我國水域水葫蘆的分布·影響·防治措施

秦智雅，陶景怡，胡 辰，阮愛東，2*

(1. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京 210098；2. 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098)

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我國水域水葫蘆的分布·影響·防治措施

秦智雅1，陶景怡1，胡 辰1，阮愛東1，2*

(1. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京 210098；2. 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098)

我國水體中的水葫蘆屬“外來入侵物種”之一，因其生長繁殖迅速，在諸多水域泛濫成災(zāi)，已對我國水體生態(tài)平衡構(gòu)成重大威脅。在充分分析水葫蘆在我國分布狀況、繁衍趨勢及入侵風(fēng)險的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了水葫蘆泛濫對水體動力狀態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量、社會經(jīng)濟(jì)等方面的影響，概述了水葫蘆的開發(fā)利用現(xiàn)狀，并提出針對性的防治措施。

水葫蘆；生物入侵；危害；防治

水葫蘆(Eichhorniacrassipes)又名鳳眼蓮、洋水仙等，屬雨久花科多年生水生植物。水葫蘆通常漂浮于水面，葉片叢生，葉柄呈海綿狀葫蘆體；多數(shù)花為穗狀花序，花瓣6枚，藍(lán)紫色，其中一枚較大而中心帶黃色，似鳳眼狀，故又名鳳眼蓮。水葫蘆的繁殖能力極強(qiáng)，是世界上生長繁殖最快的水草之一。其兼有有性與無性兩種繁殖方式，以無性繁殖為主。種子可存活5～20 a，在0～40 ℃均能生長，13 ℃以上開始繁殖，20 ℃以上生長加快，25～32 ℃生長最快，35 ℃以上生長減緩，43 ℃以上則逐漸死亡。在適宜條件下每5 d可繁殖1株新植株，依此速率，1株水葫蘆1a之內(nèi)可繁殖達(dá)到1.4億株，足以鋪滿140 hm2的水面，鮮質(zhì)量可達(dá)28 000 t[1]。因此，水葫蘆可在絕大多數(shù)淡水水域快速繁殖，并成為該水域優(yōu)勢種群，影響該水域的種群結(jié)構(gòu)和生態(tài)平衡，對當(dāng)?shù)厮Y源功能的發(fā)揮構(gòu)成威脅。筆者綜述了我國水葫蘆的分布現(xiàn)狀及防治措施，以期為我國水域水葫蘆泛濫的防控提供決策依據(jù)。

1 我國水葫蘆的物種引入與分布擴(kuò)散趨勢

基于對我國各年份水葫蘆分布數(shù)據(jù)的分析，分別以1950、1980年為時間分界在ArcGIS中重建歷史演變過程，分析得出水葫蘆在我國分布范圍的變化趨勢(圖1)[2]。

1951年以前，我國境內(nèi)的水葫蘆處于種群初建階段，主要分布于珠江流域和長江以南地區(qū)，擴(kuò)散情況并不嚴(yán)重，種群規(guī)模也較小，未帶來大的入侵危害。1951～1980年水葫蘆處于引入利用階段。由于這個時期我國物質(zhì)相對匱乏，水葫蘆可用作養(yǎng)殖業(yè)飼料和田間肥料，且其繁殖速度極快，因此各地紛紛引入利用。鑒于此，20世紀(jì)50年代以來水葫蘆逐漸向北擴(kuò)散，到達(dá)長江以北地區(qū)，甚至在河北省、河南省均發(fā)現(xiàn)了水葫蘆的蹤跡。1981年至今，水葫蘆處于快速擴(kuò)散階段，呈種群暴發(fā)式增長。

從全國范圍來看，水葫蘆在華北、華東、華中、華南和西南的19個省(市、區(qū))水域均有分布，其中對廣東、云南、臺灣、福建、上海、浙江5省1市的危害最為嚴(yán)重[3]。從水系分布來看，水葫蘆的增長尤以珠江水系、長江中下游水系和東南沿海諸河最為嚴(yán)重(圖2)[2]。因此，水葫蘆生態(tài)污染現(xiàn)象逐漸引起我國政府、民眾和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，對水葫蘆的研究也逐漸深入。

2 我國水體中水葫蘆的入侵風(fēng)險分析

利用ArcGIS預(yù)測得出水葫蘆的分布區(qū)域，將預(yù)測區(qū)域劃分為5類區(qū)域(表1)[2]。

表1 我國水葫蘆入侵風(fēng)險等級評價

Table 1 Grade evaluation of invasive risk ofEichhorniacrassipesin China

分類等級Classificationgrade風(fēng)險預(yù)測區(qū)域等級Gradeofriskforecastregion評價指標(biāo)EvaluationindexⅠ不適宜生長區(qū)<30%Ⅱ可以生長區(qū)30%～<50%Ⅲ適宜生長區(qū)50%～<70%Ⅳ輕度威脅區(qū)70%～<90%Ⅴ重度威脅區(qū)≥90%

根據(jù)表1中的風(fēng)險等級和標(biāo)準(zhǔn)，利用ArcGIS進(jìn)行圖層疊加和數(shù)據(jù)重分類分析，得出水葫蘆在我國的潛在風(fēng)險等級分布情況(圖3)[2]。

按照行政區(qū)劃，將水葫蘆入侵風(fēng)險區(qū)域分為5個等級(表2)[2]。其中，面積最大的是安全區(qū)，占全國面積的53.95%。擴(kuò)散區(qū)和威脅區(qū)占全國面積比例共計13.61%，這是需要針對性治理的地區(qū)[2]。適宜區(qū)和可生長區(qū)目前入侵風(fēng)險不高，但鑒于入侵的水葫蘆遺傳變異能力較強(qiáng)，仍需要引起重視。

圖1 水葫蘆在我國的分布點(diǎn)動態(tài)變化情況Fig.1 Dynamic changes of distribution points of Eichhornia crassipes in China

圖2 我國的水葫蘆區(qū)域分布Fig. 2 Regional distribution of Eichhornia crassipes in China

圖3 水葫蘆在我國的潛在風(fēng)險等級分布Fig. 3 Grade distribution of invasive risk of Eichhornia crassipes in China

3 水葫蘆快速繁殖與生態(tài)擴(kuò)張的影響與危害

水葫蘆依其優(yōu)越的競爭機(jī)制與繁殖速率，往往很快成為生長水域的優(yōu)勢種群，對水體環(huán)境造成重大影響。其對水環(huán)境的影響概括起來可分為以下幾大類：

3.1 對水體動力狀態(tài)的影響 汛期上游降水較多，洪峰流量過境時，受水葫蘆覆蓋區(qū)的頂托，上游來水的下泄受到阻擋，引起局部水位壅高，地勢較低的岸段容易被水漫灌，嚴(yán)重時引起堤岸的坍塌，造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。黃本勝等[4]研究表明，水葫蘆造成河道水位的壅高隨著水流流速的增加而增加，當(dāng)水流流速超過一定范圍時，水葫蘆發(fā)生疊加，可堵塞河道、橋孔和閘門等。水葫蘆堵塞閘門將影響排洪泄洪，遇雨或洪水時存在溢流和決堤等風(fēng)險。若是水葫蘆卷入螺旋槳，還會造成船舶發(fā)動機(jī)損壞，難以運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 對水體生態(tài)系統(tǒng)的影響 水葫蘆的快速增殖常形成漂浮植氈層，改變水生生境，對生物群落的物種組成產(chǎn)生明顯的影響，使其他水生動植物減少甚至滅絕，致使物種單一化，進(jìn)而影響整個淡水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。水葫蘆泛濫常造成水體流速下降，pH和溶解氧濃度降低(當(dāng)溶解氧降低到1 mg/L時，大部分魚類就會窒息死亡)，水中CO2濃度增高，光線穿透能力降低，導(dǎo)致大量水生動植物死亡，致使水體變黑變臭，水質(zhì)惡化加速。如果支流開閘泄洪，會將集聚于閘內(nèi)靜水中的大量水葫蘆排入河網(wǎng)，將中小型河道的污染物帶到下游主河道[5]。此外，過多的水葫蘆覆蓋水面，為蚊蠅等害蟲提供了適宜的滋生繁殖場所，加劇了生物污染和病菌傳播，同時污染了供水水源及水環(huán)境。衰亡的水葫蘆在水中腐解，將富集于水葫蘆的污染物轉(zhuǎn)移到水體和底泥中。水葫蘆殘體被微生物分解，消耗大量溶解氧，使得下層水體溶解氧下降；分解時常產(chǎn)生硫化氫等氣體和一些毒素，不僅發(fā)出難聞的惡臭，還對周邊人群和動物的身體健康構(gòu)成威脅。

表2 我國水葫蘆潛在威脅等級分類和綜合評價

Table 2 Classified grades and comprehensive evaluation ofEichhorniacrassipes′ potential threat in China

風(fēng)險區(qū)域等級Riskregiongrade占全區(qū)面積百分比Proportioninthewholearea∥%等級面積Gradeareakm2占全國面積百分比ProportionintotalareaofChina∥%威脅區(qū)Threateningarea≥98937961．069．90擴(kuò)散區(qū)Diffusionarea90～98351479．633．71適宜區(qū)Suitablearea30～901028133．0610．85可生長區(qū)Growablearea0～302045845．8421．59安全區(qū)Safearea05112517．3753．95

3.3 對水體環(huán)境質(zhì)量的影響 水葫蘆可在一定程度上緩解水體的富營養(yǎng)化程度。首先，水葫蘆對諸多藻類存在化感效應(yīng)，其根系向水體分泌的有機(jī)物質(zhì)能傷害或殺滅藻類[6]。其次，水葫蘆能通過營養(yǎng)和光照的競爭，控制包括藻類在內(nèi)的浮游植物的豐度[7]。第三，水葫蘆生長過程中需要吸收大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)[8]，并對重金屬離子[9]、農(nóng)藥及其他有機(jī)物等有極強(qiáng)的富集能力[10-11]。因此，目前太湖、滇池流域在一定范圍內(nèi)利用水葫蘆治理藍(lán)藻暴發(fā)，采用圍網(wǎng)或網(wǎng)欄等設(shè)施[12]將水葫蘆控制在限定區(qū)域。該方法需要及時打撈，原因是一方面防止水葫蘆失控泛濫，另一方面避免水葫蘆因不能自然越冬而枯死所可能造成的二次污染。此外，滇池外海規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆，因其下風(fēng)向種養(yǎng)區(qū)藍(lán)藻過量堆積死亡，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水體缺氧，NH+4濃度過高，最終致使水葫蘆發(fā)生局部死亡[13]。

3.4 水葫蘆生態(tài)污染對社會經(jīng)濟(jì)的影響 全國眾多省市每年都要人工打撈水葫蘆，如廣州市沒有清理源頭的水葫蘆，每年僅打撈雨水沖刷下來的水葫蘆近10萬t，費(fèi)用達(dá) 3 000余萬元[14]。水葫蘆造成的損失則無從計算，還需要年復(fù)一年的投入。

4 水葫蘆的開發(fā)利用與防控對策

4.1 開發(fā)利用 水葫蘆可加工成畜禽的青飼料。水葫蘆中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量很高，分別達(dá)3.30%、1.28%和3.36%，可以制作優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥[15]。水葫蘆干重中的12.07%為粗蛋白[16]，表明其為反芻類畜禽很好的替代飼料。研究發(fā)現(xiàn)，用水葫蘆作為主要飼料飼養(yǎng)麻鴨[17]、肉鵝[18]、山羊[19]等畜禽時，日增重量均會減少，而在飼料中加入一定比例的水葫蘆干粉，畜禽才能正常生長。這是由于水葫蘆莖中含有大量的空隙且充滿空氣，其含水量又高，作為飼料時會導(dǎo)致畜禽攝入水分和空氣，讓畜禽產(chǎn)生飽腹感，因此應(yīng)將水葫蘆切碎從而減少空氣及水分含納能力。水葫蘆的含水量高達(dá)95%左右，需利用自然干燥(風(fēng)吹、太陽曬)和機(jī)械干燥相結(jié)合，飼料加工成本高，經(jīng)濟(jì)效益相對較差，相關(guān)加工技術(shù)與設(shè)備正處于積極研發(fā)或完善狀態(tài)[20-21]。

4.2 治理與防控對策

4.2.1 物理防治。物理防治是通過人工或機(jī)械(如水上割草機(jī))對水葫蘆進(jìn)行打撈處理。該方法的優(yōu)點(diǎn)是對環(huán)境安全、見效快、打撈上岸的水葫蘆可繼續(xù)綜合利用。在需要迅速清除以保護(hù)重要設(shè)施與建筑物的情況下，物理防治是較好的方法。但勞動強(qiáng)度大，人工打撈速度甚至跟不上水葫蘆的生長速度；打撈和運(yùn)輸成本高，無法打撈種子，治標(biāo)不治本；水葫蘆打撈后如不妥善處理，還會成為新的污染源。水葫蘆的擴(kuò)散運(yùn)移與水動力等條件有關(guān)，可在其運(yùn)移過程中實(shí)施連續(xù)攔截、引導(dǎo)分散至指定部位(如三峽工程水力一體治漂浮排)。因此，物理防治可因勢利導(dǎo)，提高綜合治理效果[22]。

4.2.2 化學(xué)防治?；瘜W(xué)防治是利用化學(xué)藥劑對水葫蘆進(jìn)行治理。目前常用的藥劑有克蕪蹤(Paraquat)、草甘膦(Glyphosate)、農(nóng)達(dá)(Roundup)、41%Bioforce水劑[23]。其優(yōu)點(diǎn)是易于大面積應(yīng)用，見效快。但該方法費(fèi)用較高；化學(xué)藥劑對其他植物也具有一定殺傷力，對水生生態(tài)系統(tǒng)破壞大，并污染環(huán)境?；瘜W(xué)防治同樣也難以清除水葫蘆的種子，且水葫蘆有很強(qiáng)的抗藥性，防治效果不持久。

4.2.3 生物防治。生物防治是從原產(chǎn)地引進(jìn)天敵，在受污染水域放養(yǎng)水葫蘆象甲蟲、水葫蘆螟峨等以水葫蘆為食的生物，建立種群，對其實(shí)施長期控制。一旦在野外建立天敵昆蟲種群，和水葫蘆建立起相互抑制的動態(tài)平衡，防治效果就會有較強(qiáng)的持久性。其中，水葫蘆象甲是國際上應(yīng)用最早也是最為成功的控制水葫蘆的天敵昆蟲。該方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、對環(huán)境安全，缺點(diǎn)是控制速度較慢(一般需要幾年)，如果有新的水葫蘆不斷傳入控制區(qū)域，加之水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致水葫蘆生長速度快，生物控制體系很難在短時間內(nèi)建立起動態(tài)平衡，最終會導(dǎo)致水葫蘆的暴發(fā)。同時，該方法具有一定的生態(tài)風(fēng)險性，應(yīng)注意防止對引入地其他物種造成危害。防治生物與水葫蘆建立起相互抑制的動態(tài)平衡，防治效果較好，持久性較強(qiáng)。

4.2.4 綜合防治。防治方法需因地制宜，如水閘前的水葫蘆密度較大，所處位置水動力較微弱，因此可采用物理防治打撈后運(yùn)走。在河道變向較快的河流凸岸或有較大障礙物的河流凹岸，也會有大量水葫蘆，亦可采用物理防治方法。干流上的水葫蘆，在水流、船舶、風(fēng)等作用下漂流，密度相對較小，分布面積較廣，采用物理防治費(fèi)時費(fèi)力，可采用生物防治或綜合防治方法。上游采用屬于長期防治的生物法，下游采用物理或化學(xué)防治方法。每種控制方法都有其最佳的適用范圍，鑒于水葫蘆極強(qiáng)的種群恢復(fù)和擴(kuò)散能力，單獨(dú)使用物理、生物或化學(xué)防治方法都難以取得快速、持久的控制效果，因此應(yīng)采用綜合治理對策，如鄭西華等[24]研究得出一定數(shù)量的水葫蘆象甲和適量除草劑協(xié)同作用控制效果顯著。

5 結(jié)語

水葫蘆在我國許多河道泛濫成災(zāi)，尤以珠江、長江中下游及東南沿海諸河最為嚴(yán)重，對水體動力狀態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量和社會經(jīng)濟(jì)等方面造成一定影響。目前，水葫蘆的入侵風(fēng)險性尚處于可控狀態(tài)，已有一些開發(fā)利用方法及治理與防控對策，但這些對策各有利弊，諸多趨利避害防控技術(shù)尚待完善。目前的研究多針對水葫蘆在污水治理方面的應(yīng)用，對其凈化機(jī)理有待進(jìn)一步研究，如何有效地控養(yǎng)水葫蘆是必須解決的問題。水葫蘆的開發(fā)利用與治理應(yīng)當(dāng)力求科學(xué)化，盡量避免實(shí)際操作過程中的盲目性，以達(dá)到迅速、高效、低廉和可持續(xù)的防控目的。

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Distribution，Influence and Control Measures of Eichhornia crassipes in China

QIN Zhi-ya1，TAO Jing-yi1，HU Chen1，RUAN Ai-dong1,2*

(1.College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098; 2. State Key Laboratory of Hydrology-water Resources and Hydraulic Engineering，Nanjing，Jiangsu 210098)

Eichhorniacrassipesis an invasive alien species which has become disastrous for local ecosystems in China due to its rapid breeding and growth. On the basis of analysis of the current situation of the explosive growth ofEichhorniacrassipesand the risks of theEichhorniacrassipesinvasion，the effects ofEichhorniacrassipeson hydrodynamics，water ecosystems，water environmental quality economic loss were reviewed. Exploitation and utilization ofEichhorniacrassipeswere summarized. And control measures ofEichhorniacrassipeswere put forward.

Eichhorniacrassipes; Biological invasion; Damage; Control measures

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51378175);2016年度河海大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201610294007)。

秦智雅(1995- )，女，四川成都人，本科生，專業(yè)：自然地理與資源環(huán)境。

2016-08-12

S 45;S 555+.5

A

0517-6611(2016)28-0081-04

*通訊作者，研究員，博士，從事生態(tài)水利學(xué)研究。