基于文獻(xiàn)信息分析的互花米草危害與防控措施研究

程彬彬，劉長娥，原 源

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，上海201403)

資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是國際社會(huì)共同關(guān)注的焦點(diǎn)，資源與環(huán)境是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提與基礎(chǔ)。植物入侵是全球性的環(huán)境問題，對(duì)生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等方面造成的危害越來越嚴(yán)重，引起世界各國廣泛的關(guān)注。

互花米草(Spamnaalmriflora)是禾本科米草屬的多年生草本植物，原產(chǎn)于大西洋沿岸，適宜在潮間帶生長，加拿大的紐芬蘭、美國的佛羅里達(dá)中部以及墨西哥海岸等經(jīng)常被潮水淹沒的潮間帶均有分布。受人類活動(dòng)的影響，互花米草已經(jīng)從原產(chǎn)地?cái)U(kuò)展至歐洲、北美西海岸、新西蘭與中國沿海。

互花米草具有較強(qiáng)的繁殖能力，尤其適應(yīng)灘涂海岸的生存環(huán)境，為了固岸保灘，1979年我國從美國引入互花米草種子，在南京大學(xué)植物園進(jìn)行試種成功后，在我國沿海適宜的環(huán)境條件下，開始定殖并形成種群，隨后通過人為推廣引種及潮流等自然力量擴(kuò)散傳播，已經(jīng)成為我國沿海潮灘分布面積最廣的鹽沼植被，遍布遼寧、天津、山東、江蘇、上海、浙江、福建沿海地區(qū)的淤泥質(zhì)潮灘。多年來，互花米草在固岸保灘、凈化水質(zhì)和綠化海灘等方面起到了一定的作用，但是在沿海與長江河口的快速蔓延不僅嚴(yán)重影響著潮灘的生物多樣性，而且造成河口航道淤積，灘涂養(yǎng)殖遭受破壞。

本研究基于文獻(xiàn)信息，分析近十幾年來互花米草的研究基況，了解相關(guān)的研究動(dòng)態(tài)、研究主題與研究機(jī)構(gòu)，了解互花米草的研究熱點(diǎn)與前沿，闡述互花米草入侵造成的危害，并分析相關(guān)防控措施研究，為深入研究提供參考。

1 互花米草研究基況分析

1.1 基于CNKI文獻(xiàn)計(jì)量的互花米草研究態(tài)勢(shì)

通過查閱資料，以CNKI作為數(shù)據(jù)源，來源期刊選取SCI、EI、核心期刊、CSSCI和CSCD，2019年3月5日對(duì)2005—2018年發(fā)表的互花米草相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，得到530條研究案例。

由圖1可以看出，2009—2011年為互花米草的研究高峰，其3年的文獻(xiàn)量占文獻(xiàn)總量的近30%，貢獻(xiàn)最多的是南京大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)。2012年后相關(guān)研究文獻(xiàn)大幅度減少，并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，表明互花米草的研究趨于成熟。

1.2 基于CiteSpace分析的互花米草研究主題

利用CiteSpace對(duì)采集的信息進(jìn)行聚類分析，從圖2可以看出，圍繞互花米草開展的研究有九大主題關(guān)鍵詞，分別是互花米草、崇明東灘、入侵、濱海濕地、外來種、蘆葦、沼氣、紅樹林、活性炭，其中，2005—2008年，主要是研究互花米草的生物入侵、鹽脅迫、種群特征、生物替代、厭氧發(fā)酵、蘆葦、大型底棲動(dòng)物；2009—2015年，主要是互花米草有關(guān)的化感擴(kuò)散、厭氧消化、沼氣、覆蓋度變化、土壤有機(jī)碳變化等；2016—2018年主要研究互花米草入侵相關(guān)的遙感監(jiān)測(cè)、植被覆蓋度、影像、無人機(jī)、入侵機(jī)制、反硝化、土壤微生物、根際細(xì)菌、克隆苗等。

研究區(qū)域主要為崇明東灘、江蘇海岸、閩江河口、長江河口、膠州灣、黃河三角洲，與互花米草研究相關(guān)的植物主要有蘆葦、無瓣海桑、紅樹林、短葉茳芏。最終的研究目標(biāo)是通過分析互花米草入侵對(duì)原生動(dòng)植物與環(huán)境的影響，利用鹽脅迫、持續(xù)淹水、化感等試驗(yàn)制定互花米草的防控措施，并通過研究其厭氧發(fā)酵開發(fā)其資源利用。

1.3 基于CiteSpace分析的互花米草研究機(jī)構(gòu)

從地域上看，從事互花米草研究的機(jī)構(gòu)主要分布于華東、華北、華南地區(qū)，福建、江蘇、上海相關(guān)研究機(jī)構(gòu)較為龐大(圖3)，主要研究閩江河口、江蘇海岸、崇明東灘、長江河口、膠州灣、黃河三角洲等地互花米草的入侵危害與防控。

福建地區(qū)，以福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院為主，與福建師范大學(xué)地理研究所、福建師范大學(xué)亞熱帶濕地研究中心、福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、福建閩江河口濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處、中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院、濕潤亞熱帶生態(tài)-地理過程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)形成了龐大的合作研究網(wǎng)絡(luò)。

江蘇地區(qū)，以南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主，與南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院、南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國際資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)中心、中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所、中國科學(xué)院南京土壤研究所、鹽城國家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)等機(jī)構(gòu)構(gòu)建了龐大的研究合作網(wǎng)絡(luò)。

上海地區(qū)，主要是復(fù)旦大學(xué)和華東師范大學(xué)，其中，復(fù)旦大學(xué)以復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系為主，與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所、南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)合作密切；華東師范大學(xué)以華東師范大學(xué)河口海岸國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主。

從研究機(jī)構(gòu)的性質(zhì)看，主要是高校、科研院所與自然保護(hù)區(qū)等從事互花米草相關(guān)的研究；從合作機(jī)構(gòu)的分布區(qū)域看，同一地域內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)合作較多，不同地域研究機(jī)構(gòu)間合作較少。

1.4 基于CiteSpace分析的互花米草研究團(tuán)隊(duì)

互花米草研究過程中形成了許多研究團(tuán)隊(duì)，其中，比較大的團(tuán)隊(duì)有，以鄭正為代表的南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)，以仝川為代表的福建師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)，以沈永明、王國祥為代表的南京師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)(圖4)。

不同團(tuán)隊(duì)形成的時(shí)期不同，2005年由沈永明、李加林和張忍順等組成了穩(wěn)定的互花米草研究團(tuán)隊(duì)，2010年之后，相關(guān)的合作團(tuán)隊(duì)日益增多，其中，2010—2014年，以鄭正為核心，與陳廣銀、楊世關(guān)、張繼彪、羅興章、羅燕等組成了龐大的合作關(guān)系；以王國祥、劉金娥為核心，與任麗娟、徐偉偉、陳正勇等組成的合作團(tuán)隊(duì)；以及以仝川為核心，與黃佳芳、張林海、王維奇等組成的合作團(tuán)隊(duì)。2016年，由鮑毅新、任鵬、李海宏等組成了合作關(guān)系；金寶石、曾從盛、王維奇、閆鴻遠(yuǎn)等也開始有合作；2017年后，李博、楊驍互相合作；高會(huì)、孫志高、何濤組成合作關(guān)系。另外，南京大學(xué)的欽佩、安樹青，華東師范大學(xué)的張利權(quán)，復(fù)旦大學(xué)的陳家寬等也擁有自己的研究團(tuán)隊(duì)，在互花米草相關(guān)研究領(lǐng)域具有重要影響。

1.5 基于高被引論文研究熱點(diǎn)分析

通過分析互花米草研究排名前20高被引文章中的主要關(guān)鍵詞(圖5)，外來種和入侵種是主要的研究熱點(diǎn)。作為全球環(huán)境變化重要因素之一的生物入侵已經(jīng)引起世界廣為關(guān)注，對(duì)互花米草的入侵性以及防控方面的研究成為一大熱點(diǎn)。許多學(xué)者研究互花米草入侵對(duì)本地群落生物多樣性與環(huán)境的影響，當(dāng)前互花米草在沿海沼澤中已經(jīng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，甚至取代了當(dāng)?shù)氐脑参铮晒θ肭值幕セ撞莶粌H改變植被的分布格局，降低水鳥的多樣性，還改變大型底棲無脊椎動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)、改變土壤的理化性質(zhì)，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的退化[1]?；セ撞菀呀?jīng)成為河口與濱海濕地主要的入侵植物，制定有效的防控措施是維護(hù)濕地健康穩(wěn)定發(fā)展的的重要途徑。

2 互花米草的危害

互花米草的生理生物特性決定了具有較強(qiáng)的擴(kuò)散能力，由于其種群具備高遺傳分化和基因滲入能力，種子抗逆性強(qiáng)，能夠通過海水傳播，并能進(jìn)行跳躍式長距離擴(kuò)散?；セ撞萆鷳B(tài)幅較寬，對(duì)生境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，尤其對(duì)鹽度的耐受較強(qiáng)，已經(jīng)被許多研究所證實(shí)，互花米草可以忍耐3.2%的鹽度，互花米草耐鹽性較海三棱藨草高，互花米草為高大植物，蒸騰作用強(qiáng)烈，在蒸騰過程中伴隨泌鹽作用，能將體內(nèi)一半的鹽分泌出體外，增加相鄰生境的土壤鹽度，因而抑制了海三棱藨草向互花米草一側(cè)的擴(kuò)散和生長[2-3]。互花米草的入侵對(duì)土壤理化性質(zhì)、植物群落結(jié)構(gòu)以及底棲動(dòng)物群落產(chǎn)生影響。徐曉軍等[4]研究了崇明東灘互花米草中心區(qū)以及互花米草與海三棱藨草和蘆葦交界區(qū)的底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)中心區(qū)底棲動(dòng)物密度及多樣性均低于邊緣區(qū)，底棲動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種發(fā)生了改變?；セ撞萃ㄟ^密集發(fā)達(dá)的根系抑制其他生物的生長，并搶占資源進(jìn)行擴(kuò)張，顯著改變植被群落和動(dòng)物群落組成，嚴(yán)重影響了食物源的多樣性和濱海濕地食物網(wǎng)功能。互花米草的入侵對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境也產(chǎn)生了一系列的不良影響，布乃順等[5]研究發(fā)現(xiàn)，互花米草入侵對(duì)長江河口濕地CH4排放有影響，顯著增加了長江河口濕地CH4排放量,互花米草入侵至更厭氧的土壤環(huán)境可能會(huì)對(duì)CH4排放的影響程度更大。

膠州灣是互花米草入侵的重災(zāi)區(qū)，逐漸成為該區(qū)域內(nèi)優(yōu)勢(shì)種，當(dāng)潮水?dāng)y帶的泥沙進(jìn)入互花米草群落后，受發(fā)達(dá)根系的阻擋，泥沙被沉積，逐年累積致使灘面不斷淤高，導(dǎo)致膠州灣面積進(jìn)一步縮小。受膠州灣填海以及互花米草群落等因素的影響，將會(huì)造成水岸區(qū)域水體動(dòng)力減弱?；セ撞莸纳L和泥沙的快速淤積，嚴(yán)重影響了潮溝和水道的暢通，阻礙了潮間帶水的正常流動(dòng)，泄洪能力降低，會(huì)造成洪水泛濫。同時(shí)，互花米草的入侵改變了原生環(huán)境，擾亂了生物的正常生長環(huán)境，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化與功能的喪失，嚴(yán)重威脅區(qū)域生態(tài)安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全[6]。

互花米草的危害引起社會(huì)廣泛的關(guān)注，1997年國際上專門召開了控制和利用這一惡性雜草的會(huì)議，針對(duì)外來物種入侵制定了40多項(xiàng)國際公約、協(xié)議和指南。歐美以及澳大利亞、新西蘭等國家均開展了大規(guī)模的研究工作，科學(xué)家認(rèn)為生物入侵是危害生物多樣性的重要原因，被公認(rèn)為是當(dāng)前最棘手的環(huán)境問題之一[7]?；セ撞莸娜肭植粌H導(dǎo)致環(huán)境惡化，而且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國、印度、南非三國每年因外來物種入侵造成的經(jīng)濟(jì)損失分別為1 500億美元、1 300億美元和800多億美元。我國是受外來物種入侵影響最嚴(yán)重的國家之一，每年導(dǎo)致的損失超過574億元人民幣[8]。

3 互花米草的防治

隨著入侵種互花米草對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)危害的加重，如何防治外來物種入侵成為是當(dāng)前科技工作者面臨的重要課題，也是各國政府亟待解決的重大問題。

近幾年，互花米草的防治研究已經(jīng)遍布亞洲、北美洲、歐洲和非洲，尤其以中國和美國居多，中國以福建和上海相關(guān)研究較多，美國的相關(guān)研究則主要集中在路易斯安那州和華盛頓州。國外以化學(xué)防治為主，無生物替代方面的研究。國內(nèi)以物理防治為主，無生物天敵防治的研究。化學(xué)防治主要采用草甘膦、草銨膦、咪唑煙酸以及互花米草除控劑。只有草甘膦和咪唑煙酸被美國環(huán)保署允許在河口環(huán)境中使用[9-11]。

草甘膦目前已成為世界上應(yīng)用最廣、使用量最大的農(nóng)藥品種，美國環(huán)保署(EPA)將其列為第三類有毒物質(zhì)(低毒性)。草甘膦比較容易被植物吸收，主要是通過破壞植物的代謝，諸如干擾細(xì)胞分裂、葉綠素合成，損害呼吸系統(tǒng)，危害蛋白質(zhì)構(gòu)建，以達(dá)到加速植株死亡的目的，使用草甘膦時(shí)，使用劑量為2.13 kg/hm2，63 d 后，幼苗死亡率達(dá)到95.4%以上，成熟米草受損率為25.0%。咪唑煙酸對(duì)互花米草具有較好的去除效果，主要通過阻止植物支鏈氨基酸的合成，抑制其生長。當(dāng)用量為草甘膦的1/10 時(shí)，能達(dá)到與其同等的殺傷效果，使用劑量為0.11 kg/hm2時(shí)，幼苗死亡率為88%以上，成熟米草受損率為18.1%以上，咪唑煙酸在水體和沉積物中的殘留遵循指數(shù)衰減，在水體和沉積物中的殘留量遠(yuǎn)低于對(duì)水生動(dòng)物致毒的劑量[12]。

區(qū)域性外來物種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是目前國外用于防止外來物種入侵所用的一種方法，美國休斯頓大學(xué)環(huán)境學(xué)院通過建立的六條評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)克薩斯州東南部區(qū)域外來人侵物種進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并為政府提供了相應(yīng)的防控措施建議，研究互花米草的生物防治，利用互花米草的天敵——光蟬進(jìn)行試驗(yàn)。此外，澳大利亞建立了雜草風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，主要包括物種的分布區(qū)域、危害特征、生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特征。

物理防治主要包括人工拔除、覆蓋遮蔭、刈割、火燒、水淹等措施，可制約互花米草呼吸或光合作用，促使植株死亡，屬于環(huán)境友好型防治方法。適時(shí)的刈割與持續(xù)淹水可作為控制互花米草有性繁殖的有效措施。近期研究焦點(diǎn)已集中在植被生態(tài)替代、生物控制以及綜合控制方面,我國南京大學(xué)鹽生植物實(shí)驗(yàn)室和大豐新紀(jì)元海涂開發(fā)有限公司運(yùn)用“地貌水文飾變促進(jìn)生物替代”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蘆葦替代互花米草，利用淡咸水輪換澆灌抑制互花米草的克隆生長和繁殖，提出適時(shí)施用化學(xué)藥劑除草配合種植紅樹林的綜合治理措施，即施用“灘涂米草除控劑”、甲嘧磺隆與泥下割草能有效防治互花米草，減緩互花米草的擴(kuò)散蔓延[13-16]。

雖然國內(nèi)外對(duì)互花米草作了很多深入研究，也采取了一定的防控措施，但由于互花米草具有極強(qiáng)的入侵性和競(jìng)爭(zhēng)力，依然缺乏控制其擴(kuò)散的有效途徑，應(yīng)該對(duì)互花米草入侵的微觀過程及其機(jī)理的深入了解，分析與其入侵相關(guān)聯(lián)的生物因子與環(huán)境因子，采用綜合的有效措施，進(jìn)行全面的防控。

4 展望

外來入侵生物—互花米草的防控研究已經(jīng)取得重大突破，相關(guān)的防控技術(shù)日益成熟，包括物理、化學(xué)及生物替代技術(shù)，互花米草對(duì)環(huán)境的危害逐漸得到一定程度的控制。未來還需要進(jìn)行深入研究，在了解互花米草濕地系統(tǒng)元素循環(huán)特征的基礎(chǔ)上，通過高精度、高準(zhǔn)確度與高分辨率的互花米草入侵種與當(dāng)?shù)赝林N以及環(huán)境信息的提取，主要包括了解入侵種與本地種的組織與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)特征、繁殖特性以及入侵種與本地種的鄰里效應(yīng)與環(huán)境響應(yīng)特征等，從微觀上探明互花米草入侵的準(zhǔn)確的、詳細(xì)的微觀過程，揭示外來入侵物種互花米草的入侵機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行精準(zhǔn)防控措施研究，從環(huán)境上阻斷互花米草的蔓延渠道，從植物生理與機(jī)能上阻斷其繁殖能力，進(jìn)而逐步控制互花米草的擴(kuò)繁。未來，充分利用互花米草使其變害為利也成為研究趨勢(shì)，利用互花米草的污染吸附性能，可以進(jìn)行污染治理。互花米草單位原料的干物質(zhì)產(chǎn)氣量比稻秸、麥秸、豬糞都要高，是生產(chǎn)沼氣的好原料?；セ撞葜懈缓S酮和多糖類成分，可以作為天然添加劑，用于研制互花米草護(hù)手霜、護(hù)膚霜、護(hù)膚凝膠、護(hù)膚乳液、洗發(fā)香波等一系列天然功能性化妝品?；セ撞葜械狞S酮類物質(zhì)具有抗炎、降血糖、降血脂和增強(qiáng)免疫力的作用，可以開發(fā)為“復(fù)合米草口服液”?；セ撞萆锏V質(zhì)液具有豐富的營養(yǎng)元素和活性物質(zhì)，可以開發(fā)為新型飼料添加劑，用于黃鱔飼料能夠加快黃鱔生長速度[17-21]。進(jìn)行互花米草的防治與利用并舉研究，有利于促進(jìn)外來入侵生物的深入防治與生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。