互花米草入侵对滨海湿地生态系统的影响研究进展

滨海湿地受海、陆生态系统的交互影响,是典型的生态脆弱带和敏感区。互花米草是全球海岸带最为成功的外来入侵物种,对滨海湿地生态系统已经产生了重要的影响。本文对已有相关研究进行了系统梳理,揭示了互花米草入侵对滨海湿地生态系统生物地球化学循环(碳循环、氮循环、磷循环及土壤重金属迁移)和入侵地生物群落(微生物、植物和动物)的影响。并在此基础上对今后研究的重点提出了展望: 加强互花米草入侵对滨海湿地生态系统健康影响机制研究;重点关注全球变化背景下互花米草群落与湿地环境互馈耦合;开展长时序定位监测,厘清滨海湿地生态系统对互米草不同入侵阶段的响应差异,以期对互花米草的生态利用和治理提供指导。     

米草属引入中国海岸带的利弊分析

1963年以来,中国先后从国外引进3种米草。实践证明,大米草和互花米草是盐渍土壤植物群落形成的先锋植物,适应于中国海岸带自然环境,生长发育正常,具有明显的促淤造陆和保护海岸等生态功能,并具有显著的经济效益.大米草和互花米草在南方海岸繁殖过快是近岸水体富营养化的结果,但并未对环境、动植物种群和人类构成侵害,其在北方海岸未发生异常现象,故应客观地评估米草的功与过。本文从利弊2个方面对中国海岸滩涂引入米草进行了分析。     

九段沙湿地植被群落演替与格局变化趋势

长江口新生湿地九段沙由上沙、中沙和下沙三部分组成。2004年对湿地植被群落的演替与格局变化进行了研究。结果表明,九段沙湿地植被群落由芦苇(Phragmites austra-lis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和藨草(S.triqueter)构成。芦苇和互花米草生长于潮滩高程,海三棱藨草和藨草生长于低潮位。1998—2004年,上沙植被覆盖面积年平均约增长17%,中沙22%,下沙38%~39%,植被群落处于快速增长演替状态,这可能与沙洲发育速度有关。由于在中沙、下沙人为种植过外来物种互花米草,其增长速度最快,覆盖面积占九段沙植被总面积的比例从1998年不足1%上升到2004年的22%,地上部分总生物量的年平均增长率为79.79%,互花米草对藨草-海三棱藨草的竞争压力较大。鉴于互花米草对九段沙的影响尚无定论,本文提出了初步的植被管理措施。     

互花米草、狐米草和大绳草茎秆的比较解剖观察

互花米草、狐米草和大绳草的表皮均由长细胞、短细胞(栓质细胞和硅质细胞)、盐腺和气孔器组成。它们成纵行交互排列。盐腺的结构与大米草相似,但三个种的盐腺和气孔器的数目不同,尤其以大绳草最多。它们的内部结构是由气道、不同大小的维管束、基本组织以及厚壁组织组成。然而,维管束的数目及厚壁组织的发育各不相同。狐米草和大绳草有高度木质化的厚壁组织细胞,而互花米草的厚壁组织木质化较弱。大绳草的维管束多于其他两种。     

海三棱藨草及互花米草对模拟盐胁迫的响应及其耐盐阈值

盐度作为滨海湿地的关键环境因子之一,影响盐沼植物的存活、生长及分布。未来海平面上升引起的盐水入侵,将导致滨海湿地的盐沼植物面临高盐胁迫的挑战,进而影响滨海湿地生态系统的结构和功能。本研究选择长江口中低潮滩的主要先锋植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和互花米草(Spartina alterniflora)为对象,通过人工控制实验,比较不同盐度处理下两种盐沼植物存活、营养生长及繁殖的响应,并确定两种盐沼植物存活的耐盐阈值,从而比较未来盐水入侵背景下,本地物种海三棱藨草及外来物种互花米草对盐胁迫的响应和适应性。结果表明:(1)海三棱藨草和互花米草的存活率随着盐度的增加均呈下降趋势,相同盐度处理下互花米草的存活率显著高于海三棱藨草的存活率(P0.05);(2)盐胁迫明显影响了海三棱藨草和互花米草的生长,随着盐度的增加,海三棱藨草株高、地上生物量及地下生物量均呈逐渐下降的趋势,而互花米草株高、地上生物量及地下生物量呈先增加后下降的趋势,均在盐度为10‰时最高;(3)海三棱藨草和互花米草的分蘖数及结穗率均随着盐度增加呈下降趋势,盐胁迫在一定程度上抑制了两种植物的繁殖能力;(4)互花米草存活的耐盐阈值为43‰,高于海三棱藨草存活的耐盐阈值(21‰);(5)外来物种互花米草比本地物种海三棱藨草具有更强的耐盐性,未来海平面上升引起的盐水入侵将对本地物种海三棱藨草产生更加严重的影响。     

互花米草入侵对鸟类的生态影响

生物入侵威胁本地物种生存,破坏生态系统的结构和功能,是导致全球生物多样性丧失的重要原因之一。外来植物是入侵生物中的重要一类,可以显著改变本地植被群落,并影响其他生物类群。鸟类作为生态系统中的较高营养级,对由入侵植物引起的栖息地变化十分敏感。互花米草自引入中国沿海以来,其分布区域不断扩散,多数研究认为互花米草入侵造成本地生物多样性降低和生态系统退化。系统梳理了互花米草入侵对鸟类栖息地、食物资源、繁殖、群落等方面的生态影响。主要负面影响有:(1)植被群落结构不利于鸟类栖息、筑巢、觅食;(2)鸟类食物资源丰度和多样性下降;(3)本地鸟类种群数量和物种多样性显著下降。在我国东部沿海湿地,互花米草入侵已经显著改变了植被与鸟类分布格局。但随着入侵历史的增长,少数小型雀形目鸟类却可以逐渐适应互花米草生境。互花米草入侵为某些非本地鸟类提供了空白生态位,在一定程度上丰富了本地物种多样性,对互花米草的快速清除反而可能不利于已适应并依赖互花米草生境的鸟类。综上,认为互花米草入侵对鸟类群落甚至整个生态系统的影响可能需要更多研究进行综合评价,应开展长期、大尺度、多因子的监测研究和多物种比较研究,建立生态评价模型并制定科学有效的互花米草管理对策。     

崇明东滩盐沼植被成带性对土壤因子的响应

对东滩湿地不同植被带与土壤环境因子的关系进行了探讨,分析植被成带性分布与土壤含水量、土壤盐度、土壤温度之间的关系,研究表明:(1)光滩(TF)、海三棱藨草(Sm)、互花米草带(Sa)土壤含水量差异显著(P0.05),随着土壤含水量的显著变化,海三棱藨草和互花米草种群分布呈现明显带状分布,土壤含水量对植被带的分布起到一定的平衡作用,在土壤经常性淹水下,互花米草种群的海向性拓殖受到一定抑制。(2)光滩带、海三棱藨草带、互花米草带之间的土壤盐分(NaCl)差异极显著(P0.001),从海向陆依次为:NaCl光滩带NaCl海三棱带NaCl互花米草带,NaCl含量增加土壤含水量相对减小,土壤盐度和含水量的差异极大影响了海三棱藨草和互花米草植被带的分布模式,从而进一步制约了其演替进程。不同植被带间温度差异显著,总体趋势为互花米草带最高而潮滩带最低,并且互花米草带土壤温度显著高于其它各带,小尺度空间上植被对环境因子的响应明显。(3)相对于7月份而言,5月份各带内土壤含水量显著较高,但植被带间没有显著性变化。光滩最高,依次为海三棱带和互花米草带。然而,7月份土壤盐度和温度显著大于5月份,互花米草带最高,依次为海三棱和光滩带。     

互花米草入侵对长江口九段沙湿地昆虫功能群组成特征及季节动态的影响

【目的】揭示互花米草Spartina alterniflora入侵对盐沼湿地昆虫不同功能群组成特征和时间动态的影响。【方法】于2015年的不同季节,在不同的样点沿10 m长的样线,以扫网法对长江口九段沙湿地不同样点的互花米草、芦苇和藨草群落进行昆虫采集。采用非参数检验方法比较不同植物群落中不同昆虫取食功能群物种丰富度、个体多度和季节动态的差异,采用非参数多维度排序方法分析植物生境对各昆虫功能群组成的影响,并用指示种分析方法分析不同昆虫的生境偏好。【结果】共采集昆虫72科,188种,10 338头。互花米草群落昆虫物种丰富度和个体多度显著低于芦苇群落,藨草群落昆虫物种丰富度与互花米草群落差异不显著,但昆虫个体数显著多于互花米草群落。不同昆虫功能群分别比较表明,植食昆虫物种数和个体数在互花米草和芦苇群落间差异不显著,藨草群落植食昆虫物种数最少但个体数量最多。芦苇群落捕食/寄生昆虫物种数和个体数均显著多于互花米草和藨草群落。腐食/菌食昆虫物种数和个体数在不同植物群落无显著差异。季节动态分析显示,不同昆虫功能群物种数和个体数在互花米草群落的峰值均出现在春季,而在芦苇和藨草群落中则具不同趋势。根据非参数多维度排序分析结果,互花米草入侵显著改变了昆虫的群落结构,并对不同昆虫功能群的物种组成均产生了显著影响。指示种分析方法结果进一步表明,偏好互花米草的昆虫物种数最少,主要为广食性植食昆虫。偏好芦苇分布的昆虫物种数最多,主要为捕食/寄生昆虫和专食性植食昆虫。偏好藨草的植食昆虫虽为广食性,但指示值较高。【结论】互花米草入侵降低了盐沼湿地的昆虫多样性,并显著改变了盐沼湿地昆虫功能群组成特征和季节动态。相比植食昆虫,天敌昆虫对互花米草入侵的影响更为敏感。一些广食性的植食昆虫可能已对互花米草产生了适应机制,其可能造成的生态学后果应引起重视。     

除草剂对黄河三角洲入侵植物互花米草的影响

互花米草(Spartina alterniflora)作为我国危害最严重的外来入侵植物之一,严重威胁滨海湿地生态系统安全。筛选可高效灭除互花米草的除草剂,为互花米草防治提供技术支持。2017年7月在黄河三角洲潮间带对互花米草茎叶喷施不同除草剂,在施药当年和次年对互花米草生长状况和大型底栖动物密度进行跟踪调查。研究结果表明:1)高效氟吡甲禾灵对互花米草的灭除效果最好,既能杀死互花米草地上部分从而完全抑制有性繁殖,又可完全抑制次年的无性繁殖;2)氰氟草酯对互花米草的灭除效果也比较好,可以完全抑制互花米草的生长和结穗,但抑制根状茎无性繁殖能力的效果稍差,草甘膦可以完全抑制互花米草的有性繁殖,但无法抑制次年互花米草的无性繁殖;3)施用除草剂在短期内会毒害某些底栖动物,但在1年后底栖动物种群数量与对照处理无显著差异。除草剂对环境的影响程度与除草剂用量和施用时间息息相关,未来研究中,应在保证灭草效果的前提下,探索最佳用药时间和最低用量以最大限度地降低环境影响。     

Fe、Cu、Mn、Zn在互花米草(spartina alterniflora)初级生产中的动态研究

1989年3—10月对江苏滨海废黄河口互花米草初级生产的测定为总生物量(干重)净增3154.8gm~(-2)·a~(-1)。对盐沼中Fe、Cu、Mn、Zn的动态研究表明,Fe、Mn的年变化与互花米草的生物量变化较趋一致,7—8月份Fe、Mn的供应不足也许是米草生长的限制因子;9月的Zn峰可能与生殖生长有关;至于7月的Cu峰是否与强化呼吸有关,还值得探讨。对高生产力的互花米草盐沼资源应予以重视,本文提出了有关开发利用的构想。     

互花米草与海三棱蔗草的生长特征和相对竞争能力

外来物种互花米草(Spartina alterniflora)已对我国特有种海三棱蔗草(Scirpus mariqueter)发生了竞争取代。作者通过在长江口崇明东滩湿地取样和盆栽竞争实验,比较了二者的主要生长特征和种间相对竞争能力。结果表明：无论是先锋种群还是成熟种群,互花米草的高度、盖度、地上生物量、地下生物量和平均每花序种子数都显著大于海三棱蔗草;海三棱蔗草的密度和单位面积结实枝条数显著大于互花米草。两种植物成熟种群的单位面积种子产量和种子的萌发率没有显著差异。种内竞争和种间竞争显著降低了两种植物的平均每株产生的无性小株数、结实株数、地上生物量和地下球茎数(海三棱蔗草产生球茎),互花米草的种间竞争能力(相对邻里效应指数)显著大于海三棱蔗草。互花米草在生长上的优势可能导致其在种间竞争上的优势,从而使互花米草能够在海三棱蔗草群落中成功入侵。     

互花米草与海三棱藨草的生长特征和相对竞争能力

外来物种互花米草(Spartinaalterniflora)已对我国特有种海三棱藨草 (Scirpusmariqueter)发生了竞争取代。作者通过在长江口崇明东滩湿地取样和盆栽竞争实验,比较了二者的主要生长特征和种间相对竞争能力。结果表明:无论是先锋种群还是成熟种群,互花米草的高度、盖度、地上生物量、地下生物量和平均每花序种子数都显著大于海三棱藨草;海三棱藨草的密度和单位面积结实枝条数显著大于互花米草。两种植物成熟种群的单位面积种子产量和种子的萌发率没有显著差异。种内竞争和种间竞争显著降低了两种植物的平均每株产生的无性小株数、结实株数、地上生物量和地下球茎数(海三棱藨草产生球茎),互花米草的种间竞争能力 (相对邻里效应指数 )显著大于海三棱藨草。互花米草在生长上的优势可能导致其在种间竞争上的优势,从而使互花米草能够在海三棱藨草群落中成功入侵。     

人工管理和自然驱动下盐城海滨湿地互花米草沼泽演变及空间差异

将盐城国家级自然保护区核心区划分为人工管理区和自然湿地区两种模式,根据2000年、2006年、2011年3个时相的ETM+影像,运用RS、GIS技术和景观生态学方法,分析不同驱动力下互花米草沼泽景观变化的差异.结果表明:(1)人工管理区,2000-2011年,互花米草沼泽面积由272hm2增加到781hm2;平均分维数呈下降的趋势,聚合度指数呈上升的趋势,表明互花米草沼泽在空间上趋于聚集,在形状上趋于规则;从互花米草沼泽增长速率看,2000-2011年,呈现先快后慢的特征.在景观空间演变上,互花米草沼泽的平均宽度从598.679m增加到1719.002m,表现出向海陆两个方向扩张的特征.(2)自然湿地区,2000-2011年互花米草沼泽面积由2023hm2增加到3974hm2;平均分维数和聚合度指数呈先上升后下降的趋势;米草沼泽增长稳定,年增长约160-180 hm2/a,单位长度岸线年增长面积约为15 hm2· km-1·a-1左右;比较发现,自然湿地区互花米草沼泽的增长速度高于人工管理区的增长速度.在景观空间演变上,互花米草沼泽平均宽度从1625.586m增加到3193.317m,2000-2006年表现出向海洋单方向扩张的特征,2006-2011年表现出向海陆两个方向扩张的性质.(3)在自然条件下互花米草沼泽扩张受到气候、地貌过程、水文过程、植被类型及种间竞争的影响,表现出明显的带状特征.在人工管理下,通过建设拦水堤坝等,阻止了潮汐作用下海水的扩散能力,生态过程发生改变,致使生态系统类型向淡水湿地方向演变,抑制了互花米草沼泽的扩张,表现出一定的镶嵌格局.     

红树植物秋茄替代互花米草的生态修复评估——以浙江温州为例

互花米草(Spartina alterniflora)已经大面积入侵并威胁我国滨海湿地生态系统。利用红树植物替代法控制互花米草入侵的生态修复模式已得到广泛关注。本研究选取浙江温州鳌江口红树植物秋茄(Kandelia obovata)替代互花米草的生态修复区,在3年修复期前后,对修复区和对照区进行植物群落结构和大型底栖动物群落多样性监测,结合沉积物质量与水质变化监测,对生态修复的效果进行评价。结果表明:生态修复区的秋茄群落虽结构单一、但生长良好;红树林生境大型底栖动物物种多样性指数为0～2.055;而在互花米草生境中为1.053～2.805,说明对大型底栖动物而言互花米草生境的生态环境状况优于红树林生境。这可能是由于恢复的早期阶段,秋茄树龄小且对水质污染的改善作用不显著,其大型底栖动物的种类偏少。本研究是红树林高纬度分布区生态替代法控制互花米草的典型案例;随着植株的生长,秋茄群落的生态效益将进一步显现。     

互花米草生物质能利用潜力

作为外来种,互花米草(Spartina alterniflora)对入侵地的生态系统产生了较强的干扰,但同时高生物量的互花米草也是一种潜在的生物质能源.发展生物质能是充分利用互花米草资源并控制其恶性扩张的较为有效和实用的途径,具有生态和经济双重效益.本文总结了互花米草生物质能的利用潜力,其表现为时间与空间上的生物量资源优势、高效的光合作用机制与高生产力、高贮能、较高的碳水化合物、蛋白质和脂肪储量以及不占用耕地等;同时介绍了互花米草生物质能开发利用现状,并指出互花米草生物质能的开发与利用有着光明的前景.     

生境异质性及源株密度对互花米草入侵力的影响

外来物种互花米草(Spartina alterniflora)被引种到我国海岸带后,已带来一系列生态危害,严重影响了入侵地生态系统结构和功能,深入了解其入侵机制是实施有效控制的基础和理论依据。长江口的滩涂湿地是我国典型的异质潮滩,拥有多种生境。为了探究异质潮滩环境中互花米草初始源株对其入侵力的影响,研究通过野外移栽实验,模拟不同源株密度,探讨潮滩湿地生境异质性及源株密度对互花米草定居、生长和扩散的影响。结果表明:1)生境异质性及源株密度均对互花米草存活率、株高及种群增长率有极显著影响(P0.01)。2)至生长季末,植被区内互花米草存活率、株高均显著高于前沿光滩(P0.05)。此外,淤泥质潮滩植被区内互花米草株高、种群增长率也显著高于粉砂质潮滩植被区(P0.05)。3)互花米草入侵植被区不受源株密度的限制,但随源株密度增加,互花米草种群增长率显著降低(P0.05),而株高无显著差异(P0.05);在光滩区,只有高源株密度才可入侵成功。4)异质生境的冲淤动态、淹水时间和淹水深度是影响互花米草存活和生长的主要环境因子。丰富了河口湿地互花米草入侵力的机理研究,也为我国开展互花米草防控及海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义。     

湿地植物生长模型在红树林湿地人工恢复调控中的应用--以珠江口淇澳岛红树林湿地恢复为例

选取珠江口淇澳岛红树林人上恢复为例,借助湿地大型植物生长控制模型,通过3种不同预案的设置,定量分析外来种无瓣海桑与生态侵入种互花米草之间的竞争关系。研究表明：在有互花米草的滩涂上人工种植的无瓣海桑．在其生物量小于互花米草生物量时,初始生物量大的超过互花米草所需时问短于初始生物量小的;当无瓣海桑生物量超过互花米草生物量后．无瓣海桑生长基本小受互花米草的影响,同时互花米草的生物量开始下降。在人工付出劳动相同的情况下（即人人工割除互花米草的频度）．初始生物量大的无瓣海桑超过互花米草生物量所需的时间短于初始生物最小的无瓣海桑。     

互花米草入侵对土壤生态系统的影响

互花米草是全球海岸滩涂湿地生态系统最成功的入侵植物之一,对中国沿海湿地土壤生态系统也产生了重大影响.本文主要从入侵地土壤生态系统的结构组分(土壤微生物和土壤动物)与物质循环(土壤碳循环、氮循环、磷循环和重金属元素)两大方面,综述了近年来国内外互花米草入侵对沿海滩涂与河口地区土壤生态系统的影响.此外,本文还指出了未来互花米草的研究方向,包括加强互花米草对入侵地土壤微生物的影响的研究,整合互花米草对地上、地下资源竞争和生态过程影响的研究,以及互花米草在全球变化大背景下入侵动态预测.     

盐度对互花米草生长及脯氨酸、可溶性糖和蛋白质含量的影响

研究了互花米草在不同培养盐度下,株高、茎粗、叶长、叶宽、叶面积、鲜重等生长指标以及脯氨酸、可溶性糖和蛋白质含量的变化情况。结果表明,随着盐度增加,米草株高呈下降趋势,在高盐度(50‰)下,米草叶面积、叶长等指标与对照组相比明显下降,鲜重与低盐度组比较显著下降。米草叶片中可溶性糖、脯氨酸含量随盐度增加总体上呈上升趋势;可溶性蛋白质含量随盐度增加亦呈上升趋势,表明蛋白质合成增强。在盐胁迫下。渗透调节物质的积累作用是互花米草对盐胁迫的主要响应过程,可以作为其抗盐性的生理参数。     

互花米草的两面性及其生态控制

互花米草是美国大西洋沿岸的本土植物,其高生产力、高繁殖率、高抗性和致密发达的地下部分等生物学特性使它能在沿海地区的抗风防浪、保滩护岸、促淤造陆、修复湿地和固定二氧化碳等方面发挥很好的正生态效应;然而,正是这与生俱来的生物学优势使该物种在引种地区侵占光滩,很快形成茂盛的单种优势群落,体现出很强的入侵性,从而也具有相当大的负生态效应。本文综述了互花米草的正负生态效应,分别从以下4个方面展开:抗风防浪的功效与改变景观的负作用,促淤造陆的功效与改变河口水文格局的负作用,固碳效应与释放温室气体的负作用,为一些物种提供营养与栖息地的同时对其他物种栖息环境的破坏性。研究证实,互花米草的本土化倾向已比较突出,如在超过100年引种历史的美国西部维拉帕湾、引种历史近40年的旧金山湾,以及引种历史近30年的我国大丰滩涂等。对于互花米草的生态控制,应结合各地的自然、社会、经济状况,因地制宜,如在一些生态脆弱(开发过度、缺乏大型植被、蚀退现象严重)的沿海地区,防灾减灾任务艰巨,根除互花米草须谨慎;在充分利用互花米草抗风防浪和促淤造陆后,可以适时围垦,以达到某些区域大面积减除的目标;此外,综合治理与利用相结合是较为科学的举措,既充分利用互花米草生物质(加工生产新食品、保健品、生物气等),又有效控制其种子飘落和扩繁,是一项生态工程,也是一种具有生态经济效益的利国利民之举。