臥龍亞高山公路沿線外來植物入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

胡冬梅，葉 紅，邱艷霞，侯 靜，白 潔，何廷美，譚迎春，劉明沖，葉 平

(1.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；2.四川臥龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，汶川，623000)

1 引 言

外來植物(alien plants)即非本地鄉(xiāng)土植物，是由于環(huán)境變遷和人為有意或無意地自國外或國內(nèi)其他地方引入本地的植物[1].當(dāng)外來物種因高效多樣的繁殖機(jī)制和對(duì)環(huán)境因子廣泛適應(yīng)生長等因素，在短時(shí)間內(nèi)占據(jù)更大的資源空間或土著種不能利用的生態(tài)位時(shí)就會(huì)成為入侵植物(invasive plants).入侵物種對(duì)本地物種的競(jìng)爭(zhēng)性、抑制能力是其成功入侵、再生及擴(kuò)展的關(guān)鍵所在[2].入侵物種不僅嚴(yán)重影響原生境生物多樣性，影響或改變?cè)鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)和功能，而且造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)乃至人群健康的巨大損失[3].

外來植物的引入多與人為活動(dòng)相關(guān)[4].隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種基礎(chǔ)建設(shè)如交通設(shè)施等逐步推進(jìn).然而，道路建設(shè)對(duì)周邊原有環(huán)境產(chǎn)生破壞的同時(shí)，也會(huì)因人類活動(dòng)的增加和干擾，加劇原生態(tài)系統(tǒng)的破壞，導(dǎo)致外來物種的入侵，引起經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)災(zāi)難.

臥龍自然保護(hù)區(qū)[5]位于西南山地生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)的核心，自然條件復(fù)雜，珍稀動(dòng)植物眾多，生物多樣性豐富，是國家級(jí)第三大自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)又是川西地區(qū)與其他地方經(jīng)濟(jì)文化交流的交通樞紐.因此，國道G305修建，滿足了川西地區(qū)交通運(yùn)輸、旅游的需要，但是也不可忽視公路修建對(duì)沿線植物多樣性及外來植物遷入的影響.因此制定外來物種的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)外來物種進(jìn)行監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，加強(qiáng)預(yù)警和管理，是維護(hù)生態(tài)平衡的有效途徑.目前臥龍保護(hù)區(qū)內(nèi)的外來植物相關(guān)的研究報(bào)道較少[6]，并且尚無對(duì)臥龍地區(qū)外來植物的入侵性評(píng)價(jià)研究.為探究公路修建后外來植物對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的影響，本研究通過對(duì)臥龍自然保護(hù)區(qū)亞高山公路段(耿達(dá)-鄧生段)外來植物(國外植物及非臥龍自然保護(hù)區(qū)的中國植物)組成和分布的實(shí)地調(diào)查，分析外來植物多樣性組成和分布特征，建立適應(yīng)當(dāng)?shù)氐耐鈦碇参锶肭诛L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，評(píng)價(jià)外來植物的入侵性，當(dāng)?shù)毓费鼐€外來植物防控、保護(hù)生物多樣性、維護(hù)生態(tài)平衡和保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.

2 材料及方法

2.1 研究區(qū)域

為四川省臥龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)國道G305亞高山公路段(耿達(dá)—鄧生段公路)沿線，沿垂直于公路方向300 m區(qū)域范圍內(nèi)開展植物調(diào)查.地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°5′～103°24′，北緯30°45′～31°25′.

2.2 研究方法

2.2.1 調(diào)查方法 實(shí)地調(diào)查集中在春秋兩季進(jìn)行.采用客觀取樣的樣方法，以公路沿線為中心樣地進(jìn)行取樣調(diào)查，根據(jù)公路沿線實(shí)際情況，每隔0.5～1 km設(shè)置一個(gè)樣地，每個(gè)樣地沿垂直于公路方向0 m，150 m，300 m距離分別設(shè)置3個(gè)投影面積20 m×20 m 的典型樣方，記錄樣方地理位置、海拔、坡度、坡向、植被類型以及喬木層、灌木層的高度與郁閉度，并對(duì)樣地內(nèi)所有喬木層物種的數(shù)量、喬木胸徑、樹高、冠幅等進(jìn)行測(cè)量，其中喬木起測(cè)胸徑 5 cm，小于 5 cm 記入灌木層.同時(shí)在樣方四角及樣方中心共設(shè)置 5個(gè) 5 m × 5 m 和 5個(gè) 1 m×1 m的小樣方，分別用來調(diào)查樣地內(nèi)灌木、草本生長狀況，詳細(xì)記錄灌木的種類、數(shù)量和大于4 cm的植株的胸徑；記錄草本的種類、數(shù)量、高度、蓋度等.

根據(jù)《中國植物志》《四川植物志》等分類學(xué)文獻(xiàn)對(duì)這些外來植物的生物學(xué)特性、原產(chǎn)地、管理現(xiàn)狀等進(jìn)行整理分析.

2.2.2 物種α多樣性測(cè)度方法 物種α多樣性反映群落物種水平的綜合數(shù)值.α多樣性主要包括物種重要值(IV)、物種豐富度Margalef指數(shù)(DMg)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H)、均勻度Pielou指數(shù)(E)、Simpson指數(shù)(DS)[7-8]等.

1) 物種重要值(IV)=(相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度+相對(duì)多度)/3，

2) 物種豐富度(DMg)=(S-1)/ln N，

4) 均勻度Pielou指數(shù)(E)=H/lnS，

式中：S—群落中的物種總數(shù)；N—觀察到的個(gè)體總數(shù)；Pi—物種i的重要值.群落的物種多樣性分析采用Excel軟件和Graphpad軟件處理.

2.2.3 外來物種入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系建立 結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[6，9]，篩選出研究區(qū)內(nèi)的外來植物.同時(shí)實(shí)地對(duì)篩選出的外來植物的分布現(xiàn)狀、危害情況、防治情況等進(jìn)行觀察記錄.根據(jù)實(shí)地調(diào)查的外來植物生長繁殖特征以及對(duì)生境的影響，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[10]，設(shè)立了4個(gè)一級(jí)及14個(gè)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo).通過專家評(píng)分法和層次分析法(AHP)[11-12]，確定其權(quán)重值，建立臥龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)亞高山公路沿線外來入侵植物入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系(表1).

表1 外來植物入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系Tab.1 Alien plant invasion risk assessment system

(續(xù)表1)

設(shè)外來植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為R，入侵風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R在0～3之間.物種的入侵風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R≥2，則為高入侵風(fēng)險(xiǎn)物種；1.5≤R<2；則為中入侵風(fēng)險(xiǎn)物種；1≤R<1.5，則為低入侵風(fēng)險(xiǎn)物種；R<1，則該物種無入侵風(fēng)險(xiǎn).

3 結(jié)果與分析

3.1 外來植物組成特征

圖1 調(diào)查區(qū)外來植物的組成特征a：生活型；b：原產(chǎn)地；c：引入途徑.Fig.1 Composition characteristics of alien plants in the survey areaa: Life form; b: place of origin; c: introduction pathways.

通過調(diào)查分析，研究區(qū)域共有98科270屬402種植物，其中外來植物35科51屬54種.外來植物中，菊科、禾本科、唇形科、豆科、薔薇科5個(gè)科的植物種數(shù)占35.19%.其中以菊科植物種數(shù)最多，這歸結(jié)于菊科植物的高繁殖力、高適應(yīng)性、高傳播力以及化感作用等特性.

3.1.1 外來植物生活型特征 就生活型而言(圖1 a)，研究區(qū)外來植物主要是草本，占62.96%，其中多年生草本最多，有17種，占31.48%；一年生和二年草本分別占25.93%和12.96%.究其原因，草本植物定植能力更強(qiáng)，繁殖速度更快，擴(kuò)散方式更多，因此外來草本植物更多.外來植物中的喬木植物種占29.63%，主要是人工種植，這些樹種具有利用價(jià)值，如日本落葉松、柳杉等為人工造林樹種，加楊用作道路綠化，凹葉厚樸作藥用，李作食用等.外來灌木僅占7.41%，主要是觀賞植物，分布于居民區(qū)附近.

3.1.2 外來植物原產(chǎn)地 54種外來植物(圖1 b)源于亞洲(不含臥龍自然保護(hù)區(qū))有35種，占64.81%，其中，有13種來自中國以外的亞洲地區(qū)，占24.07%，而來自非臥龍自然保護(hù)區(qū)的中國植物達(dá)22種，占40.74%.原產(chǎn)美洲的有12種，占22.22%，其中北美和南美分別為6種和5種.原產(chǎn)歐洲有10種，占18.52%.2種植物原產(chǎn)于非洲，占3.70%.由于保護(hù)區(qū)生境具多樣性，使得非鄉(xiāng)土植物能快速占據(jù)和適應(yīng)不同生態(tài)位，加上對(duì)國內(nèi)其他地方植物的把控力度不如國外植物嚴(yán)格，因此引入種數(shù)最多.來自國外的植物，由于其原產(chǎn)地氣候與研究區(qū)生態(tài)氣候相似性較高，同時(shí)保護(hù)區(qū)地處成都平原與青藏高原的過渡帶和交通紐帶，因此亞洲其它地區(qū)的外來植物也較容易進(jìn)入保護(hù)區(qū).

3.1.3 外來植物引入途徑特征 就引入途徑而言(圖1 c)，有意引入外來植物33種，占61.11%，主要是用于人工造林(日本落葉松)、道路和居民區(qū)綠化(一串紅)、藥用(藿香)、飼用(白香草木樨)、食用(芭蕉)等生產(chǎn)和應(yīng)用目的；無意引入外來植物21種，占38.89%，主要是一些路邊、田間雜草，其中不乏一些為惡性入侵植物如牛膝菊、白車軸草等.保護(hù)區(qū)外來植物引入途徑雖有不同(圖1 c)，但公路的發(fā)展為外來植物的引入提供了便利.

3.2 外來植物沿公路沿線的分布特征

圖2 與公路不同距離的外來植物物種多樣性Fig.2 Diversity of alien plant species at different distances from the highway

外來植物隨著距離公路越遠(yuǎn)，其Margalef豐富度指數(shù)、shannon-wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)均為逐漸降低(圖2).這也表明外來植物與公路的建設(shè)和使用有著不可忽視的聯(lián)系.一方面，隨著原生境與公路的距離越大，人為干擾也隨之降低，對(duì)于外來植物的有意或無意引入可能性逐漸減?。涣硪环矫?，由于隨著與公路的距離越遠(yuǎn)，植物群落的穩(wěn)定性越強(qiáng)，外來植物擴(kuò)散的可能性也會(huì)越小.

3.3 外來植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

54種外來植物中(表2)，高入侵風(fēng)險(xiǎn)物種有4種：小飛蓬、牛膝菊、牛筋草、野燕麥.中入侵風(fēng)險(xiǎn)物種有9種：刺莧、一年蓬、黑麥草、聚合草、白車軸草、日本落葉松、繁穗莧、苦苣菜、月見草.低入侵風(fēng)險(xiǎn)物種有婆婆納、酢漿草、白香草木樨、胡桃、旱芹、花椒6種.具入侵風(fēng)險(xiǎn)的19種植物，隸屬于12科18屬，其中菊科最多，有4種，高入侵風(fēng)險(xiǎn)和中入侵風(fēng)險(xiǎn)各2種.

表2 外來植物入侵危害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分Tab.2 Risk score of alien plant invasion

4 討 論

公路的修建和使用，為外來植物引入和入侵提供了便利.通過對(duì)外來植物隨著距離道路越遠(yuǎn)其數(shù)量越低的調(diào)查分析，也說明人為活動(dòng)會(huì)直接影響外來植物的分布.因此對(duì)交通道路使用人群及居民進(jìn)行植物多樣性和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的宣傳，提高對(duì)入侵植物的認(rèn)識(shí)，使防治成為社會(huì)性的工作，才能有效遏制外來植物人為的引入和蔓延.

目前，臥龍自然保護(hù)亞高山公路沿線外來植物達(dá)54種，多為經(jīng)濟(jì)目的有意引入栽培.這些植物在發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，也不能忽視其對(duì)保護(hù)區(qū)生境的影響.盲目的引入和無限制的引種都可能影響保護(hù)區(qū)內(nèi)原有的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與保護(hù)區(qū)管理局的相關(guān)保護(hù)工作背道而馳.因此，本研究綜合考慮外來物種的入侵性、擴(kuò)散性、危害性以及防治難易性，建立外來物種入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，客觀、準(zhǔn)確地量化外來物種的潛在入侵風(fēng)險(xiǎn).通過評(píng)估，對(duì)具有高入侵風(fēng)險(xiǎn)的植物因分布廣，排擠或殺死本地植物，可形成單優(yōu)群落，應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)防治處理，防止危害擴(kuò)大.同時(shí)研究利用鄉(xiāng)土植被的恢復(fù)方案，建立以本地物種為主的穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)群落對(duì)外來入侵植物的抵抗力，達(dá)到對(duì)入侵有害植物長期控制的目標(biāo).對(duì)中入侵風(fēng)險(xiǎn)植物，主要分布在路邊、撂荒地，應(yīng)嚴(yán)格控制其傳播途徑，加強(qiáng)監(jiān)控，防止其進(jìn)一步發(fā)展成高入侵風(fēng)險(xiǎn)植物.對(duì)低入侵風(fēng)險(xiǎn)植物，零星分布，對(duì)當(dāng)?shù)厣锒鄻有詴簳r(shí)未造成明顯危害，應(yīng)以預(yù)防為主，優(yōu)先考慮發(fā)掘其綜合利用價(jià)值，但也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效地監(jiān)控.對(duì)于上述具有入侵風(fēng)險(xiǎn)的植物，人為活動(dòng)對(duì)其傳播擴(kuò)散有極大的促進(jìn)作用，對(duì)其應(yīng)加大宣傳力度，提高防控意識(shí).對(duì)于外來植物入侵性的不同，采取合理的監(jiān)控力度.

綜上所述，建立并完善防治植物入侵的機(jī)構(gòu)和體系；科學(xué)評(píng)估并預(yù)測(cè)外來植物風(fēng)險(xiǎn)性，權(quán)衡利弊，制定科學(xué)的引種計(jì)劃；對(duì)具有潛在入侵性的外來植物嚴(yán)格管理和監(jiān)控；綜合防治，以確保保護(hù)區(qū)的生態(tài)平衡.