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中国互花米草防治措施研究进展及展望

花匠小妙招
2024-09-14 09:16

摘要: 互花米草原产于美国大西洋沿岸, 20世纪80年代被引入我国, 由于抗逆性和繁殖能力强, 在我国沿海地区大肆蔓延, 对湿地生态系统生物多样性和社会经济发展产生严重威胁, 如何有效防治互花米草已成为学者研究的热点和社会关注的焦点之一。本文在文献分析的基础上, 阐明了互花米草在国内的分布现状和入侵态势; 总结了物理、化学、生物和综合防治法在互花米草防治中的适用范围及优劣势, 指出现有防治技术仍存在防治难度大、成本高、治理后易复发和预警体系不完善等问题, 为防控互花米草入侵提供理论支持; 并进一步提出了基于遥感的“信息收集+早期预警+分级防控”的防控对策和以防治为主、利用为辅的互花米草“防治+利用”技术体系, 为今后互花米草的防治和利用提供了新的研究思路。

Research progress and prospects for the control of Spartina alterniflora in China

Abstract: Spartina alterniflora is a seashore plant native to the Atlantic coast of the United States. It was introduced into China in the 1980s. Owing to its strong adaptability and reproductive ability, S. alterniflora rapidly spread and invaded many coastal areas, causing a serious threat to the indigenous biodiversity of wetland ecosystems and also to the economic development. Effective control of S. alterniflora has become one of the important issues of research and social concern. In this study, the distribution status and invasion trend of S. alterniflora are summarised through literature analysis, summarising the advantages and disadvantages of physical, chemical, biological, and integrated control methods. Identified problems in the control of S. alterniflora, include difficult prevention, high cost of control, easy recurrence, and imperfect early warning systems. The use of remote sensing-based "information collection + early warning + hierarchical control" and technical measures of "control + utilization" of S. alterniflora provide a promising avenue for improved control of this invasive plant.

Key words: biological invasion control measures hierarchical control combination of prevention and utilization

自1979年12月, 我国先后从美国引进了3种在群落高度、密度和生物量等方面有明显差异的不同生态类型的互花米草Spartina alterniflora Loisel(G、N和F型)(左平等，2009)。由于其耐盐、耐淹、耐酸碱能力强，加上沿海地区环境条件适宜、缺少天敌等因素，3种互花米草均有较强的竞争力，不断侵占本土植物的生存空间，逐渐形成单优群落(陈丽芬，2017)，阻碍盐沼排水，影响底栖生物生存和鸟类觅食(谢宝华和韩广轩，2018)，威胁当地的养殖业发展(杨东和万福绪，2014)。同时，人类活动为互花米草提供了扩散通道和适宜生境。近年来互花米草更是呈暴发式扩张，给我国沿海省市带来了巨大的经济损失和生态危害。为了保护滨海生态系统，我国沿海各省陆续制定政策，开展互花米草防治工作，如目前互花米草入侵面积最大的江苏省多次制定湿地修复规划，通过清米草、塑地形、通水系、种植物等多种举措修复湿地生态系统，截至2021年3月，已在连云港临洪河口滨海湿地清除互花米草100 hm2；互花米草在滩涂植被中所占比例最高的上海市成立专门工作小组负责实施互花米草防治工作，在崇明东滩自然保护区设置防治示范区，提出了“围、割、淹、晒、种、调”的综合治理方法；入侵面积较大且近年来入侵增速最快的山东省则印发了《山东省互花米草防治实施方案》，将东营市作为治理先行区，制定了到2022年基本完成黄河口互花米草治理工作的目标。但总体来看，目前已应用防治措施还存在着技术体系不完善、治理成本过高等问题；同时，治理完成后部分区域面临的二次入侵更是对防治技术提出了严峻的挑战。因此，本文对目前的防治措施进行总结，并提出后续的发展思路，旨在为今后互花米草的有效防治提供参考。

1 国内互花米草分布现状

由于自然地理环境和气候条件适宜，我国85%的沿海区域适合互花米草生长，其中高度适宜分布区占18%，中度适宜分布区占34%，低度适宜分布区占33%，导致互花米草的分布面积迅速增加(张丹华等，2019)。2010—2015年，山东、广西、河北及天津的互花米草面积年均增长率分别达到91.2%、24.8%、114.7%及50.4%(刘明月，2018)。截至2018年，国内互花米草的分布面积达65338.6 hm2，形成世界上最大的互花米草分布区，其中江苏、浙江、上海、福建及山东互花米草入侵严重，分别占全国互花米草面积的33.8%、25.8%、18.2%、13.1%、4.5%(刘明月，2018)。从分布区域来看，大致可以分为3部分：一是海岸滩涂地区，如福建省福鼎市；二是河口地区，如长江口的崇明东滩；三是其他受潮汐影响的河滩区域，如天津市汉沽区沿岸(Tang et al., 2014)。从入侵态势来看，互花米草呈现出“东北—东南—西北”的空间迁移规律及向海岸线两侧扩张的特点，其中向海迁移距离更大(刘明月，2018；王聪，2014)。从扩张速度来看，裸滩的互花米草扩张最快，其次为有碱蓬等本地植物定植的滩涂(孙贤斌和刘红玉，2014；王聪，2014)。

2 互花米草防治措施

根据互花米草的繁殖—传播—定居—生长—繁殖的循环过程，阻止其进入下一环节，是控制互花米草扩散的有效方式。目前采取的方法有物理法、化学法、生物法和综合法，国外以化学法为主，而考虑到对环境的影响，国内以物理法和生物法为主(程彬彬等，2020；Janine et al., 2016)。

2.1 物理防治

物理方法是根据植物的分布面积和区位差异采用人工拔除、刈割、遮荫、水淹及火烧等措施抑制互花米草，形式多样，主要原理是通过限制植物光合作用、呼吸作用或种子、根茎繁殖来减少互花米草的生物量(陈琳等，2007；王智晨等，2006；Mateos et al., 2012；Tang et al., 2021；Xie et al., 2019)，适用于人力资源丰富、互花米草入侵年限短的区域，可以在短时间内达到去除效果，对环境的负面影响较小。由于互花米草主要在5—6月进行地上部分的增长，会消耗大量的能量，在扬花期(7—8月)对互花米草进行物理清除效果最好，残余的根茎缺乏足够的能量再生(陈圆等，2014)。谭芳林等(2010)、Li & Zhang(2008)的研究表明，6—8月刈割互花米草可以有效控制其蔓延；张炯森(2016)、Zhao et al.(2019)的研究表明，5月份刈割互花米草后进行贴地遮荫，3个月可以杀死互花米草；陈曦等(2010)、古志钦和张利权(2009)、谢宝华等(2018)的研究表明，7月初刈割互花米草进行水淹，可以降低互花米草的生物量。但物理清除后仍有根系残留，存在二次入侵的风险，在崇明东滩刈割互花米草3个月后，滩涂的互花米草群落逐渐恢复(平原和张利权，2010)。使用物理方法存在需要多次清除的缺点，成本相对较高，并且处理效果受刈割的时间、间隔长度和频率的影响较大(谭芳林等，2010)。

2.2 化学防治

化学防治是通过喷洒除草剂去除互花米草。已有的化学药剂有草甘膦、咪哇烟酸、米草净及高效盖草能等，喷施后对互花米草的株高、生物量和新生苗数量有不同的削减，适用于开阔、平坦的滩涂，使用飞机和两栖车辆喷洒可以进行大面积除草(刘建等，2005；Patten et al., 2017)。在上海崇明东滩进行的高效盖草能喷施试验，可灭杀样地内92%的互花米草，且1个月内沉积物中无残留(Zhao et al., 2020a)。在黄河三角洲进行的多种除草剂喷施，发现草甘膦、氰氟草酯及高效氟吡甲禾灵对灭杀互花米草的地上部分效果较好，可以完全抑制互花米草的有性生殖(乔沛阳等，2019)。由于互花米草叶面角质层较厚、叶片密集相互遮挡，加上植物体表的沉积物以及风和潮汐的存在，一定程度上会影响药剂的施用效果，而加大药剂的施用量，则对生态系统有潜在风险(Liang et al., 2020)，且对地下根系的防治效果不显著(乔沛阳等，2019)。

2.3 生物防治

生物防治效果持久，对环境的影响较小，目前有引入天敌、生物替代和利用化感作用防治等途径。互花米草的天敌有食草昆虫玉黍螺Littoraria irrorata Say、光蝉Prokelisia marginata (Van Duzee)以及真菌麦角菌Ciavieps purpurea (Fr.)Tul.、镰刀菌Fusarium spp.等(包衍等，2006；秦晓静，2013；Fisher et al., 2005；Grevstad et al., 2003)，对互花米草有一定的控制效果，但直接引入可能会危害其他动植物，造成二次入侵，目前在我国暂无这种方法的使用案例。生物替代是指在入侵地人工选育竞争力强的植物替代互花米草，如芦苇Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.、海三棱藨草Scirpus×mariqueter Tang et Wang等本土草本植物和秋茄Kandelia candel (L.) Druce、海桑Sonneratia caseolaris (L.) Engl.、无瓣海桑Sonneratia apetala Buch. -Ham.等红树植物(陈丽芬，2017；黄冠阂，2009；唐国玲等，2007；Li et al., 2021)，能降低互花米草的盖度，阻止互花米草向陆深入，适用于土壤条件优良、本地植物竞争力强的区域。江苏苏北盐沼的实地研究证明，芦苇的存在可以显著抑制互花米草生长，人工去除互花米草后移栽芦苇，可以恢复当地的生态环境(陈正勇等，2012)。缺点是对环境要求较高，植物生长所需时间长，其间需要人为监测和管理，移栽后的第三个生长季，芦苇的植株密度和结穗率显著下降，存活率仅为25%，互花米草会再次入侵(陈正勇等，2012)。利用化感作用防治互花米草的主要途径是通过化感物质的释放，影响互花米草的光合作用、呼吸作用等生理功能(Rice，1984)，从而抑制互花米草的正常生长，导致其生物量和结实率下降，甚至枯萎死亡，其效果明显、对环境的影响较小且适用于大部分被入侵地区，被认为是防控互花米草的突破点。最有效的施加方式是在新种子库未形成时将植物化感物质提取制成的抑制剂投加到互花米草种群中，可以阻碍其通过种子蔓延。目前，发现的对互花米草有抑制作用的植物有无瓣海桑、芦苇、桉树Bambusa multiplex (Lour.)、马缨丹Lantana camara L.和石莼Ulva spp.等(陈礼玲等，2011；李玫等，2012；郑琨等，2009；Rudrappa et al., 2007；Watson et al., 2015)，通过提取其中的有效成分可以抑制互花米草的种子萌发和幼苗生长。互花米草自身也会分泌某些化学物质，阻碍植株发育和种子萌发(齐西同，2015)，但仅依靠自毒作用，无法达到抑制互花米草扩散的目的。目前，对于利用化感作用防治互花米草的研究仍处于实验室阶段，对应植物的抑制机理尚不明确，该选哪种植物、选用什么类型的提取介质仍需继续研究。

2.4 综合防治

在实际应用中，仅使用单一的方法很难取得预期效果，综合防治是考虑各方法的优势，因地制宜将各种方法结合起来防治互花米草。如上海崇明东滩采取了带水刈割、喷洒化学药剂、粉碎发酵的综合处理技术：即先采用机械以及人工方法，清除互花米草的地上部分，再淹水使互花米草的地下部分腐烂，无法刈割的地方喷洒高效盖草能进行处理；同时创造性地提出粉碎发酵法，将互花米草地上部分切割粉碎后再混合酵素菌喷洒，使地下部分快速腐烂分解，增加土壤营养成分(顾燕飞，2019)。此方法提高了治理效率，减轻了治理过程中对生态系统的影响，可以长期发挥作用。但由于各地的实际情况不同，需要考虑当地的经济、气候等因素制定合适的防控方案。

3 互花米草防治过程中存在的问题

目前, 国内互花米草防治工程普遍运用刈割配合淹水、遮荫或翻耕等物理方法(谢宝华和韩广轩，2018)，存在的问题主要有3方面。(1)防治难度大，成本高。大量的资金需求是目前防治工作最大的障碍，这是因为互花米草根系发达，群落侵占面积广(林贻卿等，2008)，并且涉及海岸带施工，专业作业机械成本高，操作复杂(Patten et al., 2017)，导致防治难度和成本过高。并且由于互花米草秸秆含盐量高，为秸秆的大规模利用带来不利影响(Tang et al., 2021)，为避免刈割后的秸秆随意堆积产生二次污染，需要对其进行运输和处理，又加重了防治成本。因此，治理互花米草所需大量资金的投入，大大限制了互花米草防治工作的实施。(2)对于治理后区域的二次入侵问题缺乏相应的防范措施，治理后易复发。由于互花米草的生命力及竞争力强，根系在土壤中的延伸范围大(陈圆等，2014；邓自发等，2006)，清理难度大，且清理过后的区域仍有残留的种子和可分蘖的根茎，会重新萌发成幼苗，加上从远处漂浮来的种子，若不采取有效措施，单株互花米草定植后即可在9个月内扩展到86株以上(林贻卿等，2008)，经处理的湿地会遭到互花米草二次入侵(Zhao et al., 2020b)。(3)目前缺乏对潜在入侵区域的防范预警机制。光滩生态环境脆弱(Patten et al., 2017)，互花米草一旦通过种子或其他途径入侵后会迅速蔓延(陈圆等，2014)，形成大片的互花米草群落，带来一系列的生态问题和后期治理难题。提前预警并加以防范，是避免入侵问题产生的关键。

4 展望4.1 构建“信息收集+早期预警+分级防控”的防控对策

完善的防控体系应该包括“信息收集+早期预警+分级防控”3部分，从不同的时空尺度上防控互花米草，当前遥感和建立模型等技术的发展为构建这一防控体系提供了可能。目前已有基于遗传算法、元胞自动机和网格的模型(李京等，2021；张静涵等，2020；张思青等，2021；Anderson et al., 2021；Zheng et al., 2016)，可以模拟互花米草的入侵过程，分析其种群扩散动态，预测潜在分布区，并划定重点防控区。首先，可以通过遥感、无人机及现场调查等方式，结合气象部门的统计资料，收集各地互花米草的种群规模以及气候、土质、潮汐时间等环境信息。其次，对各地状况进行分析整理，可大体分为2类地区：Ⅰ潜在分布区、Ⅱ已入侵区域，从而采取不同的应对策略。Ⅰ类区需要采取早期预警措施防范互花米草入侵，有效的预防工作是防治生物入侵的关键。3—5月是种子萌发定居的关键时期(苑泽宁和石福臣，2009)，待5月末幼苗长到一定高度时，通过人工巡视、无人机低空探查及高分影像数据对该区域进行野外监测，发现幼苗后及时预警，并构建快速反应体系将其铲除(杨俊芳等，2017)。对于Ⅱ类区，则需要进行分级防控。根据各区域互花米草种群的生态风险，划分低、中、高风险等级，对不同区域采取针对性的对策，并通过建模评估方案的效果，对此进行成本-效益分析和环境影响评价，不断调整使成本最低。对不同风险等级区域的应对策略如下：(1)对于互花米草入侵时间长、面积大且扩散迅速的高风险地区，需要选择适当的物理、化学方法从种群密度较低的区域逐步治理，去除互花米草后再种植芦苇、秋茄等竞争力强的本地物种防范二次入侵；(2)对于入侵初期、种群规模较小的中风险地区，可采用物理方法直接清除互花米草，然后种植本地植物占据生态位；(3)对于已被治理的低风险地区，可以设置一定的观察期，及时铲除残留根系萌生的幼苗，防止互花米草再次入侵。

4.2 构建以防治为主、利用为辅的互花米草“防治+利用”技术体系

虽然互花米草的入侵造成了一系列的生态危害，但其在保滩护岸、促淤造陆等方面发挥的积极作用也不容忽视，加上互花米草生物量丰富、热值高等特点(何志霞等，2016；Li & Zhang，2008)，对互花米草治理不宜采用“一刀切”的方式。可控的情况下，可以在合适的区域保留部分互花米草，构建以防治为主、利用为辅的互花米草“防治+利用”技术体系。近年来，学者们在关注互花米草防控的同时，开始注重互花米草开发利用的研究，以期弥补单纯采取灭杀措施来控制互花米草的不足并从经济上为互花米草的防治提供支持(白盼，2021)。现有的利用方式可分为饲料化、肥料化、燃料化及原料化等低值化利用方式和制造药品、保健品、高效生物电池和生物炭及提取可利用基因等高值化利用方式(钦佩，2019；王涛涛等，2020；谢宝华等，2019；周梦岩等，2019；Cheng et al., 2021；Wang et al., 2021)，分别占比69%和31%。在传统低值化利用方面，由于互花米草含盐率高，无法直接饲喂、堆肥或燃烧(王洁等，2017；Tang et al., 2021)，需要进一步处理，这增加了处理成本；加上市场需求小、原料收集运输成本高、转化率低、可替代性强等问题，低值化利用一直未能规模化开展。相对而言，由于互花米草富含蛋白质和有机酸、黄酮、香豆素类有机物以及铁、锌等微量元素(刘金珂等，2014；单承莺等，2016)，制备药品、保健品等的高值化利用能带来较高的收益和成果，成为有效利用互花米草的可能方向。上海崇明东滩已创造性地开展了收割互花米草后制备生物矿质液、降脂胶囊和生物护岸材料的生态工程，取得了较高的经济收益(辛悦等，2021)。

为了进一步做好互花米草的防治工作，首先应当构建以防治为主、利用为辅的互花米草“防治+利用”技术体系。这一体系的构建，应在完善互花米草防治体系的基础上，加大研发投入，基于市场需求探索互花米草的深层价值，如利用其抗逆基因培育优质作物、开发蛋白粉及功能饮料等保健品、制备天然化妆品和天然食品添加剂等，提高产品品质，使开发互花米草有较高回报。其次应将实验室的研究成果与企业联合起来，促进高值化产品的产业化，如互花米草提取的生物矿质液以及黄酮类药物已被证明对人的健康状况有较好的改善作用，后续应改进此类高值产品的生产工艺，形成完善的产业链，并对产品进行推广。

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