入侵植物鳳眼蓮的生物學(xué)特性及生態(tài)管理對(duì)策

李 禮，林藝濱，劉 燦

(1．重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，重慶 401147；2．福建省三鋼(集團(tuán))有限責(zé)任公司，福建三明 365000)

生物入侵是指某種生物侵入原生境外的一定地域，在新的區(qū)域內(nèi)可以繁殖、擴(kuò)散并維持下去[1]，導(dǎo)致侵入地原有生物平衡受到嚴(yán)重影響和破壞[2-3]。有意引種后缺乏有效管理是導(dǎo)致生物入侵的原因之一。筆者綜述了鳳眼蓮的生態(tài)學(xué)特性及對(duì)其控制利用有關(guān)研究進(jìn)展，探討了鳳眼蓮綜合利用的方向，旨在為鳳眼蓮的有效利用提供參考。

1 生物學(xué)特性

鳳眼蓮[Eichhorniacrassipes(Mart.)Solms]屬雨久花科鳳眼蓮屬的多年生漂浮性宿根大型水生草本植物，又名鳳眼藍(lán)、水葫蘆，俗稱水荷花、水鳳仙子和“豬耳朵”，原產(chǎn)南美洲。須根發(fā)達(dá)且懸垂水中。單葉叢生于短縮莖的基部，每株6～12葉片，葉卵圓形，葉面光滑；葉柄中下部有膨脹如葫蘆狀的氣囊，基部具削狀苞片?；ㄇo單生，穗狀花序，有6～12花朵，花被6裂，紫藍(lán)色，上有1枚裂片較大、中央有鮮黃色的斑點(diǎn)?；ㄆ?—10月，部分地區(qū)4—10月，每茬花4～5 d，第1茬花謝后4～5 d，本株又開(kāi)第2茬花，共開(kāi)2～3茬。花兩性，雄蕊6枚，雌蕊1枚，花柱細(xì)長(zhǎng)，子房上位。一個(gè)花序大約可結(jié)300粒種子，種子極小，千粒重為0.4 g左右，呈棗核狀，黃褐色。

鳳眼蓮在很多淡水生境中都能生長(zhǎng)繁殖，包括淺水的季節(jié)性池塘、沼澤、緩慢流動(dòng)的水體以及大的湖泊、水庫(kù)和河流。氣候?qū)P眼蓮的生長(zhǎng)影響很大。一般在氣溫達(dá)13 ℃或水溫10 ℃時(shí)開(kāi)始生長(zhǎng)，氣溫30～35 ℃或水溫27～30 ℃時(shí)生長(zhǎng)最為旺盛。7 ℃以上可安全越冬，5 ℃以下需保護(hù)越冬，若水溫下降到冰點(diǎn)，幾小時(shí)就死亡。不耐霜凍，遇霜即枯死。

鳳眼蓮具有無(wú)性和有性繁殖2種方式。無(wú)性繁殖屬合軸分枝，通過(guò)匍匐莖增殖，由腋芽長(zhǎng)出的匍匐枝形成新株。母株與新株的匍匐枝很脆嫩，斷離后又可成為新株[4]。在適宜的條件下，每5 d可萌發(fā)1新植株，90 d內(nèi)1株鳳眼蓮就能繁衍出約25萬(wàn)棵幼株，種群在200 d后可達(dá)342萬(wàn)株左右，覆蓋水面約1.5萬(wàn)m2[5]。鳳眼蓮也可通過(guò)開(kāi)花結(jié)實(shí)產(chǎn)生種子進(jìn)行有性繁殖。種子萌發(fā)需要濕潤(rùn)的環(huán)境(水面以上0～10 cm)、適宜的溫度(23 ℃以上)和充足的氧氣，自然條件下，種子漂浮到河岸邊干濕交替處或處于冬枯植株中露出水面的環(huán)境時(shí)，溫度適宜就可能萌發(fā)。萌發(fā)初期的鳳眼蓮植株很弱小，種子萌發(fā)至植株葉柄氣囊出現(xiàn)需30～45 d。現(xiàn)實(shí)中自然條件難以滿足種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的條件，因此實(shí)生苗難以見(jiàn)到[6-7]。

2 入侵現(xiàn)狀與研究

2.1入侵史與現(xiàn)狀鳳眼蓮原產(chǎn)南美洲，1901年從日本以觀賞植物引入我國(guó)臺(tái)灣，30年代作為畜禽飼料引入我國(guó)內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植，后逃逸為野生[8-9]。由于其無(wú)性繁殖速度極快，現(xiàn)已廣泛分布于華北、華東、華中、華南和西南的19個(gè)省市，尤以云南(昆明)、江蘇、浙江、福建、四川、湖南、湖北、河南等省的入侵嚴(yán)重，并已擴(kuò)散到溫帶地區(qū)，如錦州、營(yíng)口一帶均有分布[10]。

2.2研究現(xiàn)狀鳳眼蓮有著極強(qiáng)的耐貧瘠能力，在N、P、Ca營(yíng)養(yǎng)缺乏下不會(huì)對(duì)植株的生存產(chǎn)生極大的負(fù)面影響[10]，Ca營(yíng)養(yǎng)的關(guān)鍵濃度為5 mg/L[11]。在較低的營(yíng)養(yǎng)濃度下，鳳眼蓮能夠通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)循環(huán)來(lái)滿足其外界營(yíng)養(yǎng)供給的不足[12-13]，同時(shí)也會(huì)改變根系生理學(xué)特征來(lái)緩解低營(yíng)養(yǎng)壓力[14]。

一般情況下，C4植物要比C3植物在光合作用上具有更高的凈光合效率、高飽和點(diǎn)以及更低的CO2補(bǔ)償點(diǎn)和低蒸騰系數(shù)，因此大部分雜草屬于C4植物，但是鳳眼蓮卻屬于C3植物[15]。與喜旱蓮子草相比[16]，鳳眼蓮的葉面系數(shù)、葉綠素含量及光合速率均較高，因此能高效地同化CO2和累積干物質(zhì)。此外，同營(yíng)養(yǎng)水平下相同器官鳳眼蓮的P濃度要比一般的漂浮水生植物低[17]，且對(duì)吸收進(jìn)入體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)元素比其他漂浮植物用于貯存的更少[18]。以上特征為其快速生長(zhǎng)繁殖奠定了生理基礎(chǔ)。

生活在同一區(qū)域具有相同或相似生活型的物種，往往會(huì)因爭(zhēng)奪空間、陽(yáng)光和營(yíng)養(yǎng)而發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)[19]，物種間競(jìng)爭(zhēng)力的差異與形態(tài)可塑性密切相關(guān)。在密集的鳳眼蓮群落中，其葉片往往是垂直向上伸展以增加光獲取量，從而提高其在競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)下的光合效率[20]。同時(shí)，對(duì)生境中pH變化的耐性也是影響競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要因素。如大薸對(duì)pH變化范圍的忍耐力較鳳眼蓮窄，同時(shí)鳳眼蓮最大生長(zhǎng)速率時(shí)的pH為7，大薸的pH為4，因此在大多數(shù)自然生境中，大薸的生長(zhǎng)受到限制，鳳眼蓮會(huì)逐漸將之取代[21]。競(jìng)爭(zhēng)試驗(yàn)表明[22]，無(wú)論在哪種pH條件下，鳳眼蓮都能將大薸取代，鳳眼蓮的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。

光是控制鳳眼蓮種群葉表型的主要因子之一，光照不足將導(dǎo)致鳳眼蓮的葉柄明顯增長(zhǎng)[23]，光質(zhì)的改變是控制鳳眼蓮葉表型的主要因素。當(dāng)種群密度增加時(shí)，成熟葉片的陰蔽作用就會(huì)改變幼葉生長(zhǎng)的光環(huán)境，促進(jìn)幼葉生長(zhǎng)出狹長(zhǎng)的葉柄，將幼葉托到現(xiàn)存植冠層之上，這在一定程度上不會(huì)對(duì)幼葉的成長(zhǎng)起抑制作用[24]。在一定范圍內(nèi)，葉長(zhǎng)與種群密度存在著正相關(guān)關(guān)系，隨著密度的增加而增大。高密度時(shí)種群密度與植株大小存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，實(shí)質(zhì)為種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果[6]。

研究表明，鳳眼蓮的生長(zhǎng)繁殖速率與水體營(yíng)養(yǎng)水平呈明顯的正相關(guān)[25-27]。目前我國(guó)湖泊已有65%左右呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，還有29%正轉(zhuǎn)向富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，其營(yíng)養(yǎng)水平基本上都在引起植物強(qiáng)烈反應(yīng)的范圍內(nèi)，水體營(yíng)養(yǎng)濃度的少許升高，將引起鳳眼蓮生長(zhǎng)繁殖的強(qiáng)烈反應(yīng)[10]。

正是由于鳳眼蓮具備這些生態(tài)學(xué)特征，使得其在自然健康水體以及富營(yíng)養(yǎng)化水體生境中能迅速生長(zhǎng)，將生境內(nèi)處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)的物種淘汰。余國(guó)營(yíng)等[28]通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，40年來(lái)滇池水生植被群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和退化。鳳眼蓮蔓延成災(zāi)后，滇池已由60年前的主要水生植物16種，水生動(dòng)物68種，變成20世紀(jì)80年代大部分水生植物消亡，水生動(dòng)物僅存30余種的局面，直接減少了當(dāng)?shù)匚锓N種類和數(shù)量，優(yōu)勢(shì)種主要為鳳眼蓮、稀罕蓮子草和龍須眼子菜等耐污種[29]。

植物修復(fù)技術(shù)已在世界范圍內(nèi)受到廣泛的關(guān)注和實(shí)施[30-32]。污染水環(huán)境的植物修復(fù)是指利用水生植物的生命代謝活動(dòng)去除污水中重金屬、富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)和耗氧有機(jī)物等污染物，使這些污染物在水生態(tài)環(huán)境中的濃度或毒害降低，目前這方面的研究取得了很大的進(jìn)展[33-35]。植物鰲合肽(phytochelatins，PCs)普遍存在于各種高等植物中，對(duì)多種金屬都具有解毒和積累作用。Grill等[36]研究表明，鳳眼蓮在多種重金屬誘導(dǎo)下均能產(chǎn)生PCs，從而緩解這些重金屬的毒害并將其儲(chǔ)存在植物體內(nèi)。而溫度制約著鳳眼蓮及其根區(qū)微生物的凈化效能，隨著溫度的升高，凈化速度加快[37]。

研究表明，飄浮植物鳳眼蓮不僅對(duì)水體中的銅和鋅具有很強(qiáng)的吸收作用[38-39]，而且對(duì)有毒金屬鎳和錫也具有較強(qiáng)的去除能力[40-41]。與其他水生植物相比，鳳眼蓮根系對(duì)銅離子的生物富集系數(shù)相對(duì)較高，達(dá)到2.5×103[42]。同時(shí)，對(duì)鉀素也有較高的富集作用，其鉀含量遠(yuǎn)高于其他陸生植物[43-44]。

3 生態(tài)管理控制對(duì)策

3.1防治對(duì)策與效果世界上許多國(guó)家每年因鳳眼蓮入侵而遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，我國(guó)每年的損失近100億元[45]。鳳眼蓮的防治方法有多種，總體上分為人工和機(jī)械去除、化學(xué)防治、生物防治和綜合防治4種。

人工或機(jī)械控制鳳眼蓮的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)直接、效果明顯，打撈后再把鳳眼蓮深埋或利用。在鳳眼蓮入侵的初期階段，生物量和入侵面積較小時(shí)，采用人工或機(jī)械打撈是較好的解決方法。但在我國(guó)存在著如下3方面問(wèn)題：第一，每年耗資數(shù)億元來(lái)進(jìn)行打撈；第二，鳳眼蓮的入侵蔓延有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)[29]，僅采用人工或機(jī)械打撈的速度遠(yuǎn)趕不上鳳眼蓮繁殖生長(zhǎng)的速度；第三，我國(guó)的河流、湖泊、池塘等濕地類型復(fù)雜，難以顧及所有區(qū)域。

化學(xué)控制鳳眼蓮主要是利用除草劑噴灑，以達(dá)到根除目的?；瘜W(xué)防治鳳眼蓮，方法簡(jiǎn)便，效果迅速。但是無(wú)論哪一種除草劑，都存在安全性問(wèn)題。首先是除草劑不僅會(huì)殺死本地的土著種，而且難以清除鳳眼蓮種子；同時(shí)除草劑對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)破壞性大，造成環(huán)境污染。

生物措施控制鳳眼蓮是指利用鳳眼蓮的天敵(如昆蟲、真菌)取食或寄生鳳眼蓮，以達(dá)到抑制鳳眼蓮生長(zhǎng)的目的，具有效果持久、對(duì)環(huán)境安全、防治成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。通常從釋放天敵到獲得明顯的控制效果需要幾年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，因此引進(jìn)天敵的手段不應(yīng)成為唯一手段。同時(shí)，天敵的引進(jìn)本身就存在很大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，引進(jìn)天敵之前要做好戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)與生物安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，科學(xué)設(shè)計(jì)防治方案，防止“引狼入室”[2]。

綜合防治是將生物、化學(xué)、機(jī)械和人工方法相結(jié)合，根據(jù)實(shí)際情況發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，達(dá)到綜合控制的目的。它強(qiáng)調(diào)相互協(xié)調(diào)，組成一個(gè)系統(tǒng)工程，以使效果最大化。

3.2資源化探討鳳眼蓮的資源化策略需要關(guān)注2個(gè)方面：一是針對(duì)目前已經(jīng)在水生生態(tài)系統(tǒng)中造成危害的鳳眼蓮，從單一的控制清除轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ю?；二是開(kāi)辟鳳眼蓮集景觀美學(xué)、水體凈化、農(nóng)牧漁需求一體化的發(fā)展道路。

鳳眼蓮可以作肥料、造紙、生產(chǎn)沼氣等[46-48]，其中，利用鳳眼蓮進(jìn)行堆肥在發(fā)展中國(guó)家研究較多[49-52]，并且在一定程度上也不會(huì)對(duì)其他作物造成危害[51，53]。但是，鳳眼蓮的這些效益往往不高，由控制清除轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ю眯枰拷?jīng)濟(jì)杠桿與政策支持。

鳳眼蓮的引進(jìn)是基于其擁有美學(xué)價(jià)值、農(nóng)牧業(yè)需求和水體凈化能力，但是目前人們對(duì)鳳眼蓮的利用尚未達(dá)到預(yù)期目的，反之卻成為危害水生生態(tài)系統(tǒng)的入侵物種，造成這一結(jié)果的原因是多方面的，但是最主要的因素在于人們對(duì)其認(rèn)識(shí)不全，管理不善。因此在考慮將其合理利用時(shí)，必須將控制防范放在管理的第一位。當(dāng)前污水處理工程中未采用鳳眼蓮，很重要的一個(gè)因素就是管理難以達(dá)到要求。

為此需要加強(qiáng)有關(guān)鳳眼蓮的基礎(chǔ)研究[45]。目前鳳眼蓮生物學(xué)、生態(tài)學(xué)的特征尚不清楚，特別是鳳眼蓮種子存活規(guī)律、植株的克隆機(jī)理、存活和暴發(fā)的臨界條件、入侵和擴(kuò)散的通道等問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究，只有把鳳眼蓮的這些基本問(wèn)題研究清楚，才能對(duì)其進(jìn)行有效控制管理?；谀壳暗恼J(rèn)識(shí)可知，鳳眼蓮有幾個(gè)比較重要的生態(tài)學(xué)特征：兩性繁殖、短期增殖(5 d)、不耐霜凍、冰點(diǎn)短時(shí)死亡。在利用鳳眼蓮時(shí)，結(jié)合其生態(tài)學(xué)特征，可以為完善管理提供可行的參考方向。

利用包括鳳眼蓮在內(nèi)的水生植物來(lái)凈化水體，關(guān)鍵是找到綜合利用水生植物資源的最佳途徑，促使其向有利方面轉(zhuǎn)化，這樣既可避免鳳眼蓮過(guò)度繁衍，保持水體的生態(tài)平衡，產(chǎn)生很好的環(huán)境效益，又有一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還要考慮打撈的鳳眼蓮的處置問(wèn)題，避免二次污染。周文兵等[53]研究認(rèn)為，開(kāi)發(fā)以鉀產(chǎn)品為龍頭的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品和商品化的重金屬吸附劑或離子交換樹脂可能是今后鳳眼蓮綜合利用的方向。

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