入侵植物互花米草防治:理念、技術(shù)與實(shí)踐
中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 互花米草(Spartina alterniflora)是多年生禾本科草本植物,常見(jiàn)于潮間帶和河口灘涂;它是全球性入侵物種,入侵了亞洲、歐洲、大洋洲、非洲南部和美國(guó)太平洋沿岸等沿海地區(qū)。1979年,我國(guó)從美國(guó)大西洋沿岸引入互花米草,2020年全國(guó)互花米草分布區(qū)總面積約519.70 km2。互花米草入侵使濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能遭到破壞,海洋保護(hù)地是互花米草重災(zāi)區(qū)。2003年,原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院將互花米草列入我國(guó)第一批外來(lái)入侵物種名單。2022年12月5日,國(guó)家林業(yè)和草原局等部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《互花米草防治專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃(2022—2025年)》,互花米草防治成為我國(guó)濱海濕地管理與保護(hù)工作的重要內(nèi)容。
基于文獻(xiàn)分析和資料調(diào)研,本文總結(jié)了互花米草入侵的生態(tài)危害,不同治理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用性;以“互花米草”為關(guān)鍵詞,在中國(guó)政府采購(gòu)網(wǎng)、各省市公共資源交易中心網(wǎng)站、地方政府網(wǎng)站及新聞媒體搜集互花米草防治項(xiàng)目的信息并進(jìn)行梳理,總結(jié)我國(guó)互花米草防治情況,最后對(duì)未來(lái)互花米草防治工作提出了建議。
互花米草入侵的生態(tài)危害
互花米草入侵對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了一系列影響,包括對(duì)地形地貌、潮汐水文過(guò)程、根際微生物、動(dòng)植物及其生境,以及碳、氮、磷等元素循環(huán)過(guò)程的影響。互花米草入侵的生態(tài)影響是多方面的,最大的正面效應(yīng)可能是消浪護(hù)岸、促淤造陸,其負(fù)面效應(yīng)(即生態(tài)危害)主要是對(duì)生物多樣性和生境的威脅,總結(jié)為以下3個(gè)方面。
通過(guò)種間競(jìng)爭(zhēng),威脅本土原生植物。互花米草與部分鹽沼植物和紅樹(shù)植物具有相同或相近的生態(tài)位,但互花米草在鹽度較高的地方比本土植物擁有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,其入侵?jǐn)D占本地植物生存空間;另外,互花米草的化感作用可能對(duì)本土植物產(chǎn)生抑制作用。互花米草入侵我國(guó)后主要與紅樹(shù)林、短葉茳芏、海三棱藨草、蘆葦和鹽地堿蓬等本土原生植物發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。
形成“綠色沙漠”,降低潮間帶生物多樣性。互花米草密度高、根系發(fā)達(dá),其分布區(qū)形成“綠色沙漠”,嚴(yán)重威脅大型底棲生物生存,改變潮間帶食物網(wǎng),導(dǎo)致潮間帶生物多樣性下降。例如,黃河三角洲互花米草分布區(qū)的小型螺類(lèi)、蛤類(lèi)、蟹類(lèi)密度降低,經(jīng)濟(jì)貝類(lèi)消失不見(jiàn),大型底棲動(dòng)物的豐度、生物量和生物多樣性隨入侵年限的增加先升后降。互花米草入侵也使鳥(niǎo)類(lèi)食源、棲息生境減少或喪失。
形成“生物堤壩”,影響潮間帶水文連通性。高大密集的互花米草在低中潮灘形成一道“生物堤壩”,影響海水交換過(guò)程,相當(dāng)于自然的圍填海。這種生物堤壩可以堵塞潮溝,降低潮汐浸淹的時(shí)長(zhǎng)和頻率,阻隔潮灘水文連通性,通過(guò)改變水鹽狀況等生境特征而影響本土物種。
互花米草防治理念
由于互花米草治理難度大、成本高,雖然部分沿海省市已開(kāi)展了規(guī)模化互花米草治理工作,但截至2015年,我國(guó)互花米草分布區(qū)總面積持續(xù)快速增加。快速、有效、安全地控制互花米草的擴(kuò)散蔓延,是我國(guó)濱海濕地保護(hù)管理工作面臨的巨大挑戰(zhàn)。由于山東及其以北地區(qū)互花米草面積小且近10年才進(jìn)入爆發(fā)式擴(kuò)張期,2017年以來(lái)北方地區(qū)互花米草的防范治理才受到關(guān)注。
互花米草的生態(tài)影響可能因地而異。因此,宜根據(jù)互花米草生態(tài)危害的大小,對(duì)其進(jìn)行分區(qū)有序的防控,并對(duì)不同生境的互花米草采用因地制宜的防治技術(shù)。本文提出了“生態(tài)危害評(píng)估—分區(qū)有效控制—監(jiān)測(cè)預(yù)警”的防治理念(圖1):① 生態(tài)危害評(píng)估,包括對(duì)本土動(dòng)植物及其生境的影響、對(duì)航道和泄洪的影響等,按照危害大小進(jìn)行分區(qū)。② 分區(qū)有效控制,對(duì)生態(tài)危害大的區(qū)域,全面清除互花米草;對(duì)生態(tài)危害小的區(qū)域,及時(shí)有效控制互花米草,防止其繼續(xù)擴(kuò)散。③ 監(jiān)測(cè)預(yù)警,防范互花米草二次入侵,防止敏感的潛在互花米草分布區(qū)遭受入侵;若發(fā)現(xiàn)二次入侵或新入侵的互花米草,在幼苗期將其全面清除。
生態(tài)危害評(píng)估
從代表性和可行性角度考慮,建議調(diào)查評(píng)估互花米草入侵區(qū)域和本土生態(tài)系統(tǒng)中的植被、大型底棲動(dòng)物及鳥(niǎo)類(lèi)的差別(表1),并根據(jù)差別大小進(jìn)行危害等級(jí)劃分——與未入侵的本土生態(tài)系統(tǒng)相比,互花米草入侵區(qū)域的指標(biāo)數(shù)值越小,則生態(tài)危害越大。具體調(diào)查評(píng)估方法可以參照T/CAOE 20《海岸帶生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)。
分區(qū)有效控制
根據(jù)互花米草生態(tài)危害等級(jí)評(píng)估結(jié)果,結(jié)合互花米草面積等因素,把互花米草劃分為重點(diǎn)治理區(qū)、一般治理區(qū)、有效控制區(qū)3個(gè)等級(jí),分區(qū)依據(jù)和防治目標(biāo)見(jiàn)表2。
治理互花米草時(shí),根據(jù)生境特征如地形地貌、水文條件等采取因地制宜的技術(shù),既可提高治理效率,又能降低治理成本。對(duì)于低潮灘、中潮灘、高潮灘和河道溝渠的互花米草,分別建議采用貼地刈割、刈割+圍淹、刈割+翻耕和刈割+圍淹等治理技術(shù)。
監(jiān)測(cè)預(yù)警
監(jiān)測(cè)區(qū)域應(yīng)包括互花米草治理區(qū)及其鄰近濕地。在治理工程完成后,需要建立巡查預(yù)防制度,防范二次入侵。借助無(wú)人機(jī)、氣墊船等設(shè)備,每年重點(diǎn)在幼苗期(4—6月)進(jìn)行巡查,一旦發(fā)現(xiàn)互花米草,將其及時(shí)清除;由于幼苗的治理難度小、治理成本低,清除完成日期不宜晚于8月。
互花米草治理技術(shù)
互花米草治理技術(shù)包括物理治理技術(shù)、化學(xué)治理技術(shù)、生物控制技術(shù)和綜合治理技術(shù)。不同技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,治理效果也有較大差異,需因地制宜地采取不同治理技術(shù)(圖2)。
物理治理技術(shù)
物理治理技術(shù),如人工清除、刈割等一般不會(huì)造成環(huán)境污染,短期內(nèi)對(duì)生物可能有一定干擾,但不會(huì)對(duì)環(huán)境和本土生物產(chǎn)生長(zhǎng)期、不可逆的影響,互花米草治理完成后本土生物和生境一般可逐漸自然恢復(fù)。比較有效的物理治理技術(shù)包括人工清除、刈割和淹水等(表3)。
人工清除,通過(guò)人力或借助簡(jiǎn)單設(shè)備清除互花米草。其最大的缺點(diǎn)是效率低,因此不適用于大面積治理,但可用于新入侵或治理后復(fù)生零星互花米草的治理。由于互花米草密度高、繁殖能力強(qiáng),一次治理通常難以清除所有的互花米草(表3和4)。
刈割,直接割除互花米草地上植株。刈割可削弱植物生長(zhǎng),并降低種子產(chǎn)量。刈割的控制效果受刈割時(shí)機(jī)、刈割頻率和潮汐特征等因素的影響,刈割時(shí)機(jī)比刈割頻率更重要。在孕穗期至揚(yáng)花期的刈割可獲得最佳控制效果,其他時(shí)期的刈割效果不好,甚至可能促進(jìn)互花米草再生。連續(xù)多次刈割能取得更好的治理效果。刈割的治理效果還受到潮汐等環(huán)境因素的影響,在淹水時(shí)間長(zhǎng)的區(qū)域其效果更佳。
淹水,該方法也被常用于互花米草治理。雖然持續(xù)淹水脅迫一般不會(huì)使克隆苗和成體互花米草死亡,但對(duì)實(shí)生苗有致命威脅。水深為10—20 cm時(shí),持續(xù)淹水2—3個(gè)月可使5—10 cm高的實(shí)生苗全部死亡。
物理治理技術(shù)在鹽沼濕地和紅樹(shù)林濕地均可使用。此類(lèi)技術(shù)可以高效滅除種子萌發(fā)的實(shí)生苗,但對(duì)成體互花米草的治理效果稍差;多次實(shí)施人工清除或刈割等物理措施可取得更好的治理效果。
化學(xué)治理技術(shù)
化學(xué)治理技術(shù)一般是施用除草劑滅殺互花米草。根據(jù)除草劑在植物體內(nèi)傳導(dǎo)能力的差異,將除草劑分成觸殺型除草劑和內(nèi)吸傳導(dǎo)型除草劑——前者只能殺死直接接觸到藥劑的植物組織;后者被植物莖葉吸收后,能被傳送到根部,造成植物全株死亡(圖3)。根據(jù)選擇性差異可將除草劑分成選擇性除草劑和廣譜滅生性除草劑——后者對(duì)植物的傷害無(wú)選擇性。目前,常被用于治理互花米草的的除草劑包括高效蓋草能(haloxyfop-R-methyl)、灘涂米草除控劑、草甘膦(glyphosate)、草銨膦(glufosinate ammonium)、咪唑煙酸(imazapyr)等(表4)。雖然美國(guó)環(huán)境保護(hù)局許草甘膦和咪唑煙酸在河口環(huán)境中使用,但是這2種除草劑滅殺互花米草的效果并不理想。高效蓋草能對(duì)互花米草的治理效果在不同供試除草劑中是最好的,但其短期內(nèi)對(duì)底棲動(dòng)物有一定毒害。用藥劑量和用藥時(shí)間都會(huì)影響高效蓋草能滅殺互花米草的效果,每年6—8月是最佳用藥時(shí)間。
化學(xué)治理技術(shù)簡(jiǎn)單易行,但可能對(duì)環(huán)境和本土生物產(chǎn)生負(fù)面影響。雖然一些研究發(fā)現(xiàn),使用除草劑治理互花米草時(shí),海水、沉積物和縊蟶等生物體內(nèi)未檢出藥劑殘留,但這些研究都是小區(qū)研究,施藥后短時(shí)間內(nèi)潮汐可能已把殘留藥劑帶入大海中。例如,在黃河口的研究發(fā)現(xiàn),噴施高效蓋草能和草甘膦等除草劑后的數(shù)月內(nèi),螃蟹消失不見(jiàn)。因此,在大面積應(yīng)用化學(xué)技術(shù)治理互花米草之前,應(yīng)對(duì)其負(fù)面影響做全面、長(zhǎng)期的評(píng)估。
生物控制技術(shù)
生物控制技術(shù)包括生物天敵控制技術(shù)和生物替代技術(shù)。
生物天敵控制技術(shù),指利用寄主范圍較為專(zhuān)一的植食性動(dòng)物或病原微生物,通過(guò)直接取食或致病等方式控制有害植物。目前,利用生物天敵控制互花米草的研究非常少,研究人員嘗試用玉黍螺(Littoraria irrorata)、麥角菌(Ciavieps purpurea)和稻飛虱(Prokelisia marginata)控制互花米草,但效果均不佳。
生物替代技術(shù),是用競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的本地植物取代外來(lái)入侵植物的一種生態(tài)學(xué)防治技術(shù)。生物替代技術(shù)在紅樹(shù)林地區(qū)表現(xiàn)出較好效果,但在鹽沼地區(qū)效果不佳。使用該類(lèi)技術(shù)時(shí)一般需要先利用物理或化學(xué)方法清除互花米草,然后種植本土植被,以鞏固治理效果并恢復(fù)本土生態(tài)系統(tǒng)。因此,生物替代技術(shù)也屬于綜合治理技術(shù)——但由于其強(qiáng)調(diào)在治理互花米草的同時(shí)修復(fù)本土植被,研究人員通常把生物替代技術(shù)單列為一類(lèi)治理技術(shù)(表5)。目前研究較多的是利用蘆葦和紅樹(shù)植物對(duì)互花米草進(jìn)行生物替代。雖然蘆葦比互花米草有更好的耐淹能力,但其耐鹽性能弱于互花米草,因此蘆葦無(wú)法成功替代互花米草。生物替代技術(shù)的研究與應(yīng)用更多地出現(xiàn)在紅樹(shù)林地區(qū)。用紅樹(shù)替代互花米草的原理與遮蔭方法相似,當(dāng)林分郁閉度超過(guò)0.6時(shí),林下互花米草由于光照強(qiáng)度過(guò)弱而停止生長(zhǎng)并逐漸消亡。用紅樹(shù)植物替代互花米草的技術(shù)措施包括“人工刈割+種植紅樹(shù)”、“刈割+高程抬高+種植紅樹(shù)”、“刈割+水淹+種植紅樹(shù)”和“刈割+翻耕+覆膜+種植紅樹(shù)”等。常用的紅樹(shù)植物包括秋茄(Kandelia obovata)、無(wú)瓣海桑(Sonneratia apetala)和海桑(Sonneratia caseolaris)等。其中,秋茄是我國(guó)最耐寒的紅樹(shù)植物,人工引種的北界是溫州樂(lè)清。在浙江鰲江口和福建漳江口,利用秋茄替代互花米草取得了很好的效果,但在廣東珠海淇澳島的效果不佳,這可能和管護(hù)有關(guān)——在秋茄幼苗種植初期,應(yīng)定期刈割去除互花米草。另外,高密度種植有利于秋茄占據(jù)生態(tài)位空間。無(wú)瓣海桑也是外來(lái)物種,在廣西北海等地表現(xiàn)出了一定的入侵性,因此應(yīng)慎用其替代互花米草。海桑在我國(guó)僅天然分布于海南,目前已廣泛引種于廣東、廣西。應(yīng)用海桑替代互花米草的研究很少,在廣東珠海淇澳島的研究發(fā)現(xiàn),海桑替代互花米草的效果不佳。
總體而言,生物替代技術(shù)難以用于鹽沼濕地,但在紅樹(shù)林濕地互花米草的防治中得到了較多應(yīng)用,未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)利用本土紅樹(shù)替代治理互花米草的技術(shù)研究和推廣應(yīng)用。
綜合治理技術(shù)
綜合治理技術(shù)是指把不同治理技術(shù)配合使用,通常可以取得更好的治理效果,因此研究與應(yīng)用最為廣泛。高效綜合治理技術(shù)包括“刈割+淹水”“刈割+翻耕”和“刈割+遮蔭”等(表6),并且前述生物替代技術(shù)也屬于綜合技術(shù)。
“刈割+淹水”,既能控制互花米草的生長(zhǎng)和有性繁殖,還會(huì)使刈割后的根茬窒息死亡。“刈割+淹水”的治理效果因時(shí)間而異,6—8月是適宜的治理時(shí)機(jī),但6月比8月更佳,為了保障治理效果、減少筑堤難度和成本,留茬高度不宜超過(guò)10 cm。
“刈割+翻耕”,能同時(shí)控制互花米草的有性繁殖和無(wú)性繁殖。多遍翻耕可有效提高治理效果,但不同翻耕深度對(duì)治理效果無(wú)顯著影響。“刈割+翻耕”的治理效果在北方可能優(yōu)于南方:10月中旬即生長(zhǎng)季末期的“刈割+翻耕”對(duì)黃河口互花米草無(wú)性繁殖的控制效率可達(dá)99.4%;但在長(zhǎng)江口,2—3月的“刈割+翻耕”對(duì)互花米草無(wú)性繁殖的控制效率為30%—85%。
“刈割+遮蔭”,通過(guò)抑制光合作用除治互花米草,通常先刈割并移走互花米草,然后覆蓋遮蔭材料。低于15%的透光率可能關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),透光率越低,效果越好;當(dāng)遮蔭透光率小于0.3%時(shí),遮蔭2—3個(gè)月可完全殺死互花米草。不同月份實(shí)施刈割+遮蔭都有很好的治理效果,但5—7月優(yōu)于8—11月。
綜合治理技術(shù)通常比單一治理技術(shù)的效果更好,在鹽沼濕地和紅樹(shù)林濕地,都可以采用綜合治理技術(shù)控制互花米草。
我國(guó)互花米草防治現(xiàn)狀
2012年1月—2023年6月初,我國(guó)共實(shí)施規(guī)模化互花米草防治相關(guān)項(xiàng)目188項(xiàng),總投資約為23.81億元(表7)。其中,治理類(lèi)項(xiàng)目的數(shù)量和投資額度均最多,其次是治理恢復(fù)類(lèi)即治理互花米草并恢復(fù)本地植被的項(xiàng)目。
各沿海省份互花米草防治項(xiàng)目
2012—2014年,上海市、福建省和廣東省便開(kāi)始了規(guī)模化互花米草治理,其他沿海省份多數(shù)從2017年開(kāi)始規(guī)模化互花米草防治工作(圖4)。2012—2019年,我國(guó)實(shí)施互花米草防治項(xiàng)目26個(gè);2020年開(kāi)始,互花米草防治項(xiàng)目進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。上海市、山東省、福建省和江蘇省用于互花米草防治的資金遠(yuǎn)高于其他沿海省份(市),分別為12.24億元、4.20億元、3.31億元和2.58億元(圖5)。
互花米草治理成本
涉及互花米草治理成本的研究文獻(xiàn)很少。美國(guó)華盛頓州用化學(xué)方法治理互花米草的成本約為124600元/千米海岸線(17500美元/千米,按7.12倍匯率換算);我國(guó)黃河口的化學(xué)治理成本和“刈割+淹水”治理成本分別為7920和29325元/公頃;南非的化學(xué)治理成本為55536元/公頃(7800美元/公頃,按7.12倍匯率換算)。
規(guī)模化治理的成本高于文獻(xiàn)報(bào)道。根據(jù)54個(gè)公開(kāi)招標(biāo)的治理項(xiàng)目,互花米草治理成本平均值為44370元/公頃,中位數(shù)為29700元/公頃(圖6)。化學(xué)治理方法的治理成本一般低于物理治理方法,但天津市采用化學(xué)方法的成本也高達(dá)28653元/公頃。各地互花米草治理成本差異很大,可能與互花米草分布狀況、環(huán)境差異和所用技術(shù)不同有關(guān)。
互花米草防治的對(duì)策與建議
防控結(jié)合,建立互花米草防治長(zhǎng)效機(jī)制
互花米草防治長(zhǎng)效機(jī)制包括預(yù)警監(jiān)測(cè)和治理成果鞏固。① 建立高分辨率衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)航拍和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等技術(shù)手段相結(jié)合的預(yù)警監(jiān)測(cè)體系。在治理工程結(jié)束后,定期監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并全面清除遺漏復(fù)生或二次入侵的互花米草。② 本土植被恢復(fù)和灘涂利用是鞏固互花米草治理成果的有效手段。在適宜區(qū)域,可在互花米草治理后種植速生紅樹(shù)或開(kāi)展灘涂底播養(yǎng)殖。
產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,優(yōu)化綜合治理技術(shù)
雖然科研人員已經(jīng)研發(fā)出多種高效的綜合治理技術(shù),但這些技術(shù)多數(shù)是基于小區(qū)試驗(yàn)研究,在大規(guī)模治理互花米草時(shí),可能遇到很多新問(wèn)題。因此,應(yīng)鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同實(shí)施規(guī)模化互花米草治理工程,在實(shí)踐中進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有綜合治理技術(shù),研發(fā)新技術(shù),并有效保障技術(shù)落地,從而提高互花米草治理效率并降低治理成本。
加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備研發(fā),保障治理技術(shù)落地
復(fù)雜多變的地理環(huán)境給互花米草治理帶來(lái)很大難度,不同地理環(huán)境中需要不同的治理技術(shù)和配套的專(zhuān)業(yè)設(shè)備,專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備的缺乏在很大程度上限制了治理技術(shù)的有效發(fā)揮。因此,需要根據(jù)互花米草治理技術(shù)特征、地理環(huán)境和地質(zhì)條件等因素,研發(fā)專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備,從而提高治理效率,降低治理成本,保障互花米草治理技術(shù)的落地性。
加強(qiáng)治理效果與環(huán)境影響評(píng)估
任何一種互花米草治理方法都會(huì)對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)不同程度的擾動(dòng)。在治理過(guò)程中,需定期監(jiān)測(cè)評(píng)估治理效果及其影響,為實(shí)現(xiàn)對(duì)治理工程的全生命周期管理提供依據(jù)和指導(dǎo)。另外,可能還需要評(píng)估互花米草治理后海岸侵蝕、風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害的發(fā)生概率或速率,以便為海岸帶保護(hù)提供理論與技術(shù)支持。
(作者:謝寶華、韓廣軒,中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /山東省海岸帶環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院黃河三角洲濱海濕地生態(tài)試驗(yàn)站;《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿)