重大外來入侵雜草在我國的分布危害格局與可持續(xù)治理

王 瑞， 周忠實(shí)， 張國良， 郭建英， 高尚賓， 孫玉芳， 付衛(wèi)東， 張付斗， 萬方浩*

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲害國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081； 3 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站,北京 100125； 4 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所,云南 昆明 650205

隨著全球化進(jìn)程的發(fā)展,生物入侵的危害日趨嚴(yán)重(Painietal.,2016)。生物入侵的防控已成為21世紀(jì)全球各國政府關(guān)注的主要問題和科學(xué)研究的熱點(diǎn)。中國已成為世界上生物入侵危害最為嚴(yán)重的國家之一(萬方浩等，2011)。外來生物入侵已經(jīng)對(duì)我國的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大危害，而且還在隨著國際交流的發(fā)展不斷增強(qiáng)(萬方浩等，2009)。由于我國地理環(huán)境多樣，為不同物種的入侵提供了天然生境。因此，我國不同地區(qū)存在著不同的入侵物種，這些物種對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成了極大危害。其中，紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Sprengel) R. King & H. Robinson、豚草AmbrosiaartemisiifoliaL.、空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.、薇甘菊MikaniamicranthaKunth、黃頂菊Flaveriabidentis(L.) Kuntze.、刺萼龍葵SolanumrostratumDunal、少花蒺藜草CenchruspauciflorusBenth是我國發(fā)生面積大、危害嚴(yán)重的入侵雜草，對(duì)我國從南到北、從東到西、從熱帶到溫帶、從濕地到農(nóng)田、從草原到林業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了極大危害，已成為國家重點(diǎn)管理與控制的外來入侵物種(農(nóng)業(yè)部外來物種管理辦公室,2013)。

為了控制豚草、空心蓮子草等重大入侵雜草的發(fā)生與危害，本項(xiàng)目組自1986年開始在原國家科委(科技部)重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、國家支撐計(jì)劃和“973”計(jì)劃等諸多項(xiàng)目的資助下，通過30余年的系統(tǒng)研究，探明了豚草等重大入侵雜草在我國的地理分布格局、時(shí)空擴(kuò)散規(guī)律、種群發(fā)生與危害的時(shí)空異質(zhì)性及其決定因素等特性，在此基礎(chǔ)上，提出和發(fā)展了生物入侵的防控策略與可持續(xù)治理技術(shù)，并在我國不同地區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用。本文旨在對(duì)已開展的重大入侵雜草的相關(guān)研究進(jìn)行階段性總結(jié)，為制定和優(yōu)化入侵物種的防控技術(shù)、進(jìn)一步提高國家應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的外來物種入侵形勢提供指導(dǎo)。

1 重要入侵雜草在我國的地理分布格局、種群擴(kuò)張規(guī)律與發(fā)生危害區(qū)劃

通過系統(tǒng)調(diào)查與分析，查明了豚草等7種重大入侵雜草在我國26個(gè)省(市、區(qū))的農(nóng)田、果園、草原、林地、濕地、自然保護(hù)區(qū)、河流、排灌系統(tǒng)等生境大面積發(fā)生與危害的現(xiàn)狀，構(gòu)建了其在我國的入侵歷史動(dòng)態(tài),揭示了它們在我國發(fā)生危害的時(shí)空異質(zhì)性與擴(kuò)張規(guī)律，并對(duì)發(fā)生危害區(qū)進(jìn)行了區(qū)劃(Horvitzetal.,201,2017; Wangetal.,2011； Wang & Wang，2006)。

重要外來入侵雜草的發(fā)生與危害呈現(xiàn)出明顯的地域特征。基于此，根據(jù)入侵地的自然地理、物種的生物學(xué)特性等把我國入侵雜草的發(fā)生區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)：東北華北一年生雜草混發(fā)區(qū)、華東和中南水生和陸生雜草災(zāi)害區(qū)、西南地區(qū)多年生雜草危害區(qū)(圖1)。華北東北區(qū)主要為豚草、刺萼龍葵、少花蒺藜草和黃頂菊的主要發(fā)生區(qū)和危害區(qū)。4種入侵植物在這一區(qū)域都呈現(xiàn)出沿道路擴(kuò)散的特性，隨人類的長距離活動(dòng)擴(kuò)散是其拓展分布區(qū)的主要途徑，形成了入侵早期離散式分布向連續(xù)分布蔓延的趨勢，物種的發(fā)生通常有多個(gè)擴(kuò)散中心。入侵物種在該地區(qū)的這種格局與入侵雜草自身的生物學(xué)特性和人類活動(dòng)密切相關(guān)。這一分布特點(diǎn)對(duì)入侵物種的防控提出了更高要求，需要通盤考慮、協(xié)同治理。華東和中南區(qū)是空心蓮子草、豚草等入侵雜草發(fā)生危害的重災(zāi)區(qū)。該地區(qū)是我國對(duì)外開放的門戶，外來物種的入侵歷史悠久，19世紀(jì)開始，一些外來物種隨著對(duì)外交流從青島、上海、杭州、南京、廣州等傳入我國。豚草和空心蓮子草均于20世紀(jì)30年代入侵我國，并在該地區(qū)不斷擴(kuò)散蔓延。由于該區(qū)域內(nèi)河流湖泊眾多，外來物種除了隨人類活動(dòng)擴(kuò)散，隨水流擴(kuò)散是其危害的關(guān)鍵途徑。由于外來物種在該地區(qū)發(fā)生與危害相對(duì)較為嚴(yán)重，區(qū)域減災(zāi)的技術(shù)被用來降低危害。西南地區(qū)是我國與東南亞的連接通道，一些外來物種借助風(fēng)力入侵我國。如紫莖澤蘭和薇甘菊均通過該途徑入侵并向內(nèi)陸擴(kuò)散蔓延。紫莖澤蘭和薇甘菊的化感作用是其在與土著物種競爭中獲得優(yōu)勢的主要途徑，基于此，發(fā)展了以競爭替代為主的防控技術(shù)，已充分利用西南地區(qū)生物多樣性的優(yōu)勢控制外來物種入侵。

重大外來入侵雜草在我國的不同生態(tài)區(qū)都呈現(xiàn)出顯著的沿河流、公路聚集分布和擴(kuò)散蔓延的特性(萬方浩等，2010； Horvitzetal.,2017； Liuetal.,2017)。通過對(duì)重大外來入侵雜草在我國擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)分析,揭示了其在我國發(fā)生危害的時(shí)空變化規(guī)律、擴(kuò)散通道和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。重大外來入侵雜草98%的最早入侵點(diǎn)位于河流、公路等主要廊道2 km的區(qū)域內(nèi)，且呈跳躍式拓展，其后以入侵種群為源頭持續(xù)擴(kuò)張蔓延。擴(kuò)散的速度與入侵地的自然地理、種群的繁殖增長、種子擴(kuò)散綜合癥、擴(kuò)散媒介(風(fēng)力、水流、物流等)的空間分布等顯著相關(guān)(Horvitzetal.,2017； Liuetal.,2017； Wangetal.,2011)。最終，在上述因素的驅(qū)動(dòng)下形成了重大入侵雜草在我國多中心、多區(qū)域擴(kuò)散蔓延的災(zāi)變過程及其發(fā)生與危害動(dòng)態(tài)的時(shí)空異質(zhì)性，了解這一特性對(duì)制定區(qū)域減災(zāi)、擴(kuò)散阻截、早期治理等管理策略具有重要意義。

圖1 7種入侵雜草交錯(cuò)重疊分布格局示意圖Fig.1 The crisscross and overlap distributional pattern of seven invasive alien weed in ChinaⅠ:華北東北區(qū)；Ⅱ:華東和中南區(qū)；Ⅲ:西南區(qū)。 Ⅰ: North and northwest region; Ⅱ: South-central and east region; Ⅲ: Southwest region.

2 重大入侵雜草的可持續(xù)治理技術(shù)與應(yīng)用

豚草等重大外來入侵雜草的擴(kuò)散動(dòng)態(tài)分析表明，它們在我國還未完全侵占其適生區(qū),處在快速擴(kuò)散階段。根據(jù)重大外來入侵雜草的時(shí)空擴(kuò)散動(dòng)態(tài)與潛在擴(kuò)張趨勢，明確其在我國的新發(fā)區(qū)、擴(kuò)散區(qū)和暴發(fā)區(qū),發(fā)展和制定了針對(duì)性防控策略和技術(shù)措施,即新發(fā)區(qū)滅除防患、擴(kuò)散區(qū)阻截降速、暴發(fā)區(qū)減災(zāi)控害(萬方浩等，2009，2011)。

在新發(fā)區(qū)和擴(kuò)散區(qū),創(chuàng)建了入侵雜草生態(tài)屏障攔截與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。在豚草、紫莖澤蘭、薇甘菊、刺萼龍葵、少花蒺藜草和黃頂菊6種入侵雜草擴(kuò)散的廊道前沿，層次性地種植替代植物(紫穗槐AmorphafruticosaL.、黑麥草LoliumperenneL.、非洲狗尾草SetariaancepsStapf ex Massey等)進(jìn)行綠化與攔截，阻止其擴(kuò)散蔓延。如沿G60(關(guān)嶺→鎮(zhèn)寧)、G105(茬平→德州)、G104(德州→吳橋)等國道建立植物攔截帶，攔截防線達(dá)500多 km，有效切斷了6種入侵雜草的自然擴(kuò)散路徑，攔截效果達(dá)86%以上(高尚賓等，2017)。

在暴發(fā)區(qū)，創(chuàng)建了以天敵—天敵、天敵—替代植物修復(fù)為主的技術(shù)。在華東/中/南地區(qū)，針對(duì)豚草和空心蓮子草等，構(gòu)建了以天敵—天敵/天敵—替代植物聯(lián)合增效為關(guān)鍵技術(shù)的減災(zāi)治理技術(shù)體系，并進(jìn)行了大面積的推廣應(yīng)用；在東北和華北等地區(qū)，針對(duì)少花蒺藜草、刺萼龍葵、黃頂菊和豚草等，建立了以替代控制—農(nóng)藝措施協(xié)同應(yīng)用為核心技術(shù)的入侵雜草阻截減災(zāi)技術(shù)體系；在西南等地區(qū)，針對(duì)薇甘菊和紫莖澤蘭等，建立了以植物替代控制—化學(xué)防除協(xié)同應(yīng)用為核心技術(shù)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系。這些技術(shù)已在四川果園與林地(石棉縣等)、云南草場與林地(騰沖縣等)、貴州草場(晴隆縣等)、山東撂荒地(曹縣等)、河北撂荒地與河灘(獻(xiàn)縣等)、遼寧退化草地(彰武縣等)的紫莖澤蘭、黃頂菊、刺萼龍葵、少花蒺藜草等發(fā)生危害區(qū)進(jìn)行了示范，取得顯著控制效果。如應(yīng)用非洲狗尾草+黑麥草混種替代草場紫莖澤蘭，生物量降低95%以上；應(yīng)用紫花苜蓿MedicagosativaL.+冬牧70黑麥草混播控制果園黃頂菊，生物量降低97.8%；應(yīng)用紫穗槐與象草PennisetumpurpureumSchum替代修復(fù)河壩與河灘成片發(fā)生的豚草，生物量降低92.3%。

在入侵物種的高發(fā)區(qū)，創(chuàng)建了天敵—天敵/天敵—替代植物聯(lián)合增效、替代控制—農(nóng)藝措施/替代控制—化學(xué)防除協(xié)同應(yīng)用等技術(shù)模式，并在不同地區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用(周忠實(shí)等，2011)。在東北和華北等地區(qū)針對(duì)少花蒺藜草、刺萼龍葵、黃頂菊和豚草等主要采用以替代控制—農(nóng)藝措施為主的擴(kuò)散阻截技術(shù)；在華東/中/南地區(qū)，針對(duì)豚草和空心蓮子草等，主要采用以天敵—天敵/天敵—替代植物聯(lián)合增效為關(guān)鍵技術(shù)的減災(zāi)治理技術(shù)；在西南等地區(qū)，針對(duì)薇甘菊和紫莖澤蘭等，主要采用以替代控制—化學(xué)防除協(xié)同應(yīng)用為核心的生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系。

上述專項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果表明，已開展的針對(duì)重要入侵雜草的防治技術(shù)均具有顯著的控制效果。為了進(jìn)一步明確上述控制措施對(duì)入侵物種在全國范圍內(nèi)發(fā)生與危害的影響，項(xiàng)目組以1986年以前的7種入侵雜草在我國的發(fā)生數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算了其在我國1938—2018年間以4年為一個(gè)時(shí)間段的擴(kuò)散面積增加率，并分別做出了實(shí)際發(fā)生數(shù)據(jù)的擬合曲線和理論擴(kuò)散擬合曲線(圖2)，并通過比較實(shí)際發(fā)生和理論擴(kuò)散動(dòng)態(tài)之間的差異評(píng)估已采取的控制措施的效果。圖2表明，7種入侵雜草在我國的擴(kuò)散面積的增長率在1990—2002年間實(shí)際增長率與理論預(yù)測趨勢基本一致，而2002年以后兩者間有差異，實(shí)際增長率呈下降趨勢。2條擬合曲線之間的差異體現(xiàn)了對(duì)這些入侵雜草擴(kuò)散蔓延的抑制效應(yīng)。因此，綜合單項(xiàng)技術(shù)的效果以及重大入侵雜草全區(qū)域、全過程的綜合分析結(jié)果表明，已經(jīng)開展的針對(duì)重大入侵雜草的防控技術(shù)具有顯著的控制效果，能顯著降低暴發(fā)區(qū)的發(fā)生密度、抑制其擴(kuò)散蔓延的速度。

圖2 7種入侵雜草在我國不同時(shí)間段擴(kuò)散面積增長率與擬合曲線Fig.2 The increase rate of invaded area for seven invasive alien weeds over time and their fitted line灰色線是實(shí)際數(shù)據(jù)擬合曲線，黑色線是理論擴(kuò)散趨勢擬合曲線。Gray line is fitted for real data and black line is fitted for theoretical prediction of potential trends.

3 總結(jié)與結(jié)論

本項(xiàng)目組對(duì)豚草、空心蓮子草、紫莖澤蘭、刺萼龍葵、黃頂菊、少花蒺藜草、薇甘菊等重大入侵雜草的發(fā)生與防控研究歷時(shí)30多年，在“聯(lián)合防控、區(qū)域減災(zāi)、持續(xù)治理”的策略指導(dǎo)下，研發(fā)了針對(duì)不同地域條件的天敵—天敵、天敵—替代植物、替代控制—農(nóng)藝措施、替代控制—化學(xué)防除等技術(shù)體系，并在入侵的新發(fā)區(qū)、擴(kuò)散區(qū)和暴發(fā)區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用。這是國內(nèi)外首次從大區(qū)域整體考慮，著重研發(fā)遏制豚草等入侵雜草危害與蔓延、防止生態(tài)位被入侵雜草再次占領(lǐng)的生物防治與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)已達(dá)到區(qū)域減災(zāi)與持續(xù)治理的效果，基本解決了重大入侵雜草生態(tài)位重疊發(fā)生、交錯(cuò)連片成災(zāi)的控制難題，有效遏制了其在我國的危害與蔓延，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。