鰻草生長最好[20]。 另有研究報道, 海流的侵蝕作用能夠降低錨釘裝置對移植海草的固定效果[10], 從而嚴重影響海草移植后的存活。 移植實驗設置了減流環境下的板內框架法、 減流環境外的板外框架法和枚訂法3 個處理組, 研究結果表明板內框架法移植植株除光合色素含量指標顯著高于板外框架法以及枚訂法移植植株(p〈0.05) 外, 其他指標如存活率、 擴繁指標、 生長指標、 可溶性及淀粉含量等均顯著低于枚訂法和板外框架法, 這是由于該地區潮流運動形式基本呈東西往復流運動, 大潮漲潮平均流速為0.35 ～0.65 m/s, 落潮平均流速為0.38 ～0.57 m/s, 低于鰻草生存能忍受的最大流速為1.20～1.50 m/s, 減流環境對鰻草的生存影響較小。經主成分分析(PAC) 可知, 枚訂法優于板外框架法, 優于板內框架法, 框架法移植及枚訂法移植方法的優缺點見表7。

表7 移植方法對比Table 7 Comparison of transplantation methods

4 結論

鰻草植株移植實驗結果表明, 淺水區非減流環境下的枚訂法, 其存活率、 擴繁指標、 生長指標、 可溶性糖及淀粉含量顯著高于減流環境下的板內框架法和非減流環境下的板外框架法, 枚訂法適宜在曹妃甸海域進行海草床修復推廣。 移植海域的底質、 水流等因素也會對海草移植植株的存活和生長產生影響, 應結合水文底質條件因地制宜的確定移植方法。

鰻草植株移植效果受不同環境和條件的影響,未來應繼續探索更加合理的移植方法, 從而提高移植效果。 另海草床移植通常只監測短期效果, 而對于長期的效果往往缺乏跟蹤和監測, 應該加強對移植效果的長期監測, 以便了解移植項目的持續性和生態效益, 從而更好地評估移植效果和制定相應的管理措施。