三裂葉豚草的研究現(xiàn)狀及防治策略

袁夢琦，李黎明，檀婷婷，蘭雪涵，李成宏，杜鳳國,2

(1.北華大學林學院，吉林 吉林 132013；2.長白山特色森林資源保育與高效利用國家林業(yè)局重點實驗室，吉林 吉林 132013)

三裂葉豚草(Ambrosiatrifida) 又稱為大破布草，是菊科( Compositae) 豚草屬(AmbrosiaL.) 一年生草本植物，三裂葉豚草被很多國家公認為野生有害雜草，并有植物殺手的稱號[1]，現(xiàn)已被列入《全國農(nóng)業(yè)植物檢疫性有害生物名單》和《中華人民共和國進境植物檢疫性有害生物名錄》[2]。其作為外來入侵物種，對我國的農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴重的危害，經(jīng)濟上也造成了很大的損失。

1起源與分布

國外關(guān)于三裂葉豚草的最早記載是在索諾拉沙漠地區(qū)及安第斯山脈中部和南部。1753年林奈建立了豚草屬，共記載4種。1793年刺果菊屬(Franseria)由Carnanilles建立，Payne(1964)將刺果菊屬和豚草屬合并，統(tǒng)稱其為豚草屬，共計41種。普通豚草(AmbrosiaartemisiifoliaL.)、三裂葉豚草和多年生豚草(AmbrosiapsilostachyaDC.)已經(jīng)作為入侵植物傳播到了世界各地[3]。入侵我國的有普通豚草和三裂葉豚草。

三裂葉豚草分布于美國、法國、韓國、日本、墨西哥、加拿大、菲律賓、埃及、俄羅斯、德國等國家，其中，對美國與墨西哥當?shù)匚锓N危害最大[4,5]。

三裂葉豚草的入侵途徑有三種，即有意引入、無意傳入和自然傳入[6]。1930年在遼寧省的鐵嶺地區(qū)，我國第一次發(fā)現(xiàn)三裂葉豚草。目前，遼寧省、黑龍江省、吉林省、山東省、河北省、北京市、四川省、江西省、山西省、湖北省、湖南省、上海市、天津市、安徽省、浙江省、江蘇省和新疆維吾爾自治區(qū)等省(直轄市、自治區(qū))均有三裂葉豚草的出現(xiàn)[5,7-13]。王福剛(2017)通過MaXent 模型與 GIS 分析得出三裂葉豚草的入侵路線圖和適生區(qū)分布圖[14]，與上述分布地相符。

2生物學特性

2.1形態(tài)特征

三裂葉豚草是一年生粗壯的草本植物。關(guān)于三裂葉豚草的形態(tài)鑒定與識別，車晉滇(1988)對其進行了研究并描述了三裂葉豚草的形態(tài)特征[12]。關(guān)廣清(1985)觀察了三裂葉豚草的形態(tài)變異，認為三裂葉豚草葉片的形態(tài)變異通常為不裂型和深齒型[15]。李揚漢(1988)等對南京地區(qū)的三裂葉豚草形態(tài)特征進行了記錄觀察，結(jié)論是，在南京生長的三裂葉豚草形態(tài)特征和生長在北方的基本相似且生長發(fā)育良好[16]。王蕊(2012)等研究了三裂葉豚草在不同光照強度下的形態(tài)特征變化，研究表明，隨著遮光強度的提升，其株高、冠寬、單株葉面積和比葉面積的數(shù)值增大[17]。邢艷芳(2012)對三裂葉豚草的根、莖、葉進行解剖，結(jié)果顯示，根從外到內(nèi)共有三種結(jié)構(gòu)，即表皮、皮層和維管柱，莖的初生結(jié)構(gòu)橫切面由外到內(nèi)分為表皮、皮層和維管柱，葉片由表皮、葉肉和葉脈這三種結(jié)構(gòu)組成[5]。

2.2物候特征

李揚漢(1988)等對南京地區(qū)的三裂葉豚草進行了物候觀察，觀察表明，三裂葉豚草在南京的全年生育期約120 d[16]。而李素德(1996)等在沈陽進行了三裂葉豚草物候期觀測，研究表明，三裂葉豚草的生育期約170 d，分為6個物候期：出苗期、營養(yǎng)生長期、花蕾期、開花期、果熟期和枯黃期[7]。趙文學(2004)等觀察了山東地區(qū)的三裂葉豚草物候期，結(jié)果顯示，在山東濟南的三裂葉豚草的最早出苗期在3月28日—4月1日[8]。

2.3種子休眠機理

三裂葉豚草種子具有休眠的特性，即使種子被埋地下四五十年后仍然能夠萌發(fā)。種子的休眠程度隨著生長地緯度不同而變化，隨著緯度的升高，進入休眠成熟種子所占百分比隨之增大，解除種子休眠需要的低溫層積時間也越長[18]。

3生態(tài)學特性

3.1生境

趙文學(2004)等研究表明，山東濟南地區(qū)的三裂葉豚草喜濕，在各種土壤中基本都能存活，在土壤pH8.5時仍可生長。三裂葉豚草多生長于田間、路旁、河邊濕地[8]。劉晶晶(2020)研究得出，三裂葉豚草喜歡生活在濕潤、肥沃的沙壤中，主要分布在農(nóng)田、水溝及河畔濕地中[19]。何江(2020)等在新疆杏花溝景區(qū)選取半山坡野杏林及草場間的溝谷區(qū)、草場山坡三種生境，通過樣地調(diào)查得出，三裂葉豚草在半山坡野杏樹林生長最為茂盛，該生境生物干擾較少，土壤較濕潤[20]。

3.2化感作用

王大力(1996)等利用三裂葉豚草的莖、葉水浸提液研究其對作物種子萌發(fā)的影響。試驗結(jié)果表明，莖、葉制成的浸提液對大豆、玉米、小麥和水稻的種子萌發(fā)以及幼苗、幼根長度有明顯的抑制作用，其所產(chǎn)生的α-蒎烯、β-蒎烯等主要化感物質(zhì)可使大豆種子的萌發(fā)率降低 49 %、玉米種子萌發(fā)率降低 52 %，并對玉米根長的抑制率達到69 %[21]。梁敏霞(2019)等研究了三裂葉豚草對油菜種子的化感作用，研究表明，當浸提液濃度小于5.1 %時，能夠促進油菜種子的萌發(fā)；當浸提液濃度大于等于7.5 %時，則會抑制油菜種子的萌發(fā)，并且浸提液的濃度越高，抑制作用越強[22]。馮煒煒(2019)分別用原產(chǎn)地美國和入侵地中國的三裂葉豚草葉片制成浸提液，研究其對大籽蒿和益母草的化感作用。研究表明，入侵地中國的三裂葉豚草葉片化感作用強于原產(chǎn)地美國的三裂葉豚草[23]。

4危害現(xiàn)狀

4.1對人體的危害

魏守輝(2006)等分析了三裂葉豚草的生物學和生態(tài)學特性，得出其風險值為83，屬于高危有害植物[24]。三裂葉豚草在花期能夠產(chǎn)生大量花粉在空氣中擴散，花粉中的主要成分倍半萜烯內(nèi)酯類水溶性蛋白一旦進入人體就會快速釋放，導致人過敏，嚴重的還會產(chǎn)生胸悶、皮膚瘙癢等癥狀，這些癥狀會周期性復(fù)發(fā)[19]。三裂葉豚草危害嚴重的區(qū)域，人們過敏概率會提升到30 %以上[13]。

4.2對物種多樣性和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害

三裂葉豚草具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力，春天出苗早且生長迅速，能在競爭中快速地占據(jù)優(yōu)勢，使自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和物種多樣性降低。三裂葉豚草常在大麻(Cannabissativa)、玉米(Zeamays)、大豆(Glycinemax)、向日葵(Helianthusannuus)等作物的農(nóng)田間混生，在田間與農(nóng)作物競爭水分及多種營養(yǎng)物質(zhì)，入侵農(nóng)田后，每公頃農(nóng)作物產(chǎn)量會降低300～450 kg，且使玉米無法形成雌穗，嚴重時甚至絕收并妨礙農(nóng)事活動的進行[9,24]。

5防治措施

5.1物理防治

三裂葉豚草春季出苗較早，苗期至現(xiàn)蕾期是進行人工拔除幼苗的最佳時期。一旦有些遺漏未拔除的幼苗也應(yīng)在開花散粉前或果實成熟之前再次進行人工割除。由于三裂葉豚草的再生能力很強，因此，需要反復(fù)割除避免開花結(jié)實[24]。在人工割除的同時還應(yīng)進行動態(tài)監(jiān)測。

5.2化學防治

防除面積大、成本低、見效快是化學防治的優(yōu)點。張金良(1997)等研究表明，在株高50～70 cm時，施用72 % 2，4-D丁酯除草劑1.50～2.25 L·hm-2或20 %百草枯3.00～3.75 L·hm-2并結(jié)合人工防除效果最好，使用前一種藥劑的經(jīng)濟成本較低[9]。咪唑乙煙酸、草銨膦西瑪津、阿特拉津、撲草凈、敵草快、甘草磷等除草劑對三裂葉豚草也有較好的防除效果[13,24]。在使用化學藥劑時，要經(jīng)常更替，避免長時間使用單一的藥物防治。

5.3生物防治

5.3.1植物替代

沙棘(Hippophaerhamnoides)、紫穗槐(Amorphafruticosa)、菊芋(Helianthustuberosus)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、草地早熟禾(Poapratensis)等植物，生長速度快、有爭光優(yōu)勢并為多年生植物，在三裂葉豚草發(fā)芽前能夠形成一定的生長高度。種植這些植物能夠遮擋住三裂葉豚草的正常生長，可有效地抑制其傳播和蔓延[13,24]。

5.3.2生物防除

引入豚草條紋葉甲(Zygogrammasuturalis)、豚草卷蛾(Epiblemastrenuana)、豚草夜蛾(Tarachidiacandefacta)等生物也能對三裂葉豚草的危害蔓延起到一定的控制作用，這些生物能在自然條件下大量食用三裂葉豚草，減輕其危害[13]。

6研究中存在的不足

6.1地理分布

三裂葉豚草在我國分布于17個省(自治區(qū)，直轄市)，但關(guān)于具體分布地點記載極少，僅有吉林省三裂葉豚草的地理分布精確到縣級區(qū)域，而其他16個省(自治區(qū)，直轄市)的分布點均沒有記載到具體的縣或鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

6.2形態(tài)解剖構(gòu)造

僅有學者對其營養(yǎng)器官根、莖、葉進行研究，而關(guān)于其繁殖器官花、果、種子尚無報道。

6.3生態(tài)特性

研究上僅涉及化感作用的研究，而關(guān)于三裂葉豚草對生境的適應(yīng)性、抗性，入侵機制、光合特性、分子遺傳多樣性及繁殖方式上尚未有研究。

6.4危害

只是有學者闡述花粉對人體產(chǎn)生危害，但關(guān)于三裂葉豚草的花粉數(shù)量、濃度及擴散距離對人體危害之間關(guān)系尚無研究。

6.5防治

關(guān)于防治意識，人們對三裂葉豚草的危害及防治認識不足。關(guān)于化學防治，還未有人研究最佳的化學藥劑種類、最佳組合、濃度及更替時間。關(guān)于生物防治，植物替代方面的研究僅有針對新疆三裂葉豚草的適宜替代植物，而對于除新疆外的其他省份或地區(qū)的三裂葉豚草替代植物還有待進一步研究；三裂葉豚草天敵的引入是否會導致當?shù)乩ハx多樣性喪失及新的生物入侵，尚未進行風險評估。

7研究展望及防治策略

7.1研究展望

7.1.1加強縣域地理分布的研究

通過查閱文獻、問卷調(diào)查、走訪和實地調(diào)查等方式，獲得三裂葉豚草的分布地點，并采用GIS技術(shù)繪制三裂葉豚草的縣域分布圖，分析三裂葉豚草的潛在適生區(qū)，以利于防治。

7.1.2加強形態(tài)、生物學和生態(tài)學特性的研究

要對三裂葉豚草繁殖器官花、果、種子的顯微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)進行研究，運用統(tǒng)計分析方法，將定性與定量研究相結(jié)合，研究三裂葉豚草對生境的適應(yīng)性、抗性、入侵機制、光合特性、分子遺傳多樣性。

7.1.3加強花粉數(shù)量、濃度及擴散距離對人體產(chǎn)生危害方面的研究

測定空氣中花粉擴散的不同數(shù)量和濃度對人體產(chǎn)生的多種危害，并研究出花粉擴散距離的具體區(qū)間，從定性到定量探討出花粉危害人們健康的閾值。

7.2防治策略

7.2.1增強國民防范外來植物入侵的意識

提高國民的綜合素質(zhì)，增強人們保護生態(tài)環(huán)境和提高防范外來植物入侵的意識。

7.2.2加強對入侵機制和治理對策的研究

三裂葉豚草種子小、產(chǎn)量高、生態(tài)適應(yīng)性強，因此，加強對三裂葉豚草入侵機制和治理對策的研究對有效控制和治理有害植物具有極其重要的意義。

7.2.3加強繁殖方式、傳播途徑、防治措施研究

深入研究三裂葉豚草的繁殖方式，在外來入侵植物生活史的不同階段采取相應(yīng)的防治措施。同時，要研究三裂葉豚草入侵后的傳播途徑，研究化學防治的利弊、生物防治中本地天敵的篩選、適合不同地區(qū)的替代植物，找出適合控制三裂葉豚草的鄉(xiāng)土植物。

7.2.4加大入侵植物的檢疫

多數(shù)入侵植物是通過貨物運輸以及游客國際旅游被偶然帶入，因此，要嚴查海關(guān)和陸地通商口岸的三裂葉豚草及其他外來植物，嚴格遵守并執(zhí)行相關(guān)法律條例。