互花米草入侵對濕地生態(tài)環(huán)境的影響及治理

摘要：作為一種外來物種，互花米草從國外引入我國，用來抵御臺風、保灘護岸?；セ撞菥哂袕V鹽性和耐淹性，耐重金屬環(huán)境，適應性強，在山東省沿海增長十分迅速，在互花米草入侵嚴重的灘涂上，難以看到本土植物的生存跡象，嚴重威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。其入侵會對濕地生態(tài)系統(tǒng)造成難以預計的后果，必須對其進行治理和控制。2020年，山東省印發(fā)《山東省互花米草防治實施方案》，啟動互花米草治理工作，它是全國首個全面啟動互花米草聯(lián)防聯(lián)控機制的省份?？刂苹セ撞莸闹饕椒ㄓ形锢矸ā⒒瘜W法、生物法和資源化利用法等，要根據(jù)互花米草生長區(qū)的實際情況，因地制宜地加以實施，最大限度地保護渤海濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)。

關鍵詞：互花米草；濕地生態(tài)環(huán)境；入侵；環(huán)境影響；治理

中圖分類號：Q958.8 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.032

Impact of Spartina alterniflora invasion on wetland ecological environment and its control

——Taking Shandong Province as an Example

CHEN Fangtao1， LIU Guoning2， LI Qiuxia2， YU Liangchen3

（1. Shandong Weifang Ecological Environment Monitoring Center; 2. Weifang Ecological Environment Monitoring Center， Weifang 261000， China; 3. Weifang Changyi Ecological Environment Monitoring Center， Weifang 261300， China）

Abstract： As a introduced species， Spartina alterniflora is introduced into China from abroad to resist typhoons and protect beaches and banks. Spartina alterniflora has euryhaline， flood resistance， heavy metal tolerance， strong adaptability， and is growing rapidly in the coastal areas of Shandong Province， on the mudflat where Spartina alterniflora has seriously invaded， it is difficult to see signs of survival of native plants， which seriously threatens the diversity of wetland ecosystem. Its invasion will have unpredictable consequences on the wetland ecological system， and it must be treated and controlled. In 2020， Shandong Province issued the \"Spartina alterniflora Prevention and Control Implementation Plan in Shandong Province\" to start the Spartina alterniflora control work， it is the first province in China to comprehensively launch the Spartina alterniflora joint defense and control mechanism. The main methods to control Spartina alterniflora include physical method， chemical method， biological method and resource utilization method， according to the actual situation of Spartina alterniflora growing area， it should be implemented according to local conditions to protect the coastal wetland ecosystem of the Bohai Sea to the maximum extent.

Keywords： Spartina alterniflora; wetland ecological environment; invasion; environmental impact; control

互花米草是一種禾本科虎尾草族米草屬多年生耐鹽草本植物，作為一種外來物種，它原產(chǎn)于北美洲與南美洲的大西洋沿岸，1979年12月從國外引入我國，用于抵御臺風、保灘護岸[1]?；セ撞菥哂袕V鹽性、耐淹性、耐重金屬環(huán)境、適應性強等特點，可利用種子和根系繁殖，易向潮間帶較低部位和土著植被群落擴展和入侵。幾十年來，互花米草在我國沿海迅猛暴發(fā)，遍布全國海岸帶，以山東省為例，互花米草于1990年引種至東營市灘涂[2]，經(jīng)過三十多年的擴散生長，目前，全省7個沿海城市均有分布，2020年僅東營市互花米草分布面積就達7 157 hm2?；セ撞莘敝衬芰娗疑L在潮間帶，治理非常困難，鑒于其入侵性和危害性，我國已將其列入首批16種造成嚴重生態(tài)危害和經(jīng)濟損失的外來入侵物種名單，互花米草作為唯一的海岸鹽沼植物名列其中[3]。目前，我國尚未發(fā)現(xiàn)本地的可以有效控制互花米草種群擴散的天然制約因子，因此互花米草的治理需要人為干預。2020年，山東省印發(fā)《山東省互花米草防治實施方案》，啟動互花米草治理工作，要求3年內(nèi)基本消除互花米草全省存量，基本遏制擴散態(tài)勢，是全國首個全面啟動互花米草聯(lián)防聯(lián)控機制的省份。

1 對濕地生態(tài)環(huán)境的影響

互花米草生長密度大，在低中潮灘會形成“生物堤壩”，減緩減弱水流海浪沖擊力，故其具有促淤、護灘和保堤的作用，同時也阻隔濕地水文連通，導致航道淤塞?；セ撞輵{借其對環(huán)境的適應能力和較強的繁殖能力，改變植被群落結構，降低海灘濕地植被群落的豐富度，擠占一些底棲動物賴以生存的空間，威脅海鳥的生存環(huán)境，導致生物多樣性下降。此外，互花米草還對濕地土壤、水環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和濱海景觀結構產(chǎn)生一系列影響。

1.1 對地貌水文與景觀結構的影響

互花米草可以削弱河流水流動力，使進入潮灘的水流速度減慢，并使水流產(chǎn)生強烈的紊動，降低水流挾沙能力，可以增加2倍的促淤量，具有明顯的促淤作用[4]。山東省濱州市、東營市、濰坊市等近岸海域地區(qū)屬于淤泥質(zhì)平原海岸，入海河流泥沙含量很高且顆粒較細，挾帶泥沙的潮流進入互花米草灘時，高密度的互花米草群落改變河口濕地的水沙動力，在潮灘上形成一道軟屏障，對波浪產(chǎn)生反作用，降低波能，入海河流流速因此會明顯降低，潮流挾帶的大量泥沙能以較快速度淤積于草灘中，使得灘面逐漸淤高，改變了潮灘的微地形。互花米草擴張還導致潮溝形態(tài)特征發(fā)生明顯改變，以黃河三角洲濱海濕地為例[5]，在互花米草入侵和持續(xù)擴張的條件下，黃河三角洲濱海濕地潮溝的分支增多，平均面積減小，總長度變長，平均長度縮短，平均寬度變窄。潮溝寬深比減小，連通性降低，致使鹽沼排水不暢，打破潮間帶地區(qū)的水鹽平衡，影響海水交換，阻滯潮汐水文、阻礙潮汐通道，嚴重影響潮間帶地區(qū)的水系連通，使船舶通行受阻?；セ撞菰谏L旺盛季節(jié)可侵占全部潮間帶，綠油油的一片，看似生機勃勃，其實卻是一片“綠色荒漠”，互花米草空間分布格局對濱海濕地景觀結構產(chǎn)生重要的影響。

1.2 對濕地土壤和水環(huán)境的影響

互花米草的發(fā)達根系可以改變土壤的理化性質(zhì)，使土壤的通透性增強，土壤空隙增加，光灘上栽種互花米草后，土壤剖面慢慢變成黑色，說明有機質(zhì)含量逐漸增高，多年生長后，互花米草可有效地控制和減輕土壤返鹽程度，有效地改良海岸帶鹽土土質(zhì)，提高肥力[6]。同時，互花米草對水體和土壤中重金屬元素有明顯的吸收作用，具有凈化環(huán)境的功能。吳玉[7]通過采集濕地光灘、互花米草、蘆葦以及水杉人工林4種不同覆被類型的土壤，對比研究其對Pb的吸附特征并進行Langmuir模型模擬，結果表明，4種覆被土壤對Pb的吸附量大小排序為蘆葦＞互花米草＞光灘＞水杉。胡志平[8]研究發(fā)現(xiàn)，互花米草對鎘、鉛、鎳、鉻等重金屬的吸收轉(zhuǎn)移和累積能力要強于蕉草和蘆葦?shù)群竦刂参?。劉軍普等[9]研究表明，互花米草不僅耐污能力強，而且對含營養(yǎng)鹽污水有明顯的凈化效果，對氨氮（NH3-N）和總磷（TP）的平均去除率分別為38.8%和32.1%。喬亞軍[10]研究發(fā)現(xiàn)，互花米草對營養(yǎng)鹽具有很好的吸收作用，互花米草碳氮比和碳磷比高于鹽地堿蓬，這表明潮灘植物具有較好的碳氮磷儲存效應?；セ撞葸@種效應可降低海水中的N、P含量，從而減少海洋赤潮發(fā)生率。邵學新等[11]通過樣品采集與分析發(fā)現(xiàn)，互花米草年固碳能力是中國陸地植被平均固碳能力的376%，明顯高于海三棱藨草屬鹽沼植物的年固碳能力，具有較好的儲碳固碳能力，在增加濕地海洋碳匯方面優(yōu)勢明顯。

1.3 對生物多樣性的影響

1.3.1 互花米草對土著植物群落的影響

在山東省渤海濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中，與互花米草生境條件類似的本土植物主要是蘆葦、鹽地堿蓬、藨草、獐茅等[12]。研究發(fā)現(xiàn)，互花米草葉綠素含量高，對養(yǎng)分的吸收利用能力更強，同時，互花米草的滲透勢較低，能夠在較高的鹽境條件下通過自身的調(diào)節(jié)機制來減少細胞膜所受的傷害，能夠耐受鹽度、淹水時間、pH等生態(tài)因子較大的變化幅度，從而適應惡劣的環(huán)境脅迫[13-14]。在潮間帶，互花米草競爭能力顯著大于蘆葦、鹽地堿蓬、海三棱藨草、秋茄等鹽沼植物[15]。除此之外，互花米草具有一系列有利于種群增長和擴散的機制。例如，可依靠種子、根狀莖和無性繁殖體片段進行快速增殖和擴散，其自身具有的這種不對稱性競爭優(yōu)勢導致土著鹽沼植物種群數(shù)量的降低和分布面積的大量減少[16]?；セ撞萑肭謬乐氐臑┩啃纬擅芗膯挝锓N群落，難以看到本土植物的生存跡象，這嚴重威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。

1.3.2 互花米草對底棲動物的影響

底棲動物是潮間帶鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的消費者類群，鹽沼植被作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，對大型底棲動物功能群組成及分布具有重要影響[17]?；セ撞菀越^對生長優(yōu)勢的存在破壞這些底棲生物的生境，使得原先生活在這里的大型無脊椎底棲生物消失或者遷移，主要有泥螺、四角蛤蜊、文蛤、縊蟶、中國綠螂等灘涂物種[6]。陳中義等[18]采用圓筒取樣，比較大型底棲無脊椎動物在兩種植物群落（互花米草群落和海三棱藨草群落）的變化差異，分析表明，大型底棲無脊椎動物在互花米草群落中的香農(nóng)-維納指數(shù)、物種豐富度、均勻度都顯著低于海三棱藨草群落，這表明互花米草入侵海三棱藨草群落，競爭取代土著植物后，顯著降低大型底棲無脊椎動物的物種多樣性?；セ撞萑肭炙鸬闹脖活愋?、植株高度、密度、生物量以及底棲動物營養(yǎng)來源和食物結構的變化可能是造成大型底棲動物群落結構改變的主要原因。劉莊等[6]認為，互花米草在影響部分底棲動物生存的同時，也會為另外一部分底棲動物創(chuàng)造適宜棲息環(huán)境，主要包括沙蠶、青蟹和彈涂魚等，互花米草對濕地底棲動物的影響有有利的一面和不利一面。

1.3.3 互花米草對鳥類的影響

植被群落是鳥類棲息地的重要組成部分，是鳥類覓食、棲息、繁殖的重要環(huán)境基礎?；セ撞菹蚬鉃┑目焖贁U散和侵占在一定程度上改變沿海灘涂鳥類棲息地景觀格局，導致鳥類適宜生境減少。例如，互花米草入侵導致我國沿海紅樹林、潮灘蘆葦、堿蓬等鳥類適宜生境面積銳減，改變本地植被群落分布，造成沼澤濕地中一些特有乃至瀕危鳥類棲息地喪失。陳潘等[19]研究認為，絕大多數(shù)鳥類選擇泥灘或蘆葦生境，而被互花米草入侵后的泥灘和蘆葦生境可利用性降低，涉水禽類不會在密集的互花米草群落中覓食，不利于鳥類的棲息覓食和繁殖，導致本地鳥類群落結構發(fā)生變化。但隨著入侵時間的延長，互花米草對本地鳥類群落可能產(chǎn)生其他后果，某些鳥類開始逐步適應互花米草群落，同時，某些非本地鳥類逐步占據(jù)空白生態(tài)位，選擇入侵生境作為棲息、覓食地，一些極少數(shù)小型雀形目鳥類甚至能夠在其中筑巢繁殖，但大多數(shù)本地鳥類未表現(xiàn)出對互花米草生境的適應。

2 治理措施

雖然互花米草在促淤保灘護岸、改良土壤、改善水質(zhì)和儲碳固碳等領域表現(xiàn)出良好的一面，但筆者認為互花米草排擠其他植物，威脅濱海濕地生物多樣性，任憑其大量擴張會造成難以預料的后果，權衡利弊，應該對互花米草進行控制并消除。

2.1 物理法

物理法是最常規(guī)、易操作、見效快的防控管理手段，環(huán)境影響小。物理法主要包括刈割、翻耕、碎根、淹水、遮陰等[20]。刈割法、翻耕法和碎根法在原理上是一致的，都是通過物理外力破壞互花米草的生理結構，使其死亡。淹水法是在互花米草分布區(qū)筑堤并在堤內(nèi)對其進行水淹處理，抑制互花米草根部氧氣交換，使其死亡。謝寶華等[21]在黃河三角洲的互花米草防治中發(fā)現(xiàn)，在互花米草揚花結實前刈割并保持20 cm的水深處理3個月，可以有效地滅除互花米草。遮陰法[22]是用黑色塑料布、厚草席、遮陰網(wǎng)等透光率低的織物遮蓋互花米草，抑制其光合作用，因植株通過光合作用獲得的養(yǎng)分減少，持續(xù)遮陰1～2個生長季節(jié)后互花米草因養(yǎng)分耗盡而死亡，遮陰法比較適用于小塊草叢。山東省等不少地方針對互花米草分布面積廣、分布區(qū)域分散、各分布區(qū)域治理環(huán)境差別大的客觀實際，確定了刈割、刈割＋翻耕、刈割＋筑堤圍淹等治理方式，采用履帶式還田機、割草機、機耕船、浮筒式挖掘機等施工機械作業(yè)，提高互花米草治理效率。東營市在互花米草分布區(qū)采取全區(qū)域刈割，并采用圍淹、翻耕的方式治理互花米草2 560 hm2，鳥類種群數(shù)量、底棲生物明顯增加。青島市將海域內(nèi)分布的1 312.09 hm2互花米草全部刈割，完成翻耕面積達930 hm2，有效控制互花米草的擴張。建議在第二年春季互花米草萌芽期，采用翻耕法及時清除種子萌發(fā)的實生苗和根狀莖萌發(fā)的克隆苗。

2.2 化學法

化學法主要通過噴灑滅草劑防除互花米草，施用后可影響植株代謝過程而導致植株死亡，對消除互花米草有較好的作用[16]。由于大面積使用化學法的環(huán)境風險未知，化學法適用于去除中小規(guī)模的互花米草叢。Patten[23]研究發(fā)現(xiàn)，使用草銨膦、草甘膦和咪唑煙酸，在苗期，互花米草生長均得到很好的殺滅，但對于成熟互花米草，滅草效果差很多。喬沛陽等[24]對除草劑使用效果進行跟蹤調(diào)查，結果發(fā)現(xiàn)，高效氟吡甲禾靈、氰氟草酯等農(nóng)藥對互花米草均有較好滅除效果，同時，施用除草劑在短期內(nèi)會毒害某些底棲動物，噴施除草劑治理互花米草，需要針對特定灘涂環(huán)境和互花米草的生物密度選擇除草劑配量，最大限度地減小除草劑對生態(tài)環(huán)境的影響。因此，在結合物理防治的同時，在新入侵的或人力機械等難以到達的互花米草分布區(qū)，可以嘗試使用無人機噴灑作業(yè)等方式控制互花米草。濰坊市分區(qū)域采用化學治理、物理治理及兩者相結合的處理方法清除互花米草，后期對復生苗進行二次清理，治理效果總體達到預期。若使用除草劑進行大面積治理，必須充分考慮藥劑使用的方式、時間、范圍，除此之外，還需要進行更全面的化學治理試劑的生物毒性試驗和環(huán)境殘留風險評估。

2.3 生物法

生物法主要分為生物防治和生物替代兩種方法。生物防治的基本原理是依據(jù)有害生物-天敵的生態(tài)平衡理論，利用直接食用互花米草植株的哺乳動物、鳥類、昆蟲或者寄生在其體內(nèi)的微生物、病原菌等來防治互花米草，從而抑制互花米草生長，逐步迫使其消亡，以防控互花米草侵害，保護本區(qū)域海洋濕地[25]。防治互花米草的潛在生物主要有玉黍螺、麥角菌、稻飛虱和光蟬等，其中光蟬[16]被認為是一種非常有潛力的防治互花米草入侵的生物天敵因子，常寄生在米草屬的3種植物（互花米草、大米草和加利福尼亞米草）中，特別對互花米草具有很強的殺傷力，而對其他海灘鹽沼植物無明顯影響。秦曉靜[26]發(fā)現(xiàn)，利用玉黍螺增效割除防治互花米草的方法對互花米草具有較強的抑制作用，尤其是割除后的再生植株增效作用明顯，可高效安全地控制外來入侵植物互花米草，同時為物理法與生物法結合治理互花米草提供可能。

生物替代是一種生態(tài)學防治技術，它是根據(jù)植物群落演替規(guī)律，利用當?shù)噩F(xiàn)有的植物，通過自然競爭削弱互花米草的生長優(yōu)勢，取代外來入侵植物。李元躍等[27]在近海灘涂進行無瓣海桑、秋茄、桐花樹、海欖雌等紅樹植物種植試驗，成功治理互花米草約151 hm2，取得明顯的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益。徐淑升[28]提出用海水稻代替互花米草進行生態(tài)修復的設想，我國大部分灘涂的鹽濃度在3‰以上，灘涂要實現(xiàn)這個設想，首先要選育耐鹽濃度在3‰以上的海水稻品種[29]。李婷等[30]研究發(fā)現(xiàn)，海稻86幼苗耐受極限接近15‰鹽度環(huán)境，幼苗在鹽度9‰以下海水營養(yǎng)液中表現(xiàn)出較強的適應能力，這就為山東省沿海灘涂中種植海水稻生物替代互花米草提供可能。選擇適合沿海灘涂修建圩堤，適時往圩堤內(nèi)適量增加淡水，以降低海水稻生長環(huán)境的鹽度，提高海水稻的競爭優(yōu)勢，最終實現(xiàn)經(jīng)濟價值、生態(tài)價值的雙豐收。

2.4 資源化利用法

辛悅等[31]利用能值分析方法對崇明東灘互花米草資源化利用生態(tài)工程系統(tǒng)進行生態(tài)經(jīng)濟評價，得出該系統(tǒng)經(jīng)濟產(chǎn)投比為27.78，經(jīng)濟凈收益為96.4億美元，高于相似的海岸生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)，應用生態(tài)工程原理對其進行深度開發(fā)和有效利用，可以為當?shù)靥峁妱诺慕?jīng)濟驅(qū)動。

根據(jù)前人的研究成果[32]，通過對互花米草提取物進行分離、純化和鑒定，共獲得多種單體化合物，包括糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、類黃酮、有機酸類、香豆素類和生物堿類等多類成分，其中，黃酮類物質(zhì)的藥用價值研究比較多。互花米草提取的黃酮類化合物具有抗氧化作用和增強免疫力等生物活性，具有保護肝臟、抗炎、降血糖和降血脂等作用，在醫(yī)療保健等領域的潛在應用價值很大。目前已有廠家將互花米草開發(fā)成口服液進行生產(chǎn)，開發(fā)其藥用價值，實現(xiàn)其經(jīng)濟價值[33]?；セ撞葜仓昃哂休^高的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪儲量，其生物礦質(zhì)液具有豐富的營養(yǎng)元素和活性物質(zhì)，它是較好的鹽生牧草和飼草，可作為特種水產(chǎn)飼用添加劑進行開發(fā)推廣?；セ撞荼徽J為是具有最高生產(chǎn)力的鹽沼植物之一，植株蘊含較高的生物質(zhì)能，可將互花米草液化處理后制備生物油燃料和沼氣。互花米草秸稈內(nèi)部呈海綿狀，具有豎直的通氣孔結構，以互花米草為原料，經(jīng)活化處理后制成活性炭，其吸附能力滿足水處理用活性炭的要求，可吸附廢水中對硝基苯胺和鎘、鉻等重金屬，實現(xiàn)互花米草生物質(zhì)的基料化利用[34-35]?？赏ㄟ^多種方式將互花米草資源化利用，化害為利、變廢為寶，逐步控制、減少甚至消除互花米草的侵入。

3 結語

互花米草的入侵已引起多方的關注，任其肆意擴張會導致濕地生態(tài)環(huán)境的失衡，其可通過物理、化學、生物等方法進行控制，要根據(jù)互花米草生長區(qū)的實際情況，因地制宜加以實施，最大限度地保護渤海濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)。互花米草可以靠多種方式傳播、擴繁和生長，因此它在沿海地區(qū)存在跨地區(qū)擴散的可能。沿海各地需要聯(lián)防聯(lián)控，協(xié)同作戰(zhàn)，在治理互花米草的同時開展長期跟蹤監(jiān)測，并建立長效監(jiān)管機制，防止治理后再次遭受入侵，以免人力、物力、財力的浪費。

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