Summary
Det här protokollet beskriver en enkel och kostnadseffektiv trädplantering teknik för att återställa försämrade Everglades träd öar som uppleva inundation. Konstruktionen skapar en ö (pop-up) som flyter från början och lägger till höjd för att främja träd överlevnad och tillväxt översvämmade villkor.
Abstract
Många av Everglades träd öarna har förlorat höjd under det senaste århundradet och de flesta av deras träd har dött så att de är nu täckta med örtartade växter. Det här protokollet beskriver en enkel och kostnadseffektiv trädplantering teknik som behövs för att återställa försämrade Everglade träd öar. Designen är mönstrad efter en naturlig Everglades process som skapar flytande torv öar, vilket gör att trädet överlevnad och tillväxt i översvämmade villkor och ofta leder till utveckling av träd öar. Kommersiellt tillgängliga torv väskor användes som medium för tillväxt och etablering av krukväxter inhemska trädplantor. Popup-konfigurationen flöt initialt och gav ytterligare höjd för att minimera inundation, med en enda inhemska träd arter planta och en enda träd gödselmedel spike. Under en 3 års studie med 105 pop-ups, trivdes de flesta växter överlevde (80%) och många. Att avgöra huruvida denna teknik kan upprätta träd på en försämrad träd ö kommer att kräva längre studier och omfattande fälttester.
Introduction
Naturliga återkolonisering av försämrade Everglade träd öar av inhemska trädslag är möjligt genom fröspridning om det finns närliggande öar med en mångfald av träd arter1,2. Enligt Sklar och van der Valk kan1 återställa kraftigt avtagit träd öarna vara möjligt, ”genom att höja höjden av deras huvuden, även om sådana insatser skulle bli dyrt och arbetsintensivt”. För närvarande finns det mycket få inhemska (önskvärt) träd närvarande nära ögruppen degraderad (även känd som ”ghost”) träd i Everglades vatten bevarande område (WCA)-2A (en av fem WCAs skapats för att lagra vatten för och förebygga översvämningar omgivande städer och jordbruksområden) att tillhandahålla de frön som behövs för återkoloniserat den försämrade träd öar3.
För att öka höjden av en avtagit träd ö för återbeskogning, skulle lämplig fyllning behöva transporteras till ön. Detta skulle kräva bygga vägar för lastbilar eller skapa vattenvägar för pråmar, leder till allvarliga skador på Everglades på stora finansiella kostnader. En enkel, billig teknik som behövs för att återbefolka försämrade träd öar med inhemska trädslag som ger höjd (minska hydroperiod) och förbättra överlevnad under den rörliga hydrologin endemisk till Everglades4.
Storleken på dessa pop-ups tillåter enkel transport till webbplatsen plantering. Detta ger en fördel jämfört med konventionella fyllning av områden och plantering av träd som kan kräva vägar byggas för att transportera. Denna teknik minskar således ekologiska konsekvenser av trädplantering aktivitet. Dessutom har dessa pop-ups förmågan att flyta för de första sex månaderna efter distributionen, för att möjliggöra inrättandet av planta. Enligt konventionell trädplantering scenarier, kan träden uppleva ökad översvämning stress under etablering om vattennivåerna stiger.
Ett antal mönster testades och det bestämdes att större upphöjning (väska orientering), ett träd gödselmedel spike lägga till näringsämnen och plantering i popup-fönstret med en enda planta uppnås den bästa konfigurationen för distribution på en Everglade degraderas Tree island4. Även om andra forskare beskriver plantering av träd för att återställa skogsklädda våtmark områden5,6, till vår kunskap, läggs ingen plantering metoder som beskrivs höjd för att minska hydroperiod.
Detta förfarande härmar bildandet av flytande Everglades träd öar som uppstår från torv som bryter bort från berggrunden och flyter till ytan. Höglänta växter kan fastställa att bilda en ”pop-up” eller flytande träd ö som så småningom flyttar och bosätter sig på torv yta och blir vad som kallas en ”batteri” tree island1,7.
Everglades tree island trädslag har olika toleranser för översvämningar för tillväxt och överlevnad8,9,10. I en kontrollerad studie visat Jones et al. vikten av hydroperiod för Everglades tree island arter9överlevnad. Stoffella et al. fann att relativ höjd (till bevattna ytbehandlar) hade varierande och djupgående effekter på planterade native tree arter överlevnad och tillväxt, på grund av den specifika toleransen av varje art för översvämningar10. Trädslag kan väljas för de särskilda villkor som är närvarande. Trädplantering teknik som beskrivs här kan ge ytterligare höjd och följaktligen träd frö källor i tidigare skogsklädda områden som tappat höjd och är nu föremål för en inundation-miljö som är skadligt för inhemska trädslag.
Tidigare skogsklädda områden att upplever förlängda hydroperiods kan dra nytta av denna metod att återinföra vedartade arter till dessa områden. Denna teknik ger höjd, vilket minskar hydroperiod. Träden kommer dessutom bygga jord (rot och blad biomassa) och tillhandahålla ett frötäktsområde för fortsatt koloniseringen av området.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. beredning och transport till plantering läge
- Få 2 eller 3 gal (7 eller 11 L) plantor av lokalt odlade inhemska träd (i plast krukor), kommersiell torv väskor (mäta 0,3 x 0,46 x 0.6 m3), träd och buske gödselmedel spikar, silvertejp, polyvinylklorid (PVC) rör (2 till 3 m längd, 0.8 på 2,1 cm diameter schemalägga 40), box cutter, soppåsar och en metallstav eller rebar (1 till 2 m i längd, 1,3 cm diameter) för att punktera torv påsar. Potentiella trädslag som är tillämpliga på Everglades är Annona glabra, Ficus aurea, och Acer rubrum. Bär handskar rekommenderas.
- Bestämma den bästa platsen att distribuera pop-ups, vanligtvis i ett högt område av ghost tree ön med minst 0,3 m från torv kvar ovanför berggrunden där översvämning skulle minimeras under regnperioden.
- Transport plantor, kommersiell torv-väskor (en per planta), träd och buske gödselmedel spikar (en per planta), silvertejp (antal rullar som är lämpligt), PVC-rör (två per planta), och andra verktyg och material till plantering plats (vanligtvis airboat).
2. popup-montering
Obs: Montera krukväxt planta och pop-up (steg 2.1-2.6) i båten före att placera den i vattnet över ön trädet (steg 3)
- Skjut plast potten av planta rötter och kruka jord, och skär ett stort hål i botten potten, eller ta bort hela botten av varje planta potten med en box cutter eller sax (figur 1).
- Skjut potten med öppen botten rygg onto planta rötter och kruka jord för införande i torv påsen.
- Göra en 20 till 30 cm X-formade snitt (något större än kruka diameter) i torv väskan i mitten av vad blir den övre ytan, använder en brytkniv.
- Ta bort om 2.000 till 5.000 cm3 (ungefär halva volymen av potten) av innehållet i torv påsen från X-formad öppning och plats i en soppåse för borttagning.
- Ställ in bottenlösa potten med planta inom X-formad öppning/depression skapad av avlägsnande torven från torv påsen. Bottenlösa potten bör om halvvägs ner i den X-formad öppningen, med punkter (trianglar) pekar upp mot sidorna av potten (figur 2). Plantor kvar i krukorna till ger ytterligare höjd och fysiskt stöd.
- Säkra potten på plats med flera lindningar av silvertejp, runt krukan och täcker påsen trianglar. Detta kommer att anbringa väska trianglar i potten (figur 3) och hålla potten på plats under de kommande 2-3 åren av tillväxt. Detta skapar popup-fönstret.
3. popup-distribution
- Ställa pop-up i vattnet. Ange vattnet och flytta flytande pop-up till webbplatsen plantering.
- Tjuder pop-up på plats med två cirka 2 till 3 m långa längder av PVC-rör in genom påsen på vardera sidan av planta, i ungefär en tredjedel till hälften m av substratet (jord under påsen) (figur 3).
- Punktera påsarna på topp, botten och sidor genom att köra metallstången (armeringsjärn) helt genom påsen, skapa öppningar (minst fyra översta/nedersta) och fyra i varje sida så att vattnet att ange och låta rötterna växa fram (figur 3). Popup-fönster kommer att flyta i ca 6 månader.
- Infoga ett träd gödselmedel spike helt i toppen av påsen i en av de platser som visas i figur 3.
4. uppföljning för underhåll, mätningar och plast borttagning
- Återvänder till webbplatsen så ofta som anses nödvändigt, särskilt följande svår storm händelser och observera skick och överlevnad, och mäta trädhöjd och basala diametern på varje återstående träd på årsbasis.
- Efter 3 år, återvänder till webbplatsen med box fräsar/sax och soppåsar ta bort krukor och plast från torven väska och återvinner. Den potten och plast ur påsen (topp och sidor) avlägsnas lätt utan att störa planta; plasten under torv påsen kanske inte är tillgänglig (figur 4).
- Återvänder till webbplatsen på årsbasis att utvärdera överlevnad och tillväxt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Studien använder denna teknik4 genomfördes inom en 0.32 km2 Everglades fysisk modell11, på en ås att simulera tester på en ghost tree island. Under denna studie väska två inriktningar för höjd (låg: 0,3 m, hög: 0,46 m), med en kontra två plantor per väska växer, testades samt användning av träd gödselmedel spikar att främja överlevnad och tillväxt. Tre arter av plantor användes: A. glabra, F. aurea, och A. rubrum. För varje art planterades 5 replikat av 4 behandlingar och 2 uppsättningar kontroller för sammanlagt 35 individer av varje specie. De flesta av de plantor som odlas i studien överlevde och frodades, med tillväxt beroende på den behandling4. Överlevnaden var 80%, med 18 F. aurea och 3 A. glabra hittade döda i slutet av 3 års studien. Resultaten visar att den enklaste och mest effektiva konfigurationen har en enda planta och ger den högre profilen på 0,46 m (större höjd, mindre översvämningar), med ett gödselmedel spike och utan ytterligare flotation. Eftersom den dagliga tillväxten i dubbel planterade väskor var mindre än kontroll, bör inte denna behandling används4. Minskningen av tillväxt av plantor som fick två gödselmedel spikar i motsats till en enda spik kan hänföras till övergödning. Övergödning har föreslagits som orsakar dålig tillväxt genom att ändra markkemi och jord mikrobiell gemenskapen som leder till dålig rot etablering och minskad vatten absorption12.
Planta basala diameter data för högprofilerade torv väska orientering gav en statistiskt signifikant behandlingseffekt samt en statistiskt signifikant skillnad mellan låg gödselmedel behandlingsdata jämfört med kontrollerna och jämfört med den hög gödsel behandling4. Ytan av jorden i krukorna och punkteringar i ovansidan av torv påsar som platser för koloniseringen av örtartade växter och ormbunkar över tiden av studie4 (figur 4). Dessutom invaderade pilträd (Salix caroliniana) flera av popup-fönster också.
Plantor besvarade behandlingarna generellt som förutspådde. Gödslade träd generellt var de mest framgångsrika (och en spik behandling var ännu bättre), följt av kontrollerna (enda plantering), flotation behandling och dubbel plantering (inga statistiskt signifikanta effekter)4.
Figur 1: fotografi av borttagning av planta potten botten. Planta rötter och jord tas bort från plast potten och en stor del (eller komplett botten) av potten botten avlägsnas med en brytkniv. Potten ersätts sedan över rötter och jord. Alla fotografier är artighet av den södra Florida Water Management District. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: införande av bottenlös planta potten i torv påsar, med skär trianglar visas på sidorna. Bilden visar en väska med två krukor införas trots att föredra fastställdes vara en pott per påse. Väskan visas också är i låg profil konfiguration, som inte är önskad orientering. För Rekommenderad sista orientering, se figur 3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: fotografier av en A.glabra planta med bottenlös potten duct tejpade att torven väska snart efter distributionen. Komplett visas popup-fönstret flytande på plats till vänster; närmare vy visas till höger. (Etiketter) A: torv påse; B: krukväxt planta; C: silvertejp runt potten att hålla på plats; D: PVC pipe tjuder; E: hål gjort genom att infoga en metallstav; F: gödselmedel spikar (två-spike behandling är emellertid visat att lägga till endast en spike rekommenderas). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: fotografi av en popup-följande potten och väska borttagning. Torv från påsen och potten jord är nu hålls samman av de rötter som har också vuxit ner i underlaget. Observera ormbunken och andra växter som har koloniserat högen av torv kvar från popup-fönstret. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denna föreslagna strategi att återplantera träd öar kan ökningen av höjd och distribution av träd från en airboat utan byggandet av vägar som krävs för att fylla på varje plats. Detta minimerar kostnaden och störning av genomförandet tree island planteringar.
Ett problem med denna teknik är estetiska och miljömässiga problemen i samband med att sätta en stor mängd PVC-rör, plastpåsar och plastkrukor på en marsh funktion som var en gång en träd-ö. Den nuvarande strategin är att ta bort plasten efter en tillräcklig period av träd anläggning (ca 3 år) och korrekt bortskaffa eller återvinna plast skräp.
En annan möjlig lösning på problemet plaster som är att använda biologiskt nedbrytbara material för tjudra (trä eller bambu stolpar), krukor (torv krukor) och torv väskor (säckväv eller liknande material) med avsikt att inneslutning materialet skulle upprätthålla integritet och innehåller jord och torv tills de träd planta var etablerad på plats. Eftersom syftet med denna studie var att demonstrera det proof-of-concept och hålla kostnaderna rimliga, ändrades de ursprungliga behållarna av träd och torv för användning i denna studie. Detta möjliggjorde för genomförandet av en grundläggande studie där behållare material var benägna att upprätthålla integriteten för varaktigheten av träd etablering.
Vi har observerat att vissa av påsarna började dela isär efter ca 30 månader efter distributionen. Borttagning av plast bör äga rum när detta observeras först för att undvika plastavfall som flyter bort. Preliminära iakttagelser efter avlägsnande av plast från några av pop-ups efter ca 32 månader på att rötterna av många av plantor och de andra växterna kolonisera torv påsarna kan bibehålla konsolideringen av torv och därmed den höjd enbart tillhandahålls av torv och potten jorden vid distribution (figur 4).
Vi visade en lovande teknik för plantering av träd i regioner i begränsad tillgång och variabel hydrologi till en retail kostnad av mindre än 20 USD (planta = 3-4 USD, torv väska = 11 USD, andra material = 2-3 USD) per pop-up. Denna teknik fungerar bäst i torv eller organisk jord-baserade regioner med potential att återställa skogsområden. Vi utvecklade tekniken med målet att återställa skadade träd öar i Everglades men det kunde lätt anpassas till andra miljöer med liknande restaurering mål.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Detta arbete utfördes under finansiering och tillsyn av den södra Florida Water Management District, en byrå av delstaten Florida. Florida har en bred offentliga register lag. Detta dokument är föremål för denna lag och anses vara en del av det offentliga rekordet.
Acknowledgments
Denna forskning var finansieras och genomförs under avsnittet Everglades Systems bedömning i den södra Florida Water Management District.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| One or Two Gallon Native Tree Saplings in plastic pots. | Local Native Plant Nurseries | N/A | Obtain native tree saplings grown from locally obtained seed |
| Commercial Peat Bags. 5 cubic ft. | Lambert | Lambert Canadian Sphagnum Peat Moss (6649801115) | Product description: Lambert peat moss is an excellent soil amendment because of its capacity to retain water, aerate the soil and it is completely natural. All of Lambert's peat moss packages carry the OMRI (Organic Material Review Institute) logo, which indicates that they are approved for use in organic production. Size: 5.5 cu.ft. |
| Vigoro Tree Spikes (Tree and Shrub Fertilizer Spikes, 15-Count) | Vigoro, Swiss Farms Products Inc. | Model # 154205 | GUARANTEED ANALYSIS (%) TOTAL IN PRODUCT (ppm): Total Nitrogen (N) 12.0000; Available Phosphoric Acid (P2O5) 5.0000; Soluble Potash (K2O) 7.0000 |
| PVC Pipe: 1/2 in schedule 40 | JM Eagle | Model # 67447 | Any manufacturer or supplier will do. |
| Duct Tape, 1-7/8 in x 12 yds | MSC Industrial Supply | Gorilla Heavy-Duty Duct Tape, Model # 60012 | Any manufacturer or supplier will do. |
| Metal Rod (Rebar 1.3 cm diameter, 1.2 m long) | Weyerhaeuser | Model # 35616 | Any manufacturer or supplier will do. |
| Box Cutter | Stanley | Model # STHT10273 | Any manufacturer or supplier will do. |
| Work Gloves | Firm Grip | Model # 3101-96 | Any manufacturer or supplier will do. |
| Trash Bags (42 gallon) | HUSKY | Model # HK42WC050B | Any manufacturer or supplier will do. |
References
- Tree Islands of the Everglades. Sklar, F. H., van der Valk, A. G. , Kluwer Academic Press. Dordrecht, The Netherlands. (2002).
- Wetzel, P. R., et al. Maintaining tree islands in the Florida Everglades: nutrient redistribution is the key. Front Ecol Environ. 3 (7), 370-376 (2005).
- Aich, S., Ewe, S. M. L., Gu, B., Dreschel, T. W. An evaluation of peat loss from an Everglades tree island, Florida, USA. Mires and Peat. 14 (2014), 1-15 (2014).
- Dreschel, T. W., Cline, E. A., Hill, S. D. Everglades tree island restoration: testing a simple tree planting technique patterned after a natural process. Restor Ecol. , (2017).
- Stanturf, J. A., Conner, W. H., Gardiner, E. S., Schweitzer, C. J., Ezell, A. W. Recognizing and Overcoming Difficult Site Conditions for Afforestation of Bottomland Hardwoods. Ecol Restor. 22 (3), 183-193 (2004).
- Sharitz, R., Barton, C. D., DeSteven, D. Tree Plantings in Depression Wetland Restorations Show Mixed Success (South Carolina). Ecol Restor. 24 (2), 114-115 (2006).
- Brandt, L. A., Portier, K. M., Kitchens, W. M. Patterns of Change in Tree Islands in Arthur R. Marshall Loxahatchee National Wildlife Refuge from 1950-1991. Wetlands. 20 (1), 1-14 (2000).
- Armentano, T. V., Jones, D. T., Ross, M. S., Gamble, B. W. Vegetation pattern and process in tree islands of the southern Everglades and adjacent areas. Tree Islands of the Everglades. Sklar, F. H., van der Valk, A. G. , Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, Netherlands. 225-281 (2002).
- Jones, D. T., Sah, J. P., Ross, M. S., Oberbauer, S. F., Hwang, B., Jayachandran, K. Growth and physiological responses of twelve tree species common in Everglades tree islands to simulated hydrologic regimes. Wetlands. 26 (3), 830-844 (2006).
- Stoffella, S. L., et al. Survival and growth responses of eight Everglades tree species along an experimental hydrological gradient on two tree island types. Appl Veg Sci. 13 (4), 439-449 (2010).
- Aich, S., Dreschel, T. W., Cline, E., Sklar, F. The development of a geographic information system (GIS) to document research in an Everglades physical Model. J Environ Sci Eng. 5 (2011), 289-302 (2011).
- Weinbaum, S. A., Johnson, R. S., DeJong, T. M. Causes and Consequences of Overfertilization in Orchards. HortTechnology. 2 (1), 112-121 (1992).
