互花米草對(duì)潮灘生態(tài)服務(wù)功能的影響

互花米草對(duì)潮灘生態(tài)服務(wù)功能的影響

植物外來種子在世界廣泛使用，尤其是在亞熱帶和亞熱帶地區(qū)。外來植物種類最常見，如45%的美國(guó)夏威夷和40%的佛羅內(nèi)斯。外來種可能引起當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的巨大波動(dòng),極大地改變引入?yún)^(qū)域的生態(tài)環(huán)境。外來種入侵對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響已引起了政府部門和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。但外來種本身并無“有害”或“無害”之稱,多種蔬菜水果、五谷雜糧都曾是中國(guó)歷史上的外來物種,如紅薯、玉米、油菜、向日葵、馬鈴薯和棉花等。因此,對(duì)外來種的認(rèn)識(shí)必須是一分為二的,外來物種既可能給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境乃至經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定負(fù)面影響,也可能改善生態(tài)系統(tǒng),造福人類。本文介紹了互花米草(Spartinaalterniflora)入侵對(duì)潮灘生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響,并提出相應(yīng)的管理對(duì)策。1相互花米草的入侵1.1種子萌發(fā)和鹽沼分布互花米草為禾本科米草屬多年生草本植物,原產(chǎn)于大西洋沿岸,從加拿大的紐芬蘭到美國(guó)的佛羅里達(dá)中部,直到墨西哥海岸均有分布,并成為優(yōu)勢(shì)植被。為保灘促淤,我國(guó)于1979年12月從美國(guó)引入互花米草這種適宜在潮間帶生長(zhǎng)的耐鹽、耐淹植物種子,首先在南京大學(xué)植物園進(jìn)行種子萌發(fā)和試種?；セ撞莘N子引種成功后,在我國(guó)沿海適宜的溫度、濕度、鹽度、土壤、水分、營(yíng)養(yǎng)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廣為擴(kuò)散傳播。目前互花米草已成為我國(guó)沿海潮灘分布面積最廣的鹽沼植被,從遼寧、天津、山東、江蘇、上海,到浙江、福建沿海地區(qū)淤泥質(zhì)潮灘上均有分布?；セ撞蓰}沼面積已超過12500hm2。20多年來,該植被在保灘護(hù)岸、促淤造陸、改良土壤、綠化海灘和改善生態(tài)系統(tǒng)等方面的功能已被人們所認(rèn)識(shí),但是互花米草在我國(guó)沿海的快速蔓延影響著潮灘的生物多樣性,并造成河口航道淤積、與灘涂養(yǎng)殖“爭(zhēng)地”等負(fù)面影響。因此,互花米草的快速蔓延及其鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的形成被認(rèn)為是典型的外來種入侵。1.2引入互花米草入侵的主要因素是相互干擾1.2.1種子萌發(fā)率高互花米草具有無性和有性兩種繁殖方式,互花米草莖的基部和地下莖的節(jié)上,常有腋芽伸出土面,并在適合的條件下形成新的植株。在立地條件較好的灘涂上,自然脫落的種子可直接萌發(fā)成幼苗,種子萌發(fā)率達(dá)80%～90%?；セ撞葜仓昃哂袇采?即以母株為中心,通過莖的基部和地下莖或種子脫落萌發(fā)而向外蔓延。由于葉片密布鹽腺和氣孔,耐鹽、耐淹能力很強(qiáng),互花米草在鹽度范圍0～40和每天二潮、每潮浸淹時(shí)間6h以內(nèi)的條件下仍能正常生長(zhǎng)。此外,互花米草還表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐淤埋、耐風(fēng)浪的特征,適宜在沿海潮灘生長(zhǎng),并形成大面積的單種優(yōu)勢(shì)群落。1.2.2沿海地區(qū)分布和生長(zhǎng)環(huán)境互花米草能在較寬廣的氣候帶分布,所以在我國(guó)從山東沿海的暖溫帶至廣東沿海的南亞熱帶海灘均能分布。同時(shí),由于我國(guó)沿海地區(qū)粉砂淤泥質(zhì)潮灘廣布,土壤條件、沿海及河口地區(qū)的海水鹽度條件也適合互花米草生長(zhǎng)。在沉積物豐富的海灘上生長(zhǎng)最好,生物量最豐富;而在土壤肥力低,含鹽量較高的海灘生長(zhǎng)較差,生物量也低。1.2.3天然植被保護(hù)嚴(yán)重我國(guó)海岸線總長(zhǎng)為3.2萬km,其中大陸為1.8萬km,潮間帶灘涂面積約200萬hm2,大部分缺乏天然植被保護(hù),海岸侵蝕嚴(yán)重。20世紀(jì)80年代以來,為了保護(hù)海灘、防止海岸侵蝕,增加土地面積、減緩人地矛盾,改善土地理化性質(zhì)、提高土地生產(chǎn)力,互花米草在我國(guó)沿海地區(qū)得到推廣,極大地促進(jìn)了互花米草在我國(guó)沿海地區(qū)的擴(kuò)散。1.2.4互花米草的傳播風(fēng)和潮流是互花米草擴(kuò)散的主要自然媒介?；セ撞莘N子可以隨風(fēng)傳播,也可以隨著落潮流越過草灘外側(cè)潮溝在更低的灘面上立地生長(zhǎng)。因海岸侵蝕或潮溝擺動(dòng)而破壞的互花米草植株可以被沿岸流帶到無互花米草生長(zhǎng)的潮灘,進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。此外,互花米草還可以借助多種人為方式,如船只、港口及部分陸上運(yùn)輸?shù)葻o意傳播。如浙江象山港及杭州灣南岸潮灘互花米草生態(tài)系統(tǒng)就是通過自然媒介傳播和人為無意識(shí)傳播形成的。1.2.5種群增長(zhǎng)和擴(kuò)散到目前為止,我國(guó)還沒有發(fā)現(xiàn)本地的天敵可以控制互花米草種群增長(zhǎng)和擴(kuò)散,這也是互花米草在我國(guó)沿海能迅速擴(kuò)展的原因之一。自然控制機(jī)制的缺乏,使得互花米草能依靠其自身極強(qiáng)的生長(zhǎng)能力快速擴(kuò)展。2互花米草對(duì)服務(wù)功能的影響互花米草的擴(kuò)散及其對(duì)潮灘的占領(lǐng),極大地改變了原生潮灘生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),從而引起潮灘生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。主要表現(xiàn)在影響生態(tài)系統(tǒng)生物量、生物多樣性、潮灘水動(dòng)力和沉積過程、土壤形成和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、植被演替序列等方面。對(duì)于不同區(qū)域而言,互花米草對(duì)同一種服務(wù)功能的影響可能表現(xiàn)出完全相反的特征,即正面和負(fù)面影響。為進(jìn)一步查明互花米草對(duì)潮灘生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響,我們選擇開敞的杭州灣南岸和相對(duì)封閉的福建三都灣作為調(diào)查對(duì)象,探討互花米草對(duì)潮灘生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)功能的影響。2.1岸潮灘和下海地互花米草植株高大,生物量豐富,每公頃鮮生物量達(dá)30t,最多達(dá)50～80t,使得潮灘生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力大大提高。互花米草生態(tài)系統(tǒng)可蘊(yùn)育多種底棲生物資源,如沙蠶、鋸緣青蟹、彈涂魚等具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的底棲生物資源。杭州灣南岸潮灘寬廣,潮間帶面積408km2,互花米草面積38km2,通過計(jì)算得到互花米草生物量及其底棲動(dòng)物生物量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)6.00×106元。在負(fù)面影響上,福建三都灣口小腹大,潮灘面積為308km2,大米草和互花米草面積40km2,互花米草的蔓延擴(kuò)展,侵占縊蟶、牡蠣、泥蚶、花蛤等貝類良好的養(yǎng)殖埕地或貝苗的天然產(chǎn)地,使得三都灣灘涂養(yǎng)殖業(yè)遭受巨大損失,此外,互花米草枯枝落葉的漂移對(duì)灣內(nèi)紫菜、海帶等藻類的生長(zhǎng)、收獲及產(chǎn)品質(zhì)量也有明顯的不良影響。造成三都灣互花米草與灘涂養(yǎng)殖業(yè)“爭(zhēng)地”的原因是封閉、狹長(zhǎng)的海灣無法為灘涂養(yǎng)殖業(yè)生態(tài)位的下移提供空間。而杭州灣南岸潮灘則隨著互花米草的擴(kuò)展和灘涂的北漲,經(jīng)濟(jì)貝類的生態(tài)位也相應(yīng)下移北遷,養(yǎng)殖業(yè)不受互花米草擴(kuò)展影響。2.2基于生物多樣性的群落優(yōu)勢(shì)和珍鳥的棲息地互花米草作為潮灘先鋒植被,通過對(duì)潮灘的占領(lǐng),形成單優(yōu)勢(shì)群落。茅草、鹽蒿等植被很難在灘面淤高后侵入其中,使得互花米草與本土植物存在競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)空間的現(xiàn)象,從而威脅本地的植物多樣性。同時(shí),高大互花米草植株的庇護(hù)也為大量底棲生物的生存、穴居和繁衍提供了餌料和庇護(hù)地。此外,由于互花米草海灘生態(tài)系統(tǒng)中大量底棲動(dòng)物的存在及互花米草秋后產(chǎn)生大量種子,也引來各種珍禽海鳥覓食棲息。據(jù)估算,杭州灣南岸互花米草在牛背鷺、大白鷺等珍禽海鳥生物遺傳信息保護(hù)方面的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為1.048×107元/a1)。當(dāng)然互花米草通過對(duì)潮灘生態(tài)結(jié)構(gòu)的改變,也改造了本地底棲動(dòng)物的生存環(huán)境,從而影響本地動(dòng)物區(qū)系。如三都灣寧德二都?jí)▍^(qū)外互花米草的擴(kuò)展,幾乎造成“二都泥蚶”的絕跡。2.3互花米草消浪保灘作用互花米草根系發(fā)達(dá),盤根錯(cuò)節(jié),桿粗葉茂,在潮灘上形成一道軟屏障,高潮位附近的波浪伴隨著強(qiáng)大的波能沖擊互花米草灘時(shí),互花米草植株隨波擺動(dòng)并對(duì)波浪產(chǎn)生反作用,降低波能,從而降低高潮位波浪對(duì)其后海岸、堤壩的沖刷破壞作用。挾帶泥沙的潮流進(jìn)入互米草灘時(shí),能量大量消耗,流速顯著降低,潮流挾帶的泥沙大量沉積于草灘中,使得灘面逐漸淤高,并促使潮灘土壤的形成和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。據(jù)估算杭州灣南岸互花米草的促淤保灘、消浪護(hù)岸和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為2.353×107元/a1),三都灣二都?jí)▍^(qū)堤壩外的互花米草也發(fā)揮著很好的保灘護(hù)堤作用?；セ撞萃ㄟ^其消能促淤,對(duì)潮間帶水體循環(huán)產(chǎn)生明顯影響,從而改變了潮灘沉積物的分布規(guī)律。特別是泥沙在沿海閘下引河中的淤積,影響漁船通行及閘下排澇,導(dǎo)致沿海涵閘的過早廢棄。這種負(fù)面效應(yīng)在杭州灣南岸表現(xiàn)得特別明顯,如海黃山閘的廢棄、四灶浦閘和徐家浦閘的外遷均與之有一定關(guān)系。2.4互花米草的經(jīng)濟(jì)價(jià)值互花米草將進(jìn)入海灘生態(tài)系統(tǒng)的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量以生物量的形式存儲(chǔ)于植物體內(nèi),冬季互花米草地上部分死亡后部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回歸土壤或被潮流帶至外海?；セ撞輰?duì)粉塵具有明顯的阻擋、過濾和吸附作用,同時(shí)對(duì)水體和土壤中農(nóng)藥及汞等重金屬元素具有較強(qiáng)的吸附能力,具有凈化環(huán)境功能。據(jù)估算,杭州灣南岸互花米草生態(tài)系統(tǒng)在養(yǎng)分循環(huán)、滯塵和水土凈化等方面的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為1.444×107元/a1)?；セ撞菰谌紴车臄U(kuò)展,加速了灣內(nèi)潮灘的淤積,在潮灘養(yǎng)分積累和土壤形成方面也有明顯的促進(jìn)作用。2.5潮灘植被演替序列沿海潮灘植被演替序列與植被本身的耐鹽、耐淹性有關(guān),在淤長(zhǎng)型岸段,原生潮灘植被演替序列一般為裸灘-鹽蒿-茅草,互花米草的生態(tài)位一般在鹽蒿灘以下,因此互花米草一般入侵平均高潮位以下、經(jīng)常受海水浸淹的裸灘,潮灘植被演替序列變?yōu)槁銥?互花米草灘-鹽蒿灘-茅草灘。由于互花米草根系發(fā)達(dá),且在潮間帶的分布范圍相當(dāng)寬廣,具有純生性,常形成單種優(yōu)勢(shì)群落,鹽蒿群落很難侵入其中,因而又對(duì)潮灘植被的正常演替產(chǎn)生明顯影響,在杭州灣南岸潮灘植被演替過程中已表現(xiàn)出鹽蒿缺失現(xiàn)象。3影響性質(zhì)的因素以上分析表明,作為外來種的互花米草對(duì)潮灘生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響具有雙重性質(zhì),既存在明顯的正面效益,也可能帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此,要做到趨利避害,加強(qiáng)對(duì)外來種互花米草潮灘生態(tài)系統(tǒng)的管理是關(guān)鍵,要根據(jù)不同區(qū)域的潮灘特征及其開發(fā)利用方向,因地制宜充分利用其正面影響,盡量減少其負(fù)面影響。3.1農(nóng)業(yè)生物礦質(zhì)液和米草總黃酮的提取互花米草植株中粗蛋白含量為11%,粗脂肪為2%,粗纖維為25%,同時(shí)富含氨基酸、維生素和微量元素,其傳統(tǒng)用途主要包括用作肥料、飼料、燃料,以及用于改良土壤和培育食用菌等。20世紀(jì)70年代末,江蘇啟東的興墾農(nóng)場(chǎng)用大米草放牧綿羊,獲得成功。在綠色工藝下,互花米草可提取具很強(qiáng)保健功能的精制生物礦質(zhì)液(BMT)和米草總黃酮(TFS)。欽佩等的研究表明,BMT具有顯著的增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、強(qiáng)心、抗炎、耐缺氧等生理作用,而TFS則具有顯著的纖溶活性和較強(qiáng)的抗腦血栓等生理功能。近年來,江蘇和福建沿海人民在互花米草萌芽的4,5月份采挖新芽用作蔬菜。因此,在傳統(tǒng)用途基礎(chǔ)上,增加科技投入,開發(fā)推廣互花米草保健產(chǎn)品不僅可增加沿海人民的收益,而且對(duì)控制互花米草的擴(kuò)散和蔓延具有重要作用。3.2利用互花米草潮灘生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)殖蟹、蟹類等底棲動(dòng)物OdumdEP在喬治亞州薩帕婁島的研究表明,互花米草灘海水中有機(jī)碎屑的95%來自互花米草,并為底棲動(dòng)物所利用?；セ撞萆鷳B(tài)系統(tǒng)的形成,大大增加了潮灘底棲動(dòng)物的類型和生物量,互花米草海灘生態(tài)系統(tǒng)中的沙蠶、蟹類等底棲動(dòng)物具較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,利用互花米草潮灘生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)殖沙蠶、青蟹,可彌補(bǔ)互花米草蔓延侵占泥螺、蛤類等灘涂養(yǎng)殖業(yè)造成的損失,提高沿海農(nóng)民的收益。同時(shí)利用互花米草促淤功能,圍墾有草潮灘不但可增加土地面積,也可達(dá)到根除負(fù)面影響明顯岸段的互花米草的目的。由于互花米草海灘生態(tài)系統(tǒng)中大量底棲動(dòng)物的存在及互花米草秋后產(chǎn)生大量種子,也引來各種珍禽海鳥前來覓食棲息。杭州灣南岸互花米草海灘生態(tài)系統(tǒng)中有牛背鷺、大白鷺、白骨頂、震旦雅雀等近十種國(guó)家一、二類保護(hù)海鳥活動(dòng),保護(hù)著珍稀鳥類的基因資源,在生物多樣保護(hù)方面發(fā)揮著巨大作用。對(duì)于此類互花米草潮灘生態(tài)系統(tǒng)必須加大保護(hù)力度,按核心區(qū)、緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)分別加以保護(hù)和利用。3.3適當(dāng)發(fā)展互花米草我國(guó)引進(jìn)互花米草的主要目的是保灘促淤,20多年來,互花米草在保灘促淤方面的作用是有目共睹的,但其負(fù)面影響也很明顯。因此必須因地制宜控制或發(fā)展互花米草。對(duì)于穩(wěn)定型的封閉式海灣潮灘,如福建羅源灣、浙江象山港等絕對(duì)不能發(fā)展互花米草,以免造成港灣淤積,影響灘涂養(yǎng)殖業(yè)或航運(yùn)業(yè);而對(duì)于淤長(zhǎng)型的寬闊潮灘,如江蘇中部淤長(zhǎng)型潮灘,適當(dāng)發(fā)展互花米草,不僅不會(huì)影響沿海灘涂養(yǎng)殖業(yè),而且能增加沿海農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入,并發(fā)揮其促淤功能,通過圍墾增加土地面積;對(duì)于侵蝕型的潮灘,如江蘇廢黃河口適當(dāng)發(fā)展互花米草,可減緩潮灘侵蝕速度,保護(hù)海堤等沿海工程設(shè)施;對(duì)于半封閉的潮灘,如淤長(zhǎng)型的杭州灣南岸潮灘,互花米草的發(fā)展也必須加以控制,以免引起杭州灣潮波特征改變,使得南北兩岸岸線產(chǎn)生重大調(diào)整,造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。3.4控制傳播途徑由于互花米草具有極強(qiáng)繁殖能力和抗逆性,能借助多種途徑傳播擴(kuò)散,加上缺乏自然調(diào)控機(jī)制,造成了互花米草在我國(guó)沿海地區(qū)的快速蔓延,因此必須加強(qiáng)對(duì)互花米草傳播擴(kuò)散途徑的控制。首先是通過宣傳教育,讓人們充分認(rèn)識(shí)互花米草對(duì)潮灘生態(tài)系統(tǒng)的正負(fù)面影響,切斷人為無意識(shí)傳播途徑。對(duì)于不適于互花米草生長(zhǎng)的潮灘,養(yǎng)成主動(dòng)滅草習(xí)慣,防止互花米草通過人為或自然媒介侵入。3.5互花米草的覆蓋效果潮灘植被周期性地被海水淹沒,很容易造成除草劑的散失,因此用藥物根除互花米草相當(dāng)困難。美國(guó)、荷蘭、澳大利亞和新西蘭等國(guó)家較早開展藥物根除大米草研究工作。美國(guó)采用Rodeo和Arsenal殺除米草有較好的效果,且后者比前者更高效,荷蘭采用Gallant控制米草蔓延也取得了較好的效果。福建省農(nóng)科院劉建等研制的大米草專用除草劑BC-08也有一定的除草效果。因此,研制高效且又不影響或少影響水生生物和環(huán)境安全的藥劑顯得非常必要?；セ撞菰谠a(chǎn)地的天敵主要有昆蟲、螨蟲、線蟲等。其中一種昆蟲-光蟬被認(rèn)為是最有潛力的互花米草生物防治天敵因子。麥角菌能顯著降低互花米草種子產(chǎn)量,也有可能用于