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        中国科学院东北地理与农业生态研究所,是中国科学院设在东北地区的综合性地理学、农学、生态学、环境科学与技术研究机构和人才培养基地,于2002年由原中国科学院长春地...
      • 历任领导
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      现任领导
      • 姜明

        所长

      • 王宗明

        党委书记
        副所长

      • 项尚

        纪委书记

      • 李向楠

        副所长

      • 李禄军

        副所长

      所长致辞
        中国科学院东北地理与农业生态研究所于2002年3月经中国科学院批准,由成立于1958年的中国科学院长春地理研究所和成立于1978年的中国科学院黑龙江农业现代化研究所整合组建而成,是中国科学院设立在东北地区的综合性地理学、农学、生态学、环境科学与技术研究机构和人才培养基地,2002进入中国科学院知识创新工程序列...
  • 机构设置
    • 直属机构
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      科研系统
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    • 概况
        东北地理所现有各类职工500余人,80%以上具有研究生学历。历年入选中国工程院院士1人,双聘院士7人,国家百千万、杰青、优青等国家级人才计划10余人,院级人才计划30余人。国家“973计划”、国家重点研发计划、国家科技基础性工作专项、科技基础资源调查专项、国家科技支撑计划等项目首席科学家10余人,国务院政府特殊津贴获得者60余人。
      • 院士
      • 国家基金委人才
      • 院级人才
      • 部委人才
      • 兴土人才
      • 正高级专业技术人员
      • 副高级专业技术人员
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      • 特别研究助理
  • 科研成果
    • 概要
        60年的耕耘,东北地理所取得了累累的科研硕果。创建了我国湿地学科理论体系,揭示我国湿地形成与发育规律、土壤关键过程与生态功能,研发退化沼泽近自然综合恢复关键技术、湿地植被快速恢复技术和湿地苇-蟹/鱼-稻复合生态模式。阐明了黑土演化过程与驱动机制,揭示了黑土退化特征和肥力调控机理,研发了黑土地肥沃耕层构建关键技术、作物高光效新型种植模式、侵蚀黑土综合防治技术、合作研发了“梨树模式”等黑土保护与利用关键核心技术,支撑“黑土粮仓”科技会战。首次克隆了控制大豆开花期的最大位点基因E1以及控制大豆长青春期性状的经典基因J,在国际上率先建立大豆分子设计育种理论体系和最大容量的大豆突变体库;研发和...
      • 获奖
      • 论文
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      • 标准
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    • 院地合作
      • 吉林省水文水资源局一行调研东北地理所并签署合作协议
      • 中铁十四局集团到东北地理所开展专题调研
      • 第十届全国玉米育种大会暨中科玉科企联合体年度工作会议在海南乐东县成功召开
      • 黑龙江三江国家级自然保护区管理局党组书记、局长于小东一行调研东北地理所并签署合作协议
      • 兴安盟行政公署副盟长何伟利一行调研东北地理所
      • 东北地理所与吉林省松原市长岭县签署战略合作协议
      国际交流
      • 美国加州大学戴维斯分校William R. Horwath教授来东北地理所访问交流
      • 姜明参加地球观测组织(GEO)2023年会议周及部长级峰会
      • 中国科学院国际杰出学者Damià Barceló教授访问东北地理所
      • 姜明率团访问俄罗斯远东地区科研机构
      • 俄罗斯联邦科学水稻中心一行到东北地理所开展合作交流
      • 中美土壤学会“快速进化中的黑土地科学”研讨会在长春顺利召开
  • 研究生教育
    • 概况
        东北地理所是1978年恢复学位制度后,第一批硕士学位授予单位。现有环境科学与工程、地理学、生态学和农业资源与环境四个一级学科博士后流动站...
      • 导师介绍

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      • 童心探科学 筑梦新时代
      • 东北地理所举办“中国科学院科学节·2022”活动
      • 东北地理所举办第十八届公众科学日系列科普活动
      • 东北地理所举办中科院第四届科学节活动
      • 东北地理所举行中科院第十七届公众科学日活动
      科普文章
      • 【科学大院】达尔文眼中“人类最值得信赖的朋友”,现在的处境有多危险?
      • 【科学大院】2022年中国新补充10343个物种,其中最多的是……
      • 【科学大院】灌木“步步入侵”,草原“何去何从”
      • 【中科院之声】野火对于野草,是敌是友?
      • 【科学大院】亮如白昼的夜里,有些植物处境艰
      • 【科学大院】如何保护黑土?有一个“偷懒”的办法
      科普图片/视频
      • 【哔哩哔哩直播2023中科院跨年演讲】邹文秀:“龙江模式”——保护黑土地 共筑大粮仓
      • 关义新-“用好养好”东北黑土
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    • 工作信息

      相关规定

      • 信息公开规定
      • 信息公开指南
      • 信息公开目录

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      • 2019年度信息公开工作报告
      • 2018年度信息公开工作报告

      组织机构

      • 工作机构
      • 监督机构
      主动公开

      基本信息

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      科学研究

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科普文章

【中科院之声】湿地土壤小种子,植被恢复大用途

来源:中科院之声

来源:中科院之声   |  发布时间:2020-05-28   |  【 大  中  小 】

  湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带,土壤淹水或水分过饱和,生长着很多适应湿地环境的生物。沼泽湿地是我国分布面积最大的一种自然湿地类型,主要分布于我国东北三江平原、大小兴安岭、长白山地、若尔盖高原、青藏高原和辽河三角洲等地区。

  沼泽湿地是自然界最富生物多样性的生态景观之一。以我国昔日的“北大荒”—三江平原为例,三江平原的“三江”即黑龙江、乌苏里江和松花江,三条大江浩浩荡荡,汇流、冲击行成了这块低平的沃土,成为我国最大的沼泽湿地集中分布区。辽阔的三江平原上孕育了众多的河流,水资源丰富,肥沃的土地上孕育了神奇多彩的湿地植物。这里有高低起伏的“塔头墩子”、一望无际的小叶章草甸、郁郁葱葱的芦苇荡……目前,三江平原已发现的湿地植物超过一千余种,成为湿地植物的天堂。

  近半个多世纪以来,随着大规模的农业开发,我国沼泽湿地丧失严重。其中,三江平原沼泽湿地面积减少了80%左右,绝大部分被开垦为农田。当年“棒打狍子瓢舀鱼,野鸡飞到饭锅里”的北大荒已不复存在,如今已成为我国重要的米粮仓。近年来,随着对湿地重要性认识的提高,湿地保护和恢复工作受到普遍重视,全国范围正积极开展退耕还湿等重大生态恢复工程。

  沼泽植被作为沼泽湿地生态系统的生产者,制约着湿地生产力、碳循环和养分循环等生态系统功能的发挥。因此,湿地恢复过程中,原有优势植物是否出现,成为沼泽湿地恢复成败的关键指标。

  天然沼泽湿地可以依靠无性繁殖和种子繁殖两种方式进行植物群落的更新和演替。然而,湿地被大面积垦殖进行长期农业耕作以后,原有湿地植物群落已经丧失,已无法通过无性繁殖方式进行自然恢复。而通过人工移栽的方式进行恢复则会耗费大量的人力、物力和财力,且恢复的植被类型单一,群落结构简化,难以达到植物多样性恢复的目标。

  因此,能否利用被开垦农田土壤中残存的植物种子进行沼泽植被的恢复成为恢复生态学家近年来普遍关注的热点科学问题。回答上述科学问题,关键是要明确湿地开垦前后土壤种子库结构和规模的变化过程,揭示利用农田残存的土壤种子库开展沼泽植被自然恢复的潜力。

  土壤种子库是土壤表面和土壤中具有活力的种子的总和,也是植物生活史过程中的一个重要阶段。植物种子成熟后会离开母体散落到地表,进入土壤,形成土壤种子库。大多数种子进入土壤后,会经历一个休眠阶段,由于物种种类和环境条件的差异,休眠时间可以从几天到很多年。根据种子休眠、萌发和死亡特征,土壤种子库可以分为瞬时土壤种子库和持久土壤种子库。土壤种子库能够为植物群落的重建提供有活力的种子,是退化生态系统生态恢复的重要组分。尤其是经过长时间的开垦后,农田土壤中仍含有大量有活力的沼泽植物种子时,可以利用残存的持久土壤种子库进行沼泽湿地植被的自然恢复。

基于生活史的植被动态概念模型

  中科院东北地理所湿地生态系统管理学科组姜明研究员团队以我国东北三江平原淡水沼泽湿地为研究对象,在利用土壤种子库开展沼泽湿地恢复的理论与技术研究领域取得系列进展。团队系统揭示了湿地开垦前后土壤种子库的结构和规模特征,发现天然湿地土壤中含有大量不同类型沼泽湿地植物种子,在植物群落更新演替过程中发挥着重要作用,同时可以作为利用土壤移植技术进行湿地植被异地重建的种源地。

  明确了纬度、水深和开垦年限是影响土壤种子库结构和规模的关键限制性环境因素。发现沼泽湿地开垦后,随着开垦年限的增加,土壤种子库结构和规模发生变化,湿地物种丰富度及种子密度呈现指数函数快速下降趋势,而非湿地物种维持在一个稳定的低水平。在开垦1-5年内,土壤中仍含有莎草、禾草、非禾草、灌木四类沼泽湿地植物功能群的种子,湿地植被自然恢复潜力巨大,这类退耕地为湿地自然恢复的优先区域。开垦6-15年内,莎草类植物种子在土壤中消失,而禾草、非禾草、灌木植物的种子在土壤中依然存在,这类退耕地依然具有自然恢复成新生的湿地植物群落的潜力,为湿地自然恢复的次优先区域。当开垦年限在16年以上时,绝大部分湿地植物种子在土壤中消失,非湿地植物逐渐占有优势,湿地自然恢复难度巨大,这类退耕地需进行湿地植被人工重建。

沼泽湿地土壤种子库与环境因子的关系

沼泽优势植物种子密度随开垦年限变化特征

  据此,提出基于种源限制的沼泽湿地植被恢复的开垦年限阈值(15-20年),并结合植物功能群变化对退耕地的沼泽湿地植被自然恢复潜力进行“高—中—低”三级划分,为退化沼泽湿地植被恢复技术优化和物种选择提供科学依据。目前该成果已被国内外多家著名的湿地生态恢复科研团队采用,作为制定流域尺度湿地生态恢复方案的关键参数。

沼泽湿地土壤种子库物种丰富度和种子密度随开垦年限变化特征

退耕地沼泽植物多样性自然恢复潜力分级

  基于前期沼泽湿地土壤种子库理论研究,采用土壤种源中沼泽湿地物种数、优势种种子密度、湿地/非湿地物种比重三项指标,结合退耕地环境因子适宜性评估,发明了一种在大面积退耕地沼泽湿地植被恢复中选择自然恢复或人工恢复技术的判定方法,克服了目前我国大面积退耕还湿过程中沼泽湿地植被恢复措施的选择缺乏科学依据的问题。

  针对莎草类等恢复难度较大的典型沼泽湿地优势植物功能群,发明了一种浮毯式沼泽湿地构建装置,克服了因退耕地种源缺乏和水位难以控制引起的目标物种难以恢复的难题,快速构建莎草类等沼泽植物类群发达稳定的根系系统,并不断发育扩张,形成具有自身稳定浮力作用的浮毯式沼泽湿地系统,最终通过无性繁殖的手段快速恢复沼泽湿地优势植被。

  研究团队采用前述发明专利技术,通过土壤种子库快速研判,科学选用自然恢复和人工修复相结合的方式进行沼泽湿地植被恢复,并结合生境岛、生态廊道、生态沟渠构建和水文连通工程,在三江平原地区开展了水文-植被-栖息地多途径协同恢复,退耕还湿面积达1284.5亩,取得了预期的生态效益。

退耕还湿地沼泽湿地植被恢复效果(左图:恢复前;右图:恢复后)

  该成果由东北地理所王国栋副研究员、姜明研究员、吕宪国研究员、武海涛研究员等共同完成,得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、东北地理所优秀青年人才基金项目的资助。

  参考文献:

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  2.Wang,GD,Wang,M,Lu,XG,Jiang,M.2017.Duration of farming is an indicator of natural restoration potential of sedge meadows. Scientific Reports, 7: 10692. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11429-0

  3.Wang,GD,Wang,M,Lu,XG,Jiang,M. 2015. Effects of farming on the soil seed banks and wetland restoration potential in Sanjiang Plain, Northeast of China. Ecological Engineering, 77: 265-274. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.01.039


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