基于文獻信息分析的互花米草危害與防控措施研究

程彬彬，劉長娥，原 源

(上海市農業科學院農業科技信息研究所，上海201403)

資源、環境和經濟可持續發展是國際社會共同關注的焦點，資源與環境是社會經濟可持續發展的前提與基礎。植物入侵是全球性的環境問題，對生態、環境、經濟等方面造成的危害越來越嚴重，引起世界各國廣泛的關注。

互花米草(Spamnaalmriflora)是禾本科米草屬的多年生草本植物，原產于大西洋沿岸，適宜在潮間帶生長，加拿大的紐芬蘭、美國的佛羅里達中部以及墨西哥海岸等經常被潮水淹沒的潮間帶均有分布。受人類活動的影響，互花米草已經從原產地擴展至歐洲、北美西海岸、新西蘭與中國沿海。

互花米草具有較強的繁殖能力，尤其適應灘涂海岸的生存環境，為了固岸保灘，1979年我國從美國引入互花米草種子，在南京大學植物園進行試種成功后，在我國沿海適宜的環境條件下，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擴散傳播，已經成為我國沿海潮灘分布面積最廣的鹽沼植被，遍布遼寧、天津、山東、江蘇、上海、浙江、福建沿海地區的淤泥質潮灘。多年來，互花米草在固岸保灘、凈化水質和綠化海灘等方面起到了一定的作用，但是在沿海與長江河口的快速蔓延不僅嚴重影響著潮灘的生物多樣性，而且造成河口航道淤積，灘涂養殖遭受破壞。

本研究基于文獻信息，分析近十幾年來互花米草的研究基況，了解相關的研究動態、研究主題與研究機構，了解互花米草的研究熱點與前沿，闡述互花米草入侵造成的危害，并分析相關防控措施研究，為深入研究提供參考。

1 互花米草研究基況分析

1.1 基于CNKI文獻計量的互花米草研究態勢

通過查閱資料，以CNKI作為數據源，來源期刊選取SCI、EI、核心期刊、CSSCI和CSCD，2019年3月5日對2005—2018年發表的互花米草相關文獻進行檢索，得到530條研究案例。

由圖1可以看出，2009—2011年為互花米草的研究高峰，其3年的文獻量占文獻總量的近30%，貢獻最多的是南京大學與復旦大學。2012年后相關研究文獻大幅度減少，并進入穩定狀態，表明互花米草的研究趨于成熟。

1.2 基于CiteSpace分析的互花米草研究主題

利用CiteSpace對采集的信息進行聚類分析，從圖2可以看出，圍繞互花米草開展的研究有九大主題關鍵詞，分別是互花米草、崇明東灘、入侵、濱海濕地、外來種、蘆葦、沼氣、紅樹林、活性炭，其中，2005—2008年，主要是研究互花米草的生物入侵、鹽脅迫、種群特征、生物替代、厭氧發酵、蘆葦、大型底棲動物；2009—2015年，主要是互花米草有關的化感擴散、厭氧消化、沼氣、覆蓋度變化、土壤有機碳變化等；2016—2018年主要研究互花米草入侵相關的遙感監測、植被覆蓋度、影像、無人機、入侵機制、反硝化、土壤微生物、根際細菌、克隆苗等。

研究區域主要為崇明東灘、江蘇海岸、閩江河口、長江河口、膠州灣、黃河三角洲，與互花米草研究相關的植物主要有蘆葦、無瓣海桑、紅樹林、短葉茳芏。最終的研究目標是通過分析互花米草入侵對原生動植物與環境的影響，利用鹽脅迫、持續淹水、化感等試驗制定互花米草的防控措施，并通過研究其厭氧發酵開發其資源利用。

1.3 基于CiteSpace分析的互花米草研究機構

從地域上看，從事互花米草研究的機構主要分布于華東、華北、華南地區，福建、江蘇、上海相關研究機構較為龐大(圖3)，主要研究閩江河口、江蘇海岸、崇明東灘、長江河口、膠州灣、黃河三角洲等地互花米草的入侵危害與防控。

福建地區，以福建師范大學地理科學學院為主，與福建師范大學地理研究所、福建師范大學亞熱帶濕地研究中心、福建師范大學環境科學與工程學院、福建閩江河口濕地國家級自然保護區管理處、中國科學院大學、中國科學院生態環境研究中心、華東師范大學生態與環境科學學院、濕潤亞熱帶生態-地理過程省部共建教育部重點實驗室等機構形成了龐大的合作研究網絡。

江蘇地區，以南京大學海岸與海島開發教育部重點實驗室為主，與南京大學地理與海洋科學學院、南京師范大學地理科學學院、南京農業大學國際資源與環境經濟中心、中國科學院南京地理與湖泊研究所、中國科學院南京土壤研究所、鹽城國家級珍禽自然保護區等機構構建了龐大的研究合作網絡。

上海地區，主要是復旦大學和華東師范大學，其中，復旦大學以復旦大學環境科學與工程系為主，與南京農業大學工學院、江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所、南京大學環境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室等機構合作密切；華東師范大學以華東師范大學河口海岸國家重點實驗室為主。

從研究機構的性質看，主要是高校、科研院所與自然保護區等從事互花米草相關的研究；從合作機構的分布區域看，同一地域內相關機構合作較多，不同地域研究機構間合作較少。

1.4 基于CiteSpace分析的互花米草研究團隊

互花米草研究過程中形成了許多研究團隊，其中，比較大的團隊有，以鄭正為代表的南京大學團隊，以仝川為代表的福建師范大學團隊，以沈永明、王國祥為代表的南京師范大學團隊(圖4)。

不同團隊形成的時期不同，2005年由沈永明、李加林和張忍順等組成了穩定的互花米草研究團隊，2010年之后，相關的合作團隊日益增多，其中，2010—2014年，以鄭正為核心，與陳廣銀、楊世關、張繼彪、羅興章、羅燕等組成了龐大的合作關系；以王國祥、劉金娥為核心，與任麗娟、徐偉偉、陳正勇等組成的合作團隊；以及以仝川為核心，與黃佳芳、張林海、王維奇等組成的合作團隊。2016年，由鮑毅新、任鵬、李海宏等組成了合作關系；金寶石、曾從盛、王維奇、閆鴻遠等也開始有合作；2017年后，李博、楊驍互相合作；高會、孫志高、何濤組成合作關系。另外，南京大學的欽佩、安樹青，華東師范大學的張利權，復旦大學的陳家寬等也擁有自己的研究團隊，在互花米草相關研究領域具有重要影響。

1.5 基于高被引論文研究熱點分析

通過分析互花米草研究排名前20高被引文章中的主要關鍵詞(圖5)，外來種和入侵種是主要的研究熱點。作為全球環境變化重要因素之一的生物入侵已經引起世界廣為關注，對互花米草的入侵性以及防控方面的研究成為一大熱點。許多學者研究互花米草入侵對本地群落生物多樣性與環境的影響，當前互花米草在沿海沼澤中已經占據優勢，甚至取代了當地的原生植物，成功入侵的互花米草不僅改變植被的分布格局，降低水鳥的多樣性，還改變大型底棲無脊椎動物群落的結構、改變土壤的理化性質，使生態系統的結構發生變化，最終導致系統的退化[1]?；セ撞菀呀洺蔀楹涌谂c濱海濕地主要的入侵植物，制定有效的防控措施是維護濕地健康穩定發展的的重要途徑。

2 互花米草的危害

互花米草的生理生物特性決定了具有較強的擴散能力，由于其種群具備高遺傳分化和基因滲入能力，種子抗逆性強，能夠通過海水傳播，并能進行跳躍式長距離擴散?；セ撞萆鷳B幅較寬，對生境具有較強的適應能力，尤其對鹽度的耐受較強，已經被許多研究所證實，互花米草可以忍耐3.2%的鹽度，互花米草耐鹽性較海三棱藨草高，互花米草為高大植物，蒸騰作用強烈，在蒸騰過程中伴隨泌鹽作用，能將體內一半的鹽分泌出體外，增加相鄰生境的土壤鹽度，因而抑制了海三棱藨草向互花米草一側的擴散和生長[2-3]?；セ撞莸娜肭謱ν寥览砘再|、植物群落結構以及底棲動物群落產生影響。徐曉軍等[4]研究了崇明東灘互花米草中心區以及互花米草與海三棱藨草和蘆葦交界區的底棲動物群落結構，發現中心區底棲動物密度及多樣性均低于邊緣區，底棲動物的優勢種發生了改變?；セ撞萃ㄟ^密集發達的根系抑制其他生物的生長，并搶占資源進行擴張，顯著改變植被群落和動物群落組成，嚴重影響了食物源的多樣性和濱海濕地食物網功能?；セ撞莸娜肭謱Ξ數丨h境也產生了一系列的不良影響，布乃順等[5]研究發現，互花米草入侵對長江河口濕地CH4排放有影響，顯著增加了長江河口濕地CH4排放量,互花米草入侵至更厭氧的土壤環境可能會對CH4排放的影響程度更大。

膠州灣是互花米草入侵的重災區，逐漸成為該區域內優勢種，當潮水攜帶的泥沙進入互花米草群落后，受發達根系的阻擋，泥沙被沉積，逐年累積致使灘面不斷淤高，導致膠州灣面積進一步縮小。受膠州灣填海以及互花米草群落等因素的影響，將會造成水岸區域水體動力減弱?；セ撞莸纳L和泥沙的快速淤積，嚴重影響了潮溝和水道的暢通，阻礙了潮間帶水的正常流動，泄洪能力降低，會造成洪水泛濫。同時，互花米草的入侵改變了原生環境，擾亂了生物的正常生長環境，嚴重破壞了當地生態系統的結構與功能，將導致生態系統的退化與功能的喪失，嚴重威脅區域生態安全和人民生命財產安全[6]。

互花米草的危害引起社會廣泛的關注，1997年國際上專門召開了控制和利用這一惡性雜草的會議，針對外來物種入侵制定了40多項國際公約、協議和指南。歐美以及澳大利亞、新西蘭等國家均開展了大規模的研究工作，科學家認為生物入侵是危害生物多樣性的重要原因，被公認為是當前最棘手的環境問題之一[7]?；セ撞莸娜肭植粌H導致環境惡化，而且造成巨大的經濟損失。據統計，美國、印度、南非三國每年因外來物種入侵造成的經濟損失分別為1 500億美元、1 300億美元和800多億美元。我國是受外來物種入侵影響最嚴重的國家之一，每年導致的損失超過574億元人民幣[8]。

3 互花米草的防治

隨著入侵種互花米草對自然生態系統危害的加重，如何防治外來物種入侵成為是當前科技工作者面臨的重要課題，也是各國政府亟待解決的重大問題。

近幾年，互花米草的防治研究已經遍布亞洲、北美洲、歐洲和非洲，尤其以中國和美國居多，中國以福建和上海相關研究較多，美國的相關研究則主要集中在路易斯安那州和華盛頓州。國外以化學防治為主，無生物替代方面的研究。國內以物理防治為主，無生物天敵防治的研究?；瘜W防治主要采用草甘膦、草銨膦、咪唑煙酸以及互花米草除控劑。只有草甘膦和咪唑煙酸被美國環保署允許在河口環境中使用[9-11]。

草甘膦目前已成為世界上應用最廣、使用量最大的農藥品種，美國環保署(EPA)將其列為第三類有毒物質(低毒性)。草甘膦比較容易被植物吸收，主要是通過破壞植物的代謝，諸如干擾細胞分裂、葉綠素合成，損害呼吸系統，危害蛋白質構建，以達到加速植株死亡的目的，使用草甘膦時，使用劑量為2.13 kg/hm2，63 d 后，幼苗死亡率達到95.4%以上，成熟米草受損率為25.0%。咪唑煙酸對互花米草具有較好的去除效果，主要通過阻止植物支鏈氨基酸的合成，抑制其生長。當用量為草甘膦的1/10 時，能達到與其同等的殺傷效果，使用劑量為0.11 kg/hm2時，幼苗死亡率為88%以上，成熟米草受損率為18.1%以上，咪唑煙酸在水體和沉積物中的殘留遵循指數衰減，在水體和沉積物中的殘留量遠低于對水生動物致毒的劑量[12]。

區域性外來物種風險評價是目前國外用于防止外來物種入侵所用的一種方法，美國休斯頓大學環境學院通過建立的六條評價準則對克薩斯州東南部區域外來人侵物種進行了評價，并為政府提供了相應的防控措施建議，研究互花米草的生物防治，利用互花米草的天敵——光蟬進行試驗。此外，澳大利亞建立了雜草風險評價系統，主要包括物種的分布區域、危害特征、生物學與生態學特征。

物理防治主要包括人工拔除、覆蓋遮蔭、刈割、火燒、水淹等措施，可制約互花米草呼吸或光合作用，促使植株死亡，屬于環境友好型防治方法。適時的刈割與持續淹水可作為控制互花米草有性繁殖的有效措施。近期研究焦點已集中在植被生態替代、生物控制以及綜合控制方面,我國南京大學鹽生植物實驗室和大豐新紀元海涂開發有限公司運用“地貌水文飾變促進生物替代”技術實現了蘆葦替代互花米草，利用淡咸水輪換澆灌抑制互花米草的克隆生長和繁殖，提出適時施用化學藥劑除草配合種植紅樹林的綜合治理措施，即施用“灘涂米草除控劑”、甲嘧磺隆與泥下割草能有效防治互花米草，減緩互花米草的擴散蔓延[13-16]。

雖然國內外對互花米草作了很多深入研究，也采取了一定的防控措施，但由于互花米草具有極強的入侵性和競爭力，依然缺乏控制其擴散的有效途徑，應該對互花米草入侵的微觀過程及其機理的深入了解，分析與其入侵相關聯的生物因子與環境因子，采用綜合的有效措施，進行全面的防控。

4 展望

外來入侵生物—互花米草的防控研究已經取得重大突破，相關的防控技術日益成熟，包括物理、化學及生物替代技術，互花米草對環境的危害逐漸得到一定程度的控制。未來還需要進行深入研究，在了解互花米草濕地系統元素循環特征的基礎上，通過高精度、高準確度與高分辨率的互花米草入侵種與當地土著種以及環境信息的提取，主要包括了解入侵種與本地種的組織與營養結構特征、繁殖特性以及入侵種與本地種的鄰里效應與環境響應特征等，從微觀上探明互花米草入侵的準確的、詳細的微觀過程，揭示外來入侵物種互花米草的入侵機理，在此基礎上，進行精準防控措施研究，從環境上阻斷互花米草的蔓延渠道，從植物生理與機能上阻斷其繁殖能力，進而逐步控制互花米草的擴繁。未來，充分利用互花米草使其變害為利也成為研究趨勢，利用互花米草的污染吸附性能，可以進行污染治理?；セ撞輪挝辉系母晌镔|產氣量比稻秸、麥秸、豬糞都要高，是生產沼氣的好原料?；セ撞葜懈缓S酮和多糖類成分，可以作為天然添加劑，用于研制互花米草護手霜、護膚霜、護膚凝膠、護膚乳液、洗發香波等一系列天然功能性化妝品?；セ撞葜械狞S酮類物質具有抗炎、降血糖、降血脂和增強免疫力的作用，可以開發為“復合米草口服液”?；セ撞萆锏V質液具有豐富的營養元素和活性物質，可以開發為新型飼料添加劑，用于黃鱔飼料能夠加快黃鱔生長速度[17-21]。進行互花米草的防治與利用并舉研究，有利于促進外來入侵生物的深入防治與生態環境的健康發展。