农业生物安全 浅谈生物入侵

农业生物安全 浅谈生物入侵

浅谈生物入侵 1 案列论述——福建互花米草入侵 1.1 入侵历史 互花米草 Spartina alterniflora Loisel 为禾本科米草属 Spartina Schreb 多年生草本植物，生长在高潮位下部和低潮位上部的广阔滩面、河口湾和淤泥质 滩面。鉴于互花米草在保岸护滩、绿化海岸、促淤造田和消浪防洪方面的特殊功 效，原产于美洲大西洋的互花米草被引种到法国、英国、新西兰和中国等许多国 家。我国于 1979 年引种到南京大学植物园，1980 年移植到福建省罗源县，随后 扩种到我国山东、江苏、浙江和广东等沿海海滩。目前，互花米草已被世界公认 为外来恶性杂草之一，被我国列入首批 16 中外来入侵物种黑名单，并对其蔓延 进行监控（中国科学院和国家环境保护总局，2003）。 1.2 福建互花米草状况 互花米草繁殖和适应能力极强，在其侵入的滩涂地带，极易形成高密度和高 生产力的单物种群落，迅速建立优势种群。据估计，目前全国沿海滩地的互花米 草发生面积已达 10-13 万 h ㎡。在福建，互花米草几乎侵占了该省所有的滩涂， 2008 年调查结果显示，闽东沿海的红树林大部分已被米草吞噬，甚至消失，位 于云霄和漳浦的国家级红树林保护区亦受到米草的蚕食。 互花米草的大量繁殖可造成以下破坏：破坏近海生物的栖息环境，影响滩涂 养殖；威胁本土海岸生态系统，致使大片红树林等本地物种消失；增加泥沙沉积， 使得滩面逐渐淤高，影响渔船通行及闸下排涝。据估计，互花米草每年为福建省 滩涂养殖业带来经济损失超过 10 亿元。 1.3 互花米草生物学特征 互花米草形态高大健壮，茎干挺拔，高一般为 1.5-2m。植株下部茎干粗壮， 叶互生，叶长 30-40cm，披针形，地下部分包括短而细的须根以及长而粗的根茎， 须根密布于 30cm 深的土层中，根茎是米草快速繁殖的重要器官。互花米草的繁 殖方式有两种，有性繁殖和无性繁殖，有性繁殖主要是种子繁殖，无性繁殖主要 依靠根茎和分蘖繁殖，可快速建立优势种群，是互花米草种群快速繁殖的主要途 径。 2 入侵机理 互花米草为多年生草本植物，碳四光合途径，并且具有一定的耐盐、耐淹能 力，沿海滩涂是一种环境异质性非常高的生境, 在潮汐有规律的影响下, 与潮汐 密切相关的非生物因子如盐度、淹水的时间与频度、养分有效度、土壤颗粒度、 溶氧度、pH、氧化还原电位等往往都沿高程呈梯度变化，研究表明, 互花米草比 芦苇 Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud、狐米草、盐沼藨草 Scirpus robustus Pursh、海三棱藨草 Scirpus mariqueter Tang & Wan 等滩涂原生植物 对盐沼非生物环境胁迫具有更强的耐受力。因此, 在很多地方,互花米草能比其 他植物生活在高程更低的滩涂上。这是互花米草成功入侵的一个重要机制。 3 控制技术 3.1 物理控制技术 物理方法一般不会造成环境污染，对其他生物种类的影响也较小；相对较为 原始，主要通过适时采取人工或机械“斩草除根”、残体翻转暴晒或焚烧等方式 进行；但其防治效果往往与处理精细程度有关，精细作业的完全物理清除措施是 有效的，可费时费力，而粗放式的不完全物理清除则经常因清除不彻底而复发， 加大二次传播风险。在美国加尼福尼亚州的旧金山海湾和华盛顿的 Willipa 海 湾、英国的 Lindisfarne NNR 地区、澳大利亚的塔斯马尼亚岛和新西兰等多地开 展了物理防治研究。互花米草的物理防除安全性较高、容易接受，但传统的物理 防除技术实施难度较大、成本较高。 3.2 化学控制技术 化学防除具有起效快、使用方便直接、省时省力、成本低廉且易推广等特点， 目前普遍应用于外来入侵杂草防治中；但因很多化学除草剂均具有广谱性，故该 法可能会对使用区域内的本地种造成严重危害。另外，化学防除法往往只在短时 间内对地上部分起效，而经常无法杀灭植株庞大的根系统故而也容易复发；且多 次大范围使用时也会给环境带来严重的污染，而在一些特殊区域下（如大面积山 林、水库周边等）使用受限。如互花米草围滩涂植物，由于潮汐的作用，互花米 草每天要被潮水淹没了两次，每次大约 6h，药剂存在散失现象，因此要达到化 学防除互花米草的目的，往往需要比陆地除草更高的施药浓度和更快的吸收速 度。 涉及化学农药防治的前沿研究中，以生长抑制剂、除草剂类产品及其制备方 法为主。近年来，福建农业大学应用生态研究会所和福建省农业科学院从几十种 除草剂中筛选出两种高效除草剂单剂，即甲嘧磺隆和高校氟吡甲禾灵。两种除草 剂均可达到较理想的田间防治效果，但对照两种药剂的毒理学特性，甲嘧磺隆对 鱼类等动物的安全性较高，但红树林等滩涂植物可能产生不良影响；高效氟吡甲 禾灵的对植物的选择性较强（仅对禾本科植物高效），但对鱼类具有中等毒性。 化学防治处理不当容易对生态环境造成二次破坏，故慎重对待，反复试验极为重 要。 3.3 生物控制技术及生态替代技术 生物防治广泛应用于有害入侵生物防治中，该法主要是从原产地引入专食性 的天敌动物或者植物致病微生物等对控防外来入侵有害生物种群的方法；操作简 单、成本低廉、取材方便，适合大面积应用。但由于用于生物防治的物种可能会 对靶目标入侵植物以外的其他物种产生危害，即无法保证其的专效性；且用于生 物防治引入的新物种成功控制目标入侵植物后，其自身也有可能发展成为该地区 下一阶段的有害优势入侵物种。故生物防治方法的实际推广应用及其安全性风险 均有待商榷。根据目前研究，可能在对互花米草的控制中得到应用的生物主要有： 玉黍螺、麦角菌和光蝉，目前，光蝉已被引入华盛顿州 Willapa 海湾进行野外实 验并取得一定的效果。 相对生态安全性更高的生态替代是防治外来入侵植物的重要技术手段之一， 是通过种植一种或多种生态安全性较高的植物物种如本地种或天敌，使其占据入 侵植物种的生态位，从而控制和抑制同一生境下外来入侵植物种的生长，即该“一 种或多种植物”在同一生境中替代了原有优势外来入侵植物种，达到抵御和治理 外来植物入侵的目的。最新资料显示，中国林科院热林所红树林团队开展了生态 控制互花米草的理论基础及应用技术研究。他们利用速生无瓣海桑实现了大面积 人工红树林的恢复和重建，阐明了互花米草的生态控制机理，攻克了互花米草入 侵控制这一国际性难题，并取得了显著成效。据了解，他们在互花米草侵占的滩 涂，对互花米草进行捆绑、带状割除或翻压等预处理，依据立地条件和互花米草 浓密程度，选用秋茄、木榄、红海榄、无瓣海桑和海桑等 5 个红树林植物进行不 同密度的种植试验。试验发现，每公顷种植无瓣海桑林（或海桑）2200 株时， 2-3 年后，互花米草覆盖度由 100%衰退到了 15%以下，甚至全部消亡。当互花米 草逐步衰退后，专家们对无瓣海桑（或海桑）林分进行修枝、除去杂草等处理， 再在林下适当密植木榄、桐花树等耐荫植物，5-6 年就形成了复层林，大面积红 树林恢复与重建得以实现。通过项目实施，他们在华南沿海营造了互花米草控制 示范林 125 亩，推广近万亩。 3.4 功能性开发 在现在涉及外来入侵植物防治的前沿研究技术中，通过对相关入侵植物进行 加工利用变废为宝的研究占主导比例。如提取分离活性物质，外来入侵植物作为 一种植物材料源，从中分离提取出具有经济利用价值的有效活性成分在外来入侵 植物开发利用领域扮演着重要角色，这些分离提取出来的组成可进一步的应用于 植物源农药、医药、食品等领域；还可以作为原料加工制备以获得新的利用价值， 外来入侵植物自身含有很多可进一步提取分离待深加工利用的有效活性组分，可 投入到工业化生产应用中进行粗加工或精细化加工，以获得具有特殊作用的众多 新产品。由于外来入侵植物往往生长快速，获取容易且价格低廉，对其进行采集 和深加工开发利用，不仅有助于控制其生态灾害，还能变废为宝获得更大的经济 效益。 4 结束语 随着人们生物安全意识的加强，入侵植物防治技术研究逐年增加。通过对数 量统计分析，“变废为宝”的功能性开发利用、生态替代和生物防治为主。可见， 如何在有效防控入侵植物的同时增加经济效益的问题，成为了未来研究的主要方 向。目前，我国现行较为成功的无瓣海桑替代方法已在广东、广西、海南和福建 沿海滩涂的红树林恢复重建中推广应用，不仅有效地控制了互花米草的生长繁殖， 同时推广种植的 4.8 万亩红树林每年创造直接和间接效益 7.42 亿元，近 6 年累计 产值 44.5 亿元。 在我们小学的时候就已经从语文课本中了解到了生物入侵这一概念，而随着 地球村这一概念的兴起，生物入侵事件也越来越多，从一定角度来看物理、化学 防治手段都存在一定的局限性，往往会出现治标不治本的现象，而如果我们从生 物与生物之间，环境与生物之间等关系出发，构建一定的系统模型，进而处理生 态入侵问题，那么这一定程度能从根本上解决问题，因为全球一体化，在一定程 度上已经不能仅仅指经济文化了，我们需要建立一定的体制模型来应对生物全球 化，就像治水，一味的堵塞防治并不能很好的解决问题，疏通-引导也许是更好选 择。