膠州灣五河口互花米草群落擴(kuò)展趨勢(shì)及治理策略

張學(xué)峰 張春萌 陳長燕 廉洪朋 張 利 郭靜靜 辛 磊

（1 山東省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014；2 濟(jì)南新綠豪設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250010）

青島市膠州灣是山東半島南部面積最大的近海與海岸濕地資源，是東亞至澳大利亞候鳥遷徙線路上的重要驛站，蘊(yùn)藏著豐富的生物多樣性（王希明等, 2013）。膠州灣灘涂區(qū)域自上世紀(jì)末引種互花米草Spartina alterniflora以來，該群落出現(xiàn)了快速擴(kuò)展的趨勢(shì)。目前整個(gè)膠州灣灘涂不同程度分布著互花米草群落，其中河口區(qū)域分布最為集中。

互花米草是南京大學(xué)生物學(xué)教授鐘崇信于1979年自美國引種的海灘綠化先鋒植物，目的是為了保灘護(hù)岸、促淤造陸等。1980年移栽到福建省羅源縣（仲維暢, 2006），現(xiàn)已分布于廣東、廣西、福建、上海、江蘇、山東、河北、天津等地沿海，山東省渤海灣、膠州灣、黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)分布著大面積互花米草群落（鄧自發(fā)等, 2006; 左平等, 2009; 任廣波等, 2014）。

互花米草原產(chǎn)美洲大西洋沿岸，是禾本科、米草屬多年生草本植物，根由短而細(xì)的須根和根狀莖組成，根系非常發(fā)達(dá)，布于地深可達(dá)300 cm（蔣福興等, 1985）。植株莖稈堅(jiān)韌、直立，桿徑可達(dá)1 cm以上，桿高1～2 m（徐國萬等, 1985）?；セ撞菽望}可達(dá)3.5%、耐淹可達(dá)每日淹沒8 h以上，其繁殖快，但相對(duì)不耐寒（徐國萬等, 1985; 鄧自發(fā)等, 2006）。從上世紀(jì)90年代，媒體開始出現(xiàn)質(zhì)疑互花米草種植的報(bào)道，主要是因繁殖過快，質(zhì)疑者擔(dān)心互花米草會(huì)破壞了原有灘涂的生態(tài)系統(tǒng)，造成原生性生物多樣性的滅絕（仲維暢, 2006）。2003年1月10日，國家環(huán)?？偩峙c中國科學(xué)院聯(lián)合發(fā)布第一批外來入侵物種名單，其中包括互花米草，認(rèn)為該物種“威脅本土海岸生態(tài)系統(tǒng)，致使大片紅樹林消失?！?/p>

圖1 2009年度五河口衛(wèi)星影像Fig.1 Satellite imagery of Wuhekou in 2009

互花米草的生物學(xué)特征和生態(tài)學(xué)特性較為特殊，自引種以來眾多學(xué)者對(duì)該植物研究數(shù)不勝數(shù)，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)互花米草群落進(jìn)行調(diào)查研究也有很多案例，但采用Google Earth歷史影像對(duì)互花米草群落擴(kuò)展的研究未見報(bào)道。本次研究調(diào)取2009-2107年Google Earth衛(wèi)星影像(圖1)，分析了膠州灣五河口區(qū)域互花米草群落擴(kuò)展趨勢(shì)，提出治理策略，給該區(qū)域的濕地保護(hù)和修復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

膠州灣位于黃海中部、膠東半島南岸，是山東省青島市境內(nèi)的半封閉海灣，南北長32 km，東西寬28 km，面積近500 km2。五河口位于膠州灣西岸，為膠州市和青島西海岸新區(qū)交界，是洋河、巨洋河、錯(cuò)水河、龍泉河、仙人河五條河流交匯入海處。

圖2 近年五河口互花米草擴(kuò)展面積Fig.2 Chart of area of Spartina alterniflora community in Wuhekou in recent years

本次研究區(qū)以五河口外灘涂區(qū)域?yàn)橹鳎ㄑ蠛酉掠魏拥赖牟糠謪^(qū)域，地理坐 標(biāo) 東 經(jīng) 120°03′37 " ～ 120°09′25 "， 北 緯36°05′27 " ～ 36°08′09 "， 面 積 約 10 km2。 該 區(qū) 為典型的河口淤泥質(zhì)海岸特征，地貌平緩，比降為1‰～1.25‰（白偉明等, 2005），土壤有機(jī)質(zhì)含量較高。

1.2 研究方法

本研究主要采用現(xiàn)狀調(diào)查訪問、查閱資料和衛(wèi)星遙感判讀技術(shù)，對(duì)區(qū)域衛(wèi)星歷史影像進(jìn)行分析，并在統(tǒng)計(jì)不同年度互花米草群落擴(kuò)展面積的基礎(chǔ)上，對(duì)其擴(kuò)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。衛(wèi)星歷史影像采用Google Earth軟件Timelapse數(shù)據(jù)。Google Earth是谷歌公司開發(fā)的虛擬地球軟件，它把衛(wèi)星照片和GIS布置在一個(gè)模擬地球的三維模型上，用戶通過下載到電腦上的客戶端軟件，可以查閱全球各地的高清晰度衛(wèi)星圖片，借助軟件功能測(cè)量距離和面積，是監(jiān)測(cè)、研究、規(guī)劃等工作最容易使用的軟件之一。2016年11月30日，谷歌地球Timelapse功能更新了數(shù)據(jù)，能讓用戶通過衛(wèi)星圖片查閱1984年以來的地表變化，可以很容易地滿足對(duì)地表景觀30多年來變化的監(jiān)測(cè)研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 互花米草入侵

通過調(diào)取衛(wèi)星歷史影像發(fā)現(xiàn)，2009年五河口外灘涂區(qū)域出現(xiàn)零星的互花米草。該區(qū)域在這一期間沒有人工引進(jìn)該植物，可以斷定是潮汐攜帶互花米草種子或植株在此繁衍。從圖1點(diǎn)狀分布情況看，屬于一批種子繁殖的可能性較大。

因互花米草的高遺傳分化和基因滲入能力，其種群具備快速擴(kuò)展的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，種子抗逆性強(qiáng)，可在海水浸泡3個(gè)月后萌發(fā)(鄧自發(fā)等,2006)，該地出現(xiàn)的互花米草屬于自然點(diǎn)源式擴(kuò)散模式，這也佐證了互花米草的種子通過海水傳播，可以實(shí)現(xiàn)跳躍式長距離擴(kuò)散的結(jié)論(鄧自發(fā)等,2006)。

2.2 互花米草群落擴(kuò)展

選擇2009、2010、2012、2015、2017年5個(gè)年度的Google Earth衛(wèi)星影像。分別在每年度影像界面上，勾繪互花米草群落圖斑，利用軟件面積統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行匯總，得出該年度互花米草群落面積，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析研究。

通過各年度分布面積統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)五河口互花米草群落呈迅速擴(kuò)展的趨勢(shì)（圖2）。究其原因，首先是該植物具有廣鹽性、強(qiáng)耐淹性、高抗低氧脅迫性的生物學(xué)特征。從種子繁殖方面，該植物穗粒數(shù)可達(dá)665粒，河口地區(qū)淡水中萌發(fā)率可達(dá)90%以上；從營養(yǎng)繁殖方面，每個(gè)單株每年增加千株以上新個(gè)體，克隆的群落斑塊直徑達(dá)2 m以上，4年后可達(dá)19 m（李加林, 2005; 鄧自發(fā), 2006）。

將不同年度互花米草分布區(qū)域進(jìn)行疊加，得到互花米草擴(kuò)展軌跡圖（圖3）。從圖3可以看出，一是入侵從河口處開始，說明河口區(qū)域淡水有利于互花米草種子萌發(fā)；二是從一處入侵點(diǎn)快速擴(kuò)展成片，是該物種種子繁殖和營養(yǎng)快速繁殖疊加的結(jié)果，致使群落面積呈爆發(fā)式擴(kuò)展，2017年已經(jīng)從灘涂擴(kuò)展至河道內(nèi)側(cè)；三是互花米草群落在入侵初期呈點(diǎn)狀分布，采用人工清除即可；到后期呈爆發(fā)式擴(kuò)展后，人工清除難度加大。

圖3 五河口互花米草范圍擴(kuò)展軌跡圖Fig.3 The annual distribution areas of Spartina alterniflora community in Wuhekou

2.3 互花米草群落擴(kuò)展預(yù)測(cè)

圖4 五河口互花米草擴(kuò)展理論數(shù)值推導(dǎo)圖Fig.4 The theoretical forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou derived from calculation

圖5 五河口互花米草擴(kuò)展預(yù)測(cè)圖Fig.5 Forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou

根據(jù)5個(gè)年度互花米草群落面積統(tǒng)計(jì)，模擬群落自然擴(kuò)展趨勢(shì)，建立數(shù)學(xué)模型：y=1.692 6e0.5477x，計(jì)算到2020年互花米草群落擴(kuò)展理論面積為1 210.35 hm2（圖 4）。

考慮到海水深度等因素，五河口互花米草群落向水深處擴(kuò)展的空間不大，導(dǎo)致在東西方向上受阻，未來幾年主要沿海岸線向南北擴(kuò)展，并向洋河河道內(nèi)傳播。通過圖形擴(kuò)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析，到2020年，如果沒有人為干預(yù)，五河口區(qū)域互花米草群落分布面積可達(dá)500 hm2左右（圖5)。

2.4 互花米草群落生態(tài)影響分析

五河口為裸露淤泥海灘，地貌平緩，海岸線進(jìn)深至少1 km范圍內(nèi)都是互花米草的適生地區(qū)，加之河口灣區(qū)灘涂淤泥肥力較高，有利于營養(yǎng)繁殖，河口淡水補(bǔ)充更有利于種子繁殖（李加林等, 2005)，致使群落過快繁殖，對(duì)河口地區(qū)生態(tài)影響很大。

從生態(tài)學(xué)方面，互花米草具有促淤造陸、保灘護(hù)岸、抵御風(fēng)暴潮的作用（徐國萬等,1985;仲維暢,2006）。從景觀學(xué)方面，五河口互花米草群落還有綠色景觀的價(jià)值，當(dāng)?shù)毓芾聿块T在互花米草群落分布區(qū)域設(shè)置了木棧道，讓游客欣賞不同于裸露泥質(zhì)海灘的景觀?；セ撞輰?duì)海灘生物量的影響較大，互花米草鮮生物量達(dá)30 t/hm2，群落可孕育多種底棲生物資源 ；但同時(shí)也侵占了灘涂貝類棲息地。從生物多樣性來看，互花米草群落增加了部分鳥類棲息覓食環(huán)境，區(qū)域鳥類種群數(shù)量會(huì)有所增加，但也減少了當(dāng)?shù)刎愵惙N群數(shù)量。從沉積過程來看，潮水?dāng)y帶的泥沙進(jìn)入互花米草群落，因流速變緩而沉積下來，使灘面逐年淤高（李加林等, 2005），會(huì)導(dǎo)致膠州灣面積進(jìn)一步縮小。與光灘相比，互花米草入侵增加了灘涂表層土壤活性有機(jī)碳含量，且隨著入侵時(shí)間的延長顯著增加?；セ撞萑肭诌€提高了河口濕地土壤酶活性，但并未改變酶活性隨土壤深度增加而逐漸降低的分布規(guī)律(張晗冰等, 2006)。

目前，膠州灣填海等因素造成水體動(dòng)力減弱，海灣內(nèi)海水與大洋海水難以循環(huán)，每天只有1/3的海水被交換出海灣（林榮亮, 2012）。如果互花米草群落占據(jù)河口地區(qū)及淺海海灘，會(huì)加劇水岸區(qū)域水體動(dòng)力減弱。

3 互花米草治理策略

我國多地進(jìn)行過互花米草治理實(shí)踐。廈門采用“物理+生物”的方法治理互花米草，采用物理翻耕后，再種植紅樹林，遏制互花米草的蔓延（萬方浩等, 2001）。天津?yàn)I海區(qū)采用除草劑清除互花米草。華東師范大學(xué)張利權(quán)教授采用“刈割＋水位控制”的綜合物理控制新技術(shù)，治理上海崇明東灘自然保護(hù)區(qū)互花米草蔓延。

李富榮等（2007）研究總結(jié)了互花米草治理技術(shù)：一是物理防治，包括人工拔除、覆蓋抑制、刈割控制、火燒清除、圍堰水淹等；二是化學(xué)防治，主要采用除草劑，但對(duì)灘涂環(huán)境造成污染；三是生物防治，采用生物天敵降低種子產(chǎn)量，抑制擴(kuò)散。

總結(jié)以往治理經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)五河口區(qū)域濕地環(huán)境保護(hù)的要求，提出如下治理策略：①國家已將互花米草列入第一批外來入侵物種名單，雖然互花米草有許多經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，但長遠(yuǎn)負(fù)作用明顯，因此，對(duì)互花米草群落嚴(yán)防控制發(fā)展和積極清除是今后該區(qū)域濕地恢復(fù)工作的重點(diǎn)；②五河口互花米草已形成規(guī)模，清除的難度很大，可利用其飼料價(jià)值，采用結(jié)果前機(jī)械收割、加工利用的辦法，控制群落進(jìn)一步擴(kuò)展；③互花米草富含BMT，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、強(qiáng)心、抗炎、耐缺氧等生理功能（馮秀玉等, 2011），江蘇、福建等地居民在互花米草萌芽時(shí)挖新芽用作蔬菜的做法可大力推廣（李加林,2005），可有效抑制互花米草群落的擴(kuò)展。

4 結(jié)語

本文采用2009年以來5個(gè)年度互花米草群落擴(kuò)展面積作為基本數(shù)據(jù)，對(duì)五河口互花米草群落消長進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，得出以下結(jié)論：①Google Earth軟件具有強(qiáng)大的歷史影像數(shù)據(jù)庫，可以快速查詢1984年以來的歷史影像資料，還可以根據(jù)勾繪圖斑計(jì)算面積，分析圖斑消長變化，可廣泛應(yīng)用于森林、濕地、海洋、農(nóng)田的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和研究；②膠州灣五河口區(qū)域互花米草為自然入侵，2009年面積僅3.61 hm2，8年間群落面積已擴(kuò)展到215.45 hm2；③預(yù)測(cè)在沒有人為干預(yù)的情況下，建立數(shù)學(xué)模型理論推導(dǎo)2020年互花米草群落面積可擴(kuò)展到1 210.35 hm2，受多方面因素影響，通過地圖擴(kuò)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)群落面積可達(dá)500 hm2；④互花米草群落生態(tài)影響較為復(fù)雜，有一定的正面影響，負(fù)面影響更為明顯。以機(jī)械收割作為飼料或在萌芽期摘芽作為蔬菜等利用辦法可以控制互花米草群落的快速擴(kuò)展。