一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊及其制备方法与流程

1.本发明涉及在播种或种植前测试或处理种子、根茎或类似物的设备或方法技术领域，特别是涉及一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊及其制备方法。


背景技术：

2.在野外进行的生产生活活动中，往往需要移除当地的植被，在生产生活活动结束后，便会留下大片的裸地，这些裸地需要进行植被恢复，否则会导致水土流失等一系列严重的生态问题。
3.典型的裸地，包括由道路、桥梁、及水利修建过程而带来的边坡，以及采矿后在采矿面上堆土形成的客土坡。目前的人工水土保持设备普遍比较昂贵且无法长期存在，能够长期有效且经济地起到水土保持作用的依然还是植被。而裸地上已不具备自然产生的植物种子，靠野生动物携带等方式带来种植的话效率太低且不确定性太强，因此有必要采用人工的方式进行补充。
4.植被恢复，需要形成的不是像庄稼地或草坪那样只包含单一一种植物的植被，而是包含多种相互关联的植物、占据各个生态位、并与多种不同的动物及真菌相关联的功能性植被。单一植物的植被不仅稳定性极差，不能脱离人类照料而独立存在，而且水土保持的效果不佳。
5.目前植被恢复主要采用的是混合多种植物种子后人工播种的方式。这种方式下，由于不同植物种子比重不同，即使混合均匀后播种，也往往在播种（撒播以及机播均有）时出现同一种植物集中分布的现象，形成的不是包含多种植物的植被，而是由一块块包含单一植物的小块地拼凑起来的“百衲衣”，稳定性很差。
6.此外，目前播种裸种的植被恢复方式，发芽率及成活率均不能令人满意，往往需要多轮补种。以雾冰藜为例，由于其具有先发芽后生根的特性，少量的降水使其发芽后，后续易出现根系来不及扎到土壤深处而枯死的问题。


技术实现要素：

7.本发明提供一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊及其制备方法。
8.解决的技术问题是：播种裸种进行植被修复时，难以形成均匀的植被，且发芽率及成活率低。
9.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊，用于在植被遭到破坏的干旱或半干旱区域进行植被恢复；包括可降解的胶囊壳，以及混合充填在胶囊壳内的混合种子和包衣剂；所述包衣剂包括用于提升植物抗旱性的植物生长调节剂和保水剂，以及用于促进植物生长的肥料；所述混合种子包含待形成的植物群落中各种植物的种子。
10.进一步，所述混合种子包括植被遭到破坏的区域的原始植被的种子，且同一胶囊
中各种种子数量的比例与原始植被中各种植物的株数的比例相同。
11.进一步，所述混合种子为植被遭到破坏的区域的原始植被中草本层的优势种的种子。
12.进一步，所述混合种子包含用于快速提升植被覆盖面积的先锋植物种子、用于巩固修复效果的多年生植物种子、以及用于改善土壤的固氮植物种子，不包含会产生影响其它植物生长的分泌物的植物的种子。
13.进一步，所述植物生长调节剂为赤霉素，所述赤霉素在包衣剂中的质量分数为0.03%-0.05%。
14.进一步，所述胶囊壳为玉米淀粉胶囊壳。
15.进一步，所述保水剂在包衣剂中的质量分数不超过10%。
16.进一步，所述包衣剂中还包含用于调节包衣剂中各种成分含量及辅助胶囊充填过程的填充剂，所述填充剂由凹凸棒土和滑石粉按2:1的质量比混合而成。
17.进一步，所述肥料为粉末状的有机肥，包括相同质量比的腐熟羊粪肥、骨粉、饼肥、稻壳炭和芝麻饼肥，所述混合种子为雾冰藜、兴安虫实、马唐、苜蓿、猪毛菜、以及狗尾草的种子混合物。
18.一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊的制备方法，用于生产上述的一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊，并包括以下步骤：步骤一：将各种种子按其在混合种子中的数量比例混合，得到混合种子，同时将组成包衣剂的各种原料的粉末按其在包衣剂中的质量分数混合，得到包衣剂；步骤二：用胶囊充填机将包衣剂与混合种子按照2：1的体积比混合充填入胶囊壳。
19.本发明一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊及其制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明中，通过将种子按比例预先掺混后充填入胶囊壳，每个胶囊中都是按设定的比例混合的种子，相较于裸种混合后播种，在播种时不会出现混合后的种子因为比重不同而出现同一种植物集中分布的问题，能够确保形成具有很高的多样性、丰富性、及均匀度的植被；本发明中，通过赤霉素调节种子萌发，不仅提升其萌发时的多项正面的生化指标，而且调整根和芽的生长速率，避免出现植株很高但根系未触及土壤深处的问题，从而明显提升了植株抗旱性，且包衣剂中还包含保水剂，进一步提升了植株抗旱性；包衣剂中还含有有机肥，从而改善了植株周围的土壤并促进植株生长；本发明中，胶囊种子无需现场按比例掺混，减少了现场播种的工作流程；且胶囊大小均匀，外形完整，允许采用撒播、播种机深播在内的多种播种方式进行播种；本发明中，胶囊对种子及包衣剂起到了保护作用，不仅运输储存过程中不会散掉，而且只有在土壤中含有足够的水时才会破裂并使种子萌发，避免诸如雾冰藜之类的先发芽后生根的种子在水分不足时过早萌发而死掉。
附图说明
20.图1是不同配方胶囊种子试验小区simpson多样性指数（正面指标）,图中纵坐标为simpson多样性指数；
图2是不同配方胶囊种子试验小区shannon-wiener多样性指数（正面指标）,图中纵坐标为shannon-wiener多样性指数；图3是不同配方胶囊种子试验小区margalef丰富度指数（正面指标）,图中纵坐标为margalef丰富度指数；图4是不同配方胶囊种子试验小区pielou均匀度指数（正面指标）,图中纵坐标为pielou均匀度指数；图5是干旱胁迫下，不同赤霉素含量的包衣剂对植株可溶性糖含量（正面指标）的影响；图6是干旱胁迫下，不同赤霉素含量的包衣剂对植株mda含量（负面指标，高了表明植物细胞受损严重）的影响；图7是干旱胁迫下，不同赤霉素含量的包衣剂对植株pod含量（正面指标）的影响；图8是干旱胁迫下，不同赤霉素含量的包衣剂对植株cat活性值（正面指标）的影响。
具体实施方式
21.一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊，用于在植被遭到破坏的干旱或半干旱区域进行植被恢复；包括可降解的胶囊壳，以及混合充填在胶囊壳内的混合种子和包衣剂；一般情况下，普通的药用胶囊壳即可满足需求，不要采用肠溶胶囊壳，那种胶囊壳很贵且溶解过慢，会一定程度上影响到萌发。胶囊壳外还可以涂抹一层驱虫剂及驱鼠剂，以进一步保护种子免遭昆虫及老鼠的破坏。
22.包衣剂包括用于提升植物抗旱性的植物生长调节剂和保水剂，以及用于促进植物生长的肥料；植物生长调节剂主要通过调节根和芽的生长速率，确保根的生长快于芽，从而起到抗旱的效果。
23.混合种子包含待形成的植物群落中各种植物的种子。也就是说，待形成的植物群落包含多少种植物，胶囊中就要包含对应的种子，且各种种子数量的比例与待形成的植物群落中各种植物的株数的比例相同。一般情况下，大部分植物的种子发芽率相差不是很大，最多也就相差20%左右。但如果出现有种子发芽率与其他植物相差很大的情况的话，则各种种子数量的比例要除以各自的发芽率。
24.一般情况下，植被修复，追求的是修复成被破坏地区本来的样子，因此，混合种子包括植被遭到破坏的区域的原始植被的种子，且同一胶囊中各种种子数量的比例与原始植被中各种植物的株数的比例相同。如果需要将植被修复成非原生的样貌的话，则必须进行深度调研，确保修复后的植被能够稳定存在，同时又不至于扰乱当地环境或引发物种入侵。
25.为简化操作，方便实际执行，混合种子为植被遭到破坏的区域的原始植被中草本层的优势种的种子，而不是需要将所有的植物的种子都囊括进去。实际操作中我们发现，这样形成的植被效果与穷举所有植物后的效果相差无几。
26.一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊的制备方法，用于生产上述的一种用于快速形成植物群落的复合种子胶囊，并包括以下步骤：步骤一：将各种种子按其在混合种子中的数量比例混合，得到混合种子，同时将组
成包衣剂的各种原料的粉末按其在包衣剂中的质量分数混合，得到包衣剂；步骤二：用胶囊充填机将包衣剂与混合种子按照2：1的体积比混合充填入胶囊壳。
27.本实施例中，胶囊壳为玉米淀粉胶囊壳，能够确保胶囊在合适程度的降水或土壤墒情下破裂，同时相较于明胶胶囊壳更加廉价，其软化及溶解时间如下表：表1 玉米淀粉胶囊溶解时间本实施例中，混合种子为雾冰藜、兴安虫实、马唐、苜蓿、猪毛菜、以及狗尾草的种子等质量比混合物。囊括了用于快速提升植被覆盖面积的先锋植物种子、用于巩固修复效果的多年生植物种子、以及用于改善土壤的固氮植物种子，各种植物产生的分泌物不会抑制其它植物的生长，且这些植物均为本地物种，无毒无刺无异味，可作为牧草供牲畜采食。
28.本实施例中，植物生长调节剂为赤霉素,保水剂为“旱可舒”保水剂，肥料为粉末状的有机肥，包括相同质量比的腐熟羊粪肥、骨粉、饼肥、稻壳炭和芝麻饼肥。包衣剂中还包含用于调节包衣剂中各种成分含量及辅助胶囊充填过程的填充剂，填充剂由凹凸棒土和滑石粉按2:1的质量比混合而成。
29.为求取保水剂最佳含量，同时验证本发明相较于裸种的优势，我们采用上述制备方法及原料制备了不同配方的胶囊，并设置了ck组，也即无胶囊及包衣剂的裸种，配方具体如下：表2 不同胶囊种子配方使用胶囊种子在乌拉特前旗矿山修复坡面进行播种，沿着坡面纵向设置4个试验小区（每个小区为1.25m
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20m），其中包括三个不同配方和一个对照，每个试验小区播种1000粒胶囊种子。播种时间为2021年6月。2021年8月在每个试验小区选择3个样方进行植被数据采集。
30.植物群落的多样性指示着一个群落结构和功能复杂性的度量。由图1-4可以看出，胶囊种子试验小区的植物群落simpson多样性指数、shannon-wiener多样性指数和margalef丰富度指数均高于对照，其中配方1试验小区最高，配方2试验小区次之，配方3试验小区最低。pielou均匀度指数，配方3试验小区最低，低于对照小区，配方1试验小区最高。个体在配方1试验小区群落中的均匀度是最高的。结果表明，与裸种相比，配方1胶囊种子在野外条件下可以提高群落的物种多样性以及均匀度，提高植被修复的速度和效率。保水剂在包衣剂中的质量分数不宜超过10%。
31.我们同样求取了第一年中不同试验小区群落gordon指数，结果如下表：
表3 不同配方胶囊种子试验小区群落稳定性结果表中欧式距离越大，说明植物群落越不稳定。结果表明，在群落演替较为缓慢的初期阶段，胶囊种子形成的植被已经开始相较于裸种形成的植被更加稳定，随着群落演替的继续进行，后续胶囊种子形成的植被将进一步扩大优势。
32.为求取赤霉素最佳含量，同时验证赤霉素提高抗旱能力的效果，我们制备了另一批胶囊种子，为消除其他因素干扰，这次包衣剂中只含填充剂及赤霉素，且赤霉素在包衣剂中的含量分别为200mg/kg、400mg/kg、600mg/kg、800mg/kg，每个胶囊装5粒雾冰藜种子，ck组同样为无胶囊及包衣剂的裸种，添加两倍体积的配好赤霉素的填充剂。将胶囊种子播种在20cm深的花盆中，置于温室中。种子萌发一个月后向花盆中加入20%peg溶液模拟干旱胁迫，胁迫3天后采集样品。结果如图5-8所示，添加赤霉素的胶囊种子mda含量比对照低，其中赤霉素含量为400mg/kg时，mda含量最低。添加赤霉素的胶囊种子可溶性糖含量、pod含量和cat活性均高于对照。其中赤霉素含量为400mg/kg时，可溶性糖含量、pod含量和cat活性值最高。结果表明，与裸种相比，添加赤霉素的胶囊种子能够促使植株具有更强的抗旱性，当赤霉素含量为400mg/kg，也即0.04%wt时植株抗旱性最强。实际配制时，根据以往经验，包衣剂中赤霉素含量可以为0.03%-0.05%wt。
33.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。