刈割加翻耕對互花米草萌發(fā)和生長的影響

趙亞杰 王安東 呂卷章

摘要：互花米草（Spartina alterniflora）是我國危害最嚴重的外來入侵植物之一，探索有效的防治互花米草的技術(shù)對保護我國海灘生態(tài)環(huán)境具有重要意義。本研究在黃河三角洲研究了生長季末期刈割加翻耕對互花米草萌發(fā)和生長的影響，證實該方法可以高效抑制第二年互花米草的萌發(fā)和生長，可作為治理互花米草的有效途徑，尤其適用于冬季寒冷的北方鹽沼地區(qū)。

Abstract： Spartina alterniflora is one of the most severely endangered alien invasive plants in China. Exploring effective techniques to prevent and control Spartina alterniflora is of great significance to the protection of the beach ecological environment in China. This paper studied the effects of mowing and plowing at the end of the growing season on the germination and growth of Spartina alterniflora in the Yellow River Delta， and confirmed that this method can effectively inhibit the germination and growth of Spartina alterniflora in the second year and can be used as a effective way for the treatment of Spartina alterniflora and it is especially suitable for the northern salt marshes in the cold winter.

關(guān)鍵詞：互花米草;入侵;黃河三角洲;翻耕;克隆苗;實生苗

Key words： Spartina alterniflora;invasion;Yellow River Delta;plowing;cloned seedlings;seedlings

中圖分類號：S553.9?????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0177-03

0? 引言

為了消浪護堤、促淤造陸，我國于1979年引入互花米草（Spartina alterniflora）[1]，然而事與愿違，互花米草具有極強的耐鹽、耐淹和無性繁殖能力，擴散速率快，在我國海岸帶快速蔓延，對濱海濕地生物多樣性及生態(tài)安全造成了嚴重威脅[2]。互花米草作為唯一的鹽沼植物名列國家環(huán)?？偩止嫉氖着鈦砣肭治锓N名單。

互花米草于1990年前后被引入黃河三角洲，近年來呈爆發(fā)式擴張，已遍布潮間帶各個區(qū)域，2013年互花米草分布面積接近900hm2，2015年暴增至3278hm2，2016年再度增加15%，達到3692hm2[3，4]。亟需采取有效可行的防治措施，控制互花米草在黃河三角洲的肆意蔓延。借鑒前人的研究成果，本研究在黃河三角洲潮間帶設(shè)置原位控制試驗，研究刈割加翻耕的綜合防治措施對互花米草萌發(fā)和生長的影響，以期為互花米草防治提供技術(shù)支持。

互花米草防治方法包括單一或綜合的物理、化學或生物防治等方法，不同方法各有其優(yōu)缺點?；瘜W防治方法主要是噴灑除草劑，簡單易行，但有可能造成一定的環(huán)境污染;生物防治方法和生物演替方面的技術(shù)還不夠成熟，且存在新的外來種生態(tài)入侵的風險;物理防治方法簡單易行，對環(huán)境的影響較小。我國在上海、福建等地開展了火燒、刈割、翻耕、碎根和水淹等物理方法控制互花米草[5]。單一物理方法防治互花米草的效果一般較低，刈割加淹水、刈割加遮蔭等綜合措施可取得更好的防治效果[6]。

1? 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

黃河三角洲國家級自然保護區(qū)（37°40'N 38°10'N， 118°41'E 119°16'E）地處我國山東省東營市黃河入?？?。黃河三角洲主要植被類型為蘆葦群落、蘆葦-荻群落、穗狀狐尾藻群落、檉柳群落、翅堿蓬群落及二色補血草群落等，其中沼生蘆葦群落、檉柳群落及翅堿蓬群落分布較廣，低潮灘地區(qū)互花米草分布較廣。

本研究的試驗地點位于黃河入?？谀蟼?cè)（37°43′46.36″N，119°15′13.29″E），該區(qū)域由海到陸的方向上依次分布著日本鰻草、互花米草、鹽地堿蓬和蘆葦?shù)戎脖唬セ撞菖c日本鰻草和鹽地堿蓬的生態(tài)位發(fā)生部分重疊，造成物種間的競爭。

1.2 試驗設(shè)計

2016年10月下旬（互花米草生長季結(jié)束后），在黃河三角洲互花米草典型分布區(qū)設(shè)立4個重復(fù)小區(qū)，開展刈割加翻耕（下文簡稱翻耕）防治互花米草的試驗，刈割并移除互花米草地上植株，然后用鐵锨挖土側(cè)扣在原地，翻耕深度約20cm，米草根系留在土中。每個小區(qū)面積約9m2，小區(qū)相互間隔20m，在每個翻耕小區(qū)附近設(shè)立一個不翻耕的對照小區(qū)。

1.3指標測定

在每個小區(qū)中央設(shè)置一個1m×1m的固定樣方，從2017年春季開始定期監(jiān)測互花米草密度、株高、結(jié)穗率等生長指標，測量株高時，每個樣方中隨機選取10株冠層高度的互花米草，取其株高平均值為該樣方米草冠層株高。生長季結(jié)束后，測定穗長和穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用單因子方差分析（One-way ANOVA）中的最小顯著性差異（LSD）對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2? 結(jié)果與分析

2.1 刈割+翻耕對互花米草密度的影響

互花米草的繁殖方式包括有性繁殖和無性繁殖，有性繁殖是種子萌發(fā)幼苗（實生苗），無性繁殖主要是地下根狀莖萌發(fā)幼苗（克隆苗）。在2017年生長季前半期，從形態(tài)上很容易區(qū)分實生苗和克隆苗，前者纖細、生長緩慢，后者粗壯、生長迅速，2017年7月以后，難以從形態(tài)上區(qū)分實生苗和克隆苗。

生長季末的刈割加翻耕幾乎完全抑制了次年互花米草的無性繁殖（p<0.001），2017年5月上旬至6月上旬，翻耕處理中克隆苗密度為2.5-3.5株/m2，不足對照處理的1%（圖1.a）。翻耕前刈割并移除了互花米草地上植株，可清除幾乎全部的互花米草種子，然而，翻耕小區(qū)中仍有種子萌發(fā)的實生苗，一方面，刈割時可能有散落在地的種子，另一方面，由于翻耕小區(qū)是開放式的，周邊互花米草的種子可以在風力或潮水作用下進入翻耕小區(qū)，從而造成二次入侵。2017年5月至6月期間，翻耕處理的實生苗密度比對照處理低10-14%（圖2.b，p>0.05）。7月份開始，由于實生苗已經(jīng)長高、分蘗，同時新生根莖開始萌發(fā)克隆苗，此時從形態(tài)上已無法區(qū)分實生苗和克隆苗。在生殖生長期（2017年7月至11月），翻耕處理的互花米草密度為對照處理的9-64%（p<0.001，圖1.c）。

2.2 刈割+翻耕對互花米草冠層高度的影響

生長季末的刈割加翻耕措施不僅有效抑制了次年互花米草的萌發(fā)，對互花米草幼苗的生長也有顯著的抑制作用（圖2）。2017年5月-6月是互花米草的營養(yǎng)生長期，翻耕處理和對照處理的克隆苗株高均不斷增加，但翻耕處理顯著抑制了克隆苗生長速率，其株高始終為對照處理的24.6-42.3%（p<0.001）。2017年從萌芽至6月上旬，實生苗生長極其緩慢，株高始終小于7cm，翻耕和對照處理的實生苗高度無顯著差異（圖2.b）。7月以后，互花米草進入生殖生長期，對照處理中互花米草株高在8月下旬后增加緩慢，翻耕處理中米草株高仍然持續(xù)增加，但其株高顯著低于對照處理。11月初，翻耕處理中互花米草平均株高為105.8cm，為對照處理的65.2%（p<0.001）。因此，刈割加翻耕不僅抑制了第二年互花米草的萌發(fā)，同時也抑制了互花米草的生長速率。

2.3 刈割+翻耕對互花米草結(jié)穗的影響

2017年11月初，調(diào)查互花米草結(jié)穗情況，刈割+翻耕顯著抑制了第二年度（2017年）互花米草的穗密度和結(jié)穗率，翻耕處理的穗密度和結(jié)穗率分別為對照處理的21.9%和36.8%（p<0.01）。翻耕處理抑制了互花米草生長，從而影響其結(jié)穗率（結(jié)穗率=結(jié)穗的米草株數(shù)/米草總株數(shù)）。這些數(shù)據(jù)說明，在生長季末期采用刈割加翻耕的措施治理互花米草，第二年米草種子產(chǎn)量會顯著低于對照處理，因此互花米草的有性繁殖能力將被持續(xù)抑制。

3? 討論

3.1 刈割+翻耕措施的控制效率

在美國路易斯安那州的研究表明，冬季翻耕對互花米草的控制效率約為73%，對于這樣的控制效率，如果每年翻耕一次，至少需3.6年才可以完全清除互花米草[7]。在上海崇明東灘的研究發(fā)現(xiàn)，2-3月份翻耕后，生長季末期互花米草密度和地上生物量分別比對照低30%和70%，第二年互花米草基本恢復(fù)到對照樣地的水平，至生長季末期各處理與對照無顯著性差異[8]。本研究中，冬季翻耕對互花米草的控制效率幾近100%，幾乎完全抑制了第二年互花米草的無性繁殖，顯著優(yōu)于其他文獻報道的控制效果，這可能是因為本研究地點為互花米草新入侵區(qū)域，其地下根莖數(shù)量低于入侵多年的米草群落，而且根莖長度較短。另外，本區(qū)域距離海水不足500米，潮汐頻繁且潮位高，頻繁的浸淹可能導(dǎo)致翻耕受損的根莖難以恢復(fù)繁殖能力甚至死亡。翻耕時機也可能對控制效果有一定影響，春季氣溫逐漸回升，但是冬季寒冷，因此，生長季末期因翻耕而受損的米草根莖很可能更難恢復(fù)。

附近的種子隨潮水進入防治區(qū)域，并于第二年度萌發(fā)生長，將導(dǎo)致互花米草的二次入侵。假如在足夠大的區(qū)域內(nèi)同步采用翻耕措施治理互花米草，便不存在種子的二次入侵，因此，刈割加翻耕這一綜合防治措施有望完全清除互花米草。即使在本研究的小區(qū)試驗中無法杜絕種子的二次入侵，在翻耕處理后第二年的生長季末，互花米草密度也僅為對照的35.6%（p<0.01），生長季末米草穗密度是對照處理的21.9%（p<0.01），因此，翻耕措施可顯著抑制第二年度的米草種子產(chǎn)量，從而可以抑制第三年度春季米草的有性繁殖?；谶@些研究結(jié)果可以推斷，如果連續(xù)2-3年采用刈割+翻耕的措施治理互花米草，可以達到非常高的清除效率，甚至可以完全清除互花米草。

3.2 刈割+翻耕措施的推廣可行性

美國的研究表明，翻耕防治互花米草的成本較高，工作效率也比較低，翻耕所用的水陸兩棲機械價格高達25萬美元，工作效率僅為每小時0.25hm2。若要推廣此方法，需要有適用于潮間帶作業(yè)的機械，比如特制的履帶式割草機和旋耕機，這樣既可以提高工作效率，又能降低成本。利用人工翻耕的方法僅適用于新入侵的小面積米草的治理，無法進行大面積的防治。

參考文獻：

[1]徐國萬，卓榮宗，曹豪，等.互花米草生物量年動態(tài)及其與灘涂生境的關(guān)系[J].植物生態(tài)學與地植物學學報，1989（03）：230-235.

[2]鄧自發(fā)，安樹青，智穎飆，等.外來種互花米草入侵模式與爆發(fā)機制[J].生態(tài)學報，2006（08）：2678-2686.

[3]楊俊芳，馬毅，任廣波，等.基于國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的現(xiàn)代黃河三角洲入侵植物互花米草監(jiān)測方法[J].海洋環(huán)境科學，2017（04）：596-602.

[4]路峰，楊俊芳.基于Landsat 8 OLI衛(wèi)星數(shù)據(jù)的入侵植物互花米草遙感監(jiān)測與分析——以山東黃河三角洲國家級自然保護區(qū)為例[J].山東林業(yè)科技，2018（01）：29-32.

[5]陳正勇，王國祥，劉金娥，等.淹水調(diào)控對互花米草生長的影響[J].環(huán)境科學研究，2011，24（09）：1003-1007.

[6]謝寶華，王安東，趙亞杰，等.刈割加淹水對互花米草萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].生態(tài)學雜志，2018，37（2）：417-423.

[7]謝寶華，韓廣軒.外來入侵種互花米草防治研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2018，29（10）：3464-3476.

[8]肖德榮，祝振昌，袁琳，等.上海崇明東灘外來物種互花米草二次入侵過程[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2012，23（11）：2997-3002.

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基金項目：國家自然科學基金項目“濱海濕地鳥類監(jiān)測多維協(xié)同全光計算成像技術(shù)”（61931003）。

作者簡介：趙亞杰（1987-），女，遼寧葫蘆島人，高級工程師，研究方向為濱海濕地生態(tài)保護;王安東（通訊作者）（1980-），男，山東濟南人，高級工程師，研究方向為濱海濕地生態(tài)保護。