華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)植物入侵特征分析

陳 超，黃 頂，王 堃，于井瑞，曲永全

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；2.河北沽源草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)站，河北 沽源 076550；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)敖漢旗草原工作站，內(nèi)蒙古 敖漢旗 024300）

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶作為一種相對(duì)獨(dú)立的地域類型，既具有農(nóng)區(qū)又具有牧區(qū)的特點(diǎn)，是我國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶的重要組成部分［1］。該地區(qū)是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，同時(shí)也是我國(guó)水土流失、土地荒漠化、草地退化等問(wèn)題最集中、最明顯的地區(qū)，在我國(guó)生態(tài)安全方面具有重要地位［2，3］。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)際交流的頻繁，外來(lái)物種的入侵已經(jīng)成為當(dāng)今世界最為棘手的3大環(huán)境難題之一［4］。外來(lái)物種一旦入侵成功，不僅會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)的變化，影響入侵地的生物多樣性，改變?nèi)肭值氐纳鷳B(tài)性質(zhì)和功能；也會(huì)給社會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，威脅著當(dāng)?shù)啬酥寥虻纳鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［5，6］。在我國(guó)，外來(lái)物種的入侵已經(jīng)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大影響和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

在我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，不合理的放牧制度帶來(lái)過(guò)度放牧，片面追求經(jīng)濟(jì)效益導(dǎo)致盲目開(kāi)墾草地和亂采亂挖［7，8］，草原旅游的興起和道路設(shè)施的修建等不可避免地給草原區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重的人為干擾［3，9，10］。這些活動(dòng)對(duì)草原區(qū)土地和原有植被造成嚴(yán)重破壞的同時(shí)，由于交通運(yùn)輸工具的攜帶作用，給外來(lái)物種的入侵也帶來(lái)可能［11］。因此，積極開(kāi)展農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)入侵物種的調(diào)查研究，對(duì)促進(jìn)農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)保護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和保障國(guó)家生態(tài)安全具有重要意義。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地處半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候向干旱典型大陸性氣候過(guò)渡地區(qū)。年均氣溫2～8℃，年均降水量300～450mm，蒸發(fā)量達(dá)2 000～2 500mm。海拔50～4 200m，土壤從東到西依次為黑鈣土、褐土、黑壚土和灰鈣土，其間大量分布有風(fēng)沙土、鹽堿土和灌淤土等隱域性土壤［2］。植物的生長(zhǎng)期為4～9月，無(wú)霜期120d。北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的分布大致以400mm等雨線為中線，分別向兩側(cè)擴(kuò)展到250mm和550mm等雨線，降水變率15%～30%、干燥度1.0～2.0，大致走向：北起大興安嶺的呼倫貝爾市，向南至內(nèi)蒙古通遼市和赤峰市，再沿長(zhǎng)城經(jīng)河北北部、山西北部和內(nèi)蒙古中南部沿西南延伸，直至陜西北部、甘肅東部和寧夏南部的交接地帶。整個(gè)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶呈帶狀分布，其中最為核心的區(qū)域是黃土高原北部和內(nèi)蒙古高原東南邊緣［1，12］。此次的調(diào)查區(qū)域即為內(nèi)蒙古高原東南部和華北平原北部的交接地帶，經(jīng)河北省張家口市到內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市的帶狀區(qū)域。

1.2 研究方法

采用文獻(xiàn)調(diào)研，專家咨詢和實(shí)地考察相結(jié)合的方式，對(duì)華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)入侵植物種類以及分布的生境類型進(jìn)行調(diào)查和記錄。

1.2.1 樣帶的布設(shè) 為探討北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)植物的入侵狀況，采用了樣帶調(diào)查法。根據(jù)地勢(shì)和海拔以及植被特征的異同，設(shè)3條樣帶。在樣帶涉及的每個(gè)旗縣，對(duì)該旗縣農(nóng)區(qū)的農(nóng)田、農(nóng)田和草地的接壤地帶以及撂荒地，牧區(qū)的草地，城市居民點(diǎn)和城市綠化地帶，交通干道兩側(cè)，以及受到人為干擾的林地和沙地進(jìn)行外來(lái)入侵植物種類和生境的調(diào)查。

調(diào)查區(qū)域包括從內(nèi)蒙古自治區(qū)的通遼市跨度到河北省的張家口市。第1條樣帶：經(jīng)張家口市的康寶縣－張北縣－沽源縣－承德市的豐寧縣；第2條樣帶：經(jīng)由內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特盟的太仆寺旗－正藍(lán)旗－多倫－河北承德木蘭圍場(chǎng)；第3條樣帶：從內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市－敖漢旗－奈曼旗－通遼市。

1.2.2 生境類型的調(diào)查 參照相關(guān)文獻(xiàn)［6，13］，將已有外來(lái)入侵植物分布和建植的生境劃分為10種類型：1）農(nóng)田，2）農(nóng)田和草地邊緣，3）道路旁，4）撂荒地，5）庭院村旁，6）城市綠地，7）園圃，8）天然草地，9）山坡地，10）沙地。其中，農(nóng)田包括不同種植年限和不同作物的農(nóng)田，天然草地為不同放牧程度的草地。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Microsoft Word；外來(lái)植物生活型和原產(chǎn)地以及外來(lái)入侵植物與生境類型關(guān)系的數(shù)據(jù)分析和繪圖采用Microsoft Excel。

2 結(jié)果與分析

2.1 外來(lái)入侵植物種類組成

通過(guò)野外調(diào)查和相關(guān)資料的整理［14－20］，我們確定了華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶現(xiàn)有19種外來(lái)入侵植物，隸屬于11科18屬（表1）。

表1 華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)入侵植物目錄Table 1 list of alien invasive plants in agro－pastoral ecotone of Huabei region

2.2 外來(lái)入侵植物的科屬特征

禾本科和菊科兩大科的外來(lái)植物種類最多，分別為4種和3種，占總數(shù)的21.05%和15.79%。其次是豆科、莧科和錦葵科，各有2種外來(lái)植物，占總數(shù)的10.53%。而?？?、旋花科、十字花科、茄科、葡萄科以及漆樹(shù)科只有1種外來(lái)植物，各占總數(shù)的5.26%。

2.3 外來(lái)入侵植物的生活型

通過(guò)分析表明，華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)一、二年生的外來(lái)入侵植物種類共16種，占總數(shù)的84.21%。其次是多年生草本以及木本（包括木質(zhì)藤本）植物，其所占比例較小，分別為5.26%，10.53%。結(jié)果表明，一、二年生植物種類占絕大多數(shù)，而多年生以及木本的植物種類相對(duì)較少（圖1）。

圖1 華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)入侵植物生活型分析Fig.1 Life style of alien invasive plants in agro－pastoral ecotone of Huabei region

2.4 外來(lái)入侵植物的原產(chǎn)地以及引入途徑

原產(chǎn)地為美洲（包括北美洲、美洲熱帶和南美洲）的植物種類最多，占總數(shù)的52.63%。其中北美洲為21.05%（包括1種有多原產(chǎn)地的芒麥草植物），美洲熱帶為26.32%，南美洲為10.53%（圖2）。亞洲地區(qū)以及歐洲地區(qū)的外來(lái)植物種類相對(duì)較少，各占21.05%和10.53%；原產(chǎn)地是非洲和印度的外來(lái)入侵植物種類最少，僅占5.26%。

圖2 華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)入侵植物原產(chǎn)地分析Fig.2 Origin of alien invasive plants in agro－pastoral ecotone of Huabei region

在引入途徑方面：人為有意引入占主要部分，為63.16%（包括引作蔬菜、飼料、觀賞花卉、纖維以及藥用植物等）。其次是無(wú)意引入，占36.84%。因此，在引種方面應(yīng)特別注意攜帶引入的植物種類。

2.5 外來(lái)植物入侵危害狀況

相比較沙地、天然草地和山坡地，道路兩旁、庭院村旁、撂荒地和農(nóng)田以及農(nóng)田草地邊界等人為干擾強(qiáng)烈的地方所受到的危害程度更為嚴(yán)重（圖3）。在植物種類上，危害比較嚴(yán)重的是禾本科的光梗蒺藜草，其分布已經(jīng)遍及內(nèi)蒙古自治區(qū)的多個(gè)旗縣和市區(qū)。例如通遼市的科爾沁區(qū)、開(kāi)魯縣、庫(kù)倫旗、奈曼旗、科爾沁左右旗和赤峰市的敖漢旗等地。此外，豆科的白香草木樨分布也比較廣泛，主要分布在道路兩旁、農(nóng)田以及農(nóng)田和草地邊界，在居民區(qū)常和黃花草木樨大量混生，天然草地也偶見(jiàn)有分布。此外，禾本科的野燕麥對(duì)農(nóng)田作物的危害嚴(yán)重，常大面積侵占農(nóng)田造成危害。

圖3 外來(lái)入侵植物與生境類型關(guān)系分析Fig.3 Habit selection of alien invasive plants

3 討論

一個(gè)物種從進(jìn)入新的生態(tài)系統(tǒng)到最后的入侵成功需要經(jīng)歷很多過(guò)程，入侵植物本身的特性和被入侵生境的特點(diǎn)是非常重要的影響因素［21］。通過(guò)分析華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)植物的生物學(xué)特性以及目前的分布和危害狀況，可以為植物入侵的防控提供相關(guān)依據(jù)和參考。

3.1 外來(lái)植物種類和科屬特征

確定了華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶現(xiàn)有19種外來(lái)入侵植物。在相鄰地區(qū)的研究報(bào)道中，內(nèi)蒙古自治區(qū)有22種外來(lái)入侵植物［15］，河北省有63種外來(lái)入侵植物［14］。這說(shuō)明在氣候類型以及生境類型方面，華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶可能和內(nèi)蒙古自治區(qū)有更大的相似性，而河北省則包含更多樣的氣候類型和生境類型。在科屬特征方面，與龍茹等［14］、蘇亞拉圖等［15］的結(jié)果是一致的，都是菊科、禾本科、莧科和豆科的外來(lái)入侵植物種類最多。另外，該結(jié)果和Ewald等［6］對(duì)中國(guó)外來(lái)入侵植物的研究結(jié)果也大體一致。不同的是，中國(guó)外來(lái)入侵植物中十字花科和茄科種類的也較多。這表明在科屬特征方面，不同地區(qū)會(huì)有所不同，這可能跟植物科屬本身的分布特性有關(guān)。

3.2 生活型特征

在華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)一、二年生的外來(lái)入侵植物種類占比例較大，占總數(shù)的84.21%；而多年生和木本（包括木質(zhì)藤本）植物相對(duì)較少，僅占15.79%。據(jù)Ewald Weber等［6］的報(bào)道，中國(guó)的外來(lái)入侵植物中，一、二年生和多年生植物種類所占的比例都相對(duì)較大，分別為51.5%（包括一年生43.0%，一年生或二年生4.4%以及二年生4.1%）和30.4%。這表明，華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶一、二年生入侵植物所占的比例要明顯高于全國(guó)范圍內(nèi)一、二年生入侵植物所占的比例，這可能跟入侵植物的生活周期以及華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)的氣候條件有關(guān)。對(duì)于一、二年生植物種類來(lái)說(shuō)，它們可以很快產(chǎn)生大量種子并通過(guò)提高遺傳多樣性來(lái)適應(yīng)復(fù)雜的生境；而對(duì)于多年生植物種類來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程可能需要更長(zhǎng)時(shí)間。此外，該地區(qū)年降水稀少且分布不均勻，植物生長(zhǎng)期短［2，3］，這也在一定程度上影響多年生入侵植物的建植、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。

3.3 原產(chǎn)地以及引入途徑

此次的調(diào)查分析表明：原產(chǎn)地為美洲（包括北美洲、美洲熱帶和南美洲）的植物種類最多，占總數(shù)的52.63%。這說(shuō)明美洲的植物較能適應(yīng)中國(guó)的生境，美洲來(lái)源的植物成為中國(guó)入侵植物的可能性更大。該結(jié)果和強(qiáng)勝等［22］、萬(wàn)方浩等［23］的研究結(jié)果是相一致的。另外，北美和東亞基本處于相同的緯度范圍，而且隨著中國(guó)和美國(guó)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的頻繁，未來(lái)時(shí)期內(nèi)北美洲來(lái)源的植物成為中國(guó)入侵植物的可能性也很大。因此，在今后的工作中要特別注意來(lái)自美洲大陸的植物種類。

3.4 入侵危害狀況

通過(guò)對(duì)華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)植物入侵狀況分析表明：沙地和天然草地所受到的外來(lái)物種的影響較小，而道路兩旁、庭院村旁、撂荒地、農(nóng)田以及農(nóng)田草地邊界等人為干擾強(qiáng)烈的地方所受到的外來(lái)物種的危害較為嚴(yán)重。人為的干擾改變了土壤和地上植被的結(jié)構(gòu)，提高資源利用率的同時(shí)卻降低了入侵種和本地種的競(jìng)爭(zhēng)。因此，入侵種更容易在受干擾的生境建立種群并擴(kuò)展。相關(guān)的研究也表明，人類活動(dòng)造成的環(huán)境變化是外來(lái)物種成功入侵的主要因素，外來(lái)物種能夠很快地侵入到荒蕪或被干擾的生境中［6，24－27］。

整體上來(lái)說(shuō)，目前華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶外來(lái)植物的入侵危害程度并不太嚴(yán)重。但是，我們看到的不應(yīng)該只是現(xiàn)在而是將來(lái)。一些外來(lái)物種成為生態(tài)殺手并不是短時(shí)期內(nèi)的事情，他們需要經(jīng)歷傳入期、定植期、潛伏期和擴(kuò)展期等一系列的過(guò)程才可能成為入侵種［28］。其入侵成功需要的時(shí)間可能是幾十年，甚至上百年［26］。目前，華北農(nóng)牧交錯(cuò)帶的一些外來(lái)植物種類，例如可以產(chǎn)生大量種子的白香草木樨、種子可隨風(fēng)遠(yuǎn)距離傳播的芒麥草等，都有可能在未來(lái)的時(shí)期成為危害嚴(yán)重的入侵種。因此，需要認(rèn)識(shí)入侵的機(jī)制和入侵成功的原因，防患于未然，在危害出現(xiàn)之前采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档腿肭治锓N所造成的危害。

致謝：

植物標(biāo)本的鑒定得到中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院李連方老師的幫助；調(diào)查工作得到河北省沽源縣草原站、張北縣草原站，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市敖漢旗草原站和通遼市奈曼旗草原站等地方草原站的大力幫助，在此一并表示感謝！

［1］ 韓建國(guó).農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］ 陳海，趙云龍.中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)－生產(chǎn)示范區(qū)劃及建設(shè)研究［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005.

［3］ 劉洪來(lái)，王藝萌，竇瀟，等.農(nóng)牧交錯(cuò)帶研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（8）：4420－4425.

［4］ 李占鵬，李東軍，王連東.外來(lái)有害生物入侵現(xiàn)狀及防范對(duì)策［J］.山東林業(yè)科技，2003（4）：27－28.

［5］ 齊艷紅，趙映慧，殷秀琴.中國(guó)生物入侵的生態(tài)分布［J］.生態(tài)環(huán)境，2004，13（3）：414－416.

［6］ Ewald W，Shi G S，Bo L.Invasive alien plants in China：diversity and ecological insights［J］.Biol Invasions，2008（10）：1411－1429.

［7］ 李鳳霞，張德罡.草地退化指標(biāo)及恢復(fù)措施［J］.草原與草坪，2005（1）：24－28.

［8］ 王寶山，簡(jiǎn)成功，簡(jiǎn)成貴.由政策制度失配造成草原大面積退化的回顧與反思［J］.草原與草坪，2006（4）：66－68.

［9］ 徐鳳君.內(nèi)蒙古草地退化原因分析及其恢復(fù)治理的科技支撐［J］.科學(xué)管理研究，2002，20（6）：1－6.

［10］ 胡自治.草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：IV.降低服務(wù)功能的主要因素和關(guān)愛(ài)草原的重要意義［J］.草原與草坪，2005（3）：3－8.

［11］ 王明玖，楊茂，張力.草地植物入侵的預(yù)防和控制［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（5）：126－131.

［12］ 孫芳，王堃.中國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［13］ 徐海根，強(qiáng)勝，韓正敏，等.中國(guó)外來(lái)入侵物種的分布與傳入路徑分析［J］.生物多樣性，2004，12（6）：626－638.

［14］ 龍茹，史風(fēng)玉，孟憲東，等.河北省外來(lái)入侵植物的調(diào)查分析［J］.北方園藝，2008（7）：171－173.

［15］ 蘇亞拉圖，金鳳，哈斯巴根.內(nèi)蒙古外來(lái)入侵植物的初步研究［J］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)漢文版），2007，36（4）：480－483.

［16］ 李振宇，解焱.中國(guó)外來(lái)入侵種［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2002.

［17］ 陳守良.中國(guó)植物志：10卷（1）［M］.北京：科學(xué)出版社，1990：64－66，376－378.

［18］ 林镕.中國(guó)植物志：75卷［M］.北京：科學(xué)出版社，1979：368－370，384－386.

［19］ 孔憲武，簡(jiǎn)焯坡.中國(guó)植物志：25卷（2）［M］.北京：科學(xué)出版社，1979：206－209.

［20］ 吳征鎰.中國(guó)植物志64卷（1）［M］.北京：科學(xué)出版社，1979：104－105.

［21］ 曾北危.生物入侵［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［22］ 強(qiáng)勝，曹學(xué)章.中國(guó)異域雜草的考察與分析［J］.植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2000，9（4）：34－38.

［23］ 萬(wàn)方浩，鄧小波，郭建英.重要農(nóng)林外來(lái)入侵物種的生物學(xué)與控制［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［24］ 王芳，王瑞江，莊平弟，等.廣東外來(lái)入侵植物現(xiàn)狀和防治策略［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（10）：2088－2093.

［25］ Inderjit.Plant invasions：Habitat invasibility and dominance of invasive plant Species［J］.Plant and Soil，2005，277：1－5.

［26］ 萬(wàn)方浩，郭建英，張峰.中國(guó)生物入侵研究［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［27］ Elton C S.The Ecology of Invasions by Animals and Plants［M］.Methuen，London，1958.

［28］ 徐承遠(yuǎn)，張文駒，盧寶榮，等.生物入侵機(jī)制研究進(jìn)展［J］.生物多樣性，2001，9（4）：430－438.