刈割加翻耕对互花米草萌发和生长的影响

赵亚杰 王安东 吕卷章

摘要：互花米草（Spartina alterniflora）是我国危害最严重的外来入侵植物之一，探索有效的防治互花米草的技术对保护我国海滩生态环境具有重要意义。本研究在黄河三角洲研究了生长季末期刈割加翻耕对互花米草萌发和生长的影响，证实该方法可以高效抑制第二年互花米草的萌发和生长，可作为治理互花米草的有效途径，尤其适用于冬季寒冷的北方盐沼地区。

Abstract： Spartina alterniflora is one of the most severely endangered alien invasive plants in China. Exploring effective techniques to prevent and control Spartina alterniflora is of great significance to the protection of the beach ecological environment in China. This paper studied the effects of mowing and plowing at the end of the growing season on the germination and growth of Spartina alterniflora in the Yellow River Delta， and confirmed that this method can effectively inhibit the germination and growth of Spartina alterniflora in the second year and can be used as a effective way for the treatment of Spartina alterniflora and it is especially suitable for the northern salt marshes in the cold winter.

关键词：互花米草;入侵;黄河三角洲;翻耕;克隆苗;实生苗

Key words： Spartina alterniflora;invasion;Yellow River Delta;plowing;cloned seedlings;seedlings

中图分类号：S553.9                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0177-03

0  引言

为了消浪护堤、促淤造陆，我国于1979年引入互花米草（Spartina alterniflora）[1]，然而事与愿违，互花米草具有极强的耐盐、耐淹和无性繁殖能力，扩散速率快，在我国海岸带快速蔓延，对滨海湿地生物多样性及生态安全造成了严重威胁[2]。互花米草作为唯一的盐沼植物名列国家环保总局公布的首批外来入侵物种名单。

互花米草于1990年前后被引入黄河三角洲，近年来呈爆发式扩张，已遍布潮间带各个区域，2013年互花米草分布面积接近900hm2，2015年暴增至3278hm2，2016年再度增加15%，达到3692hm2[3，4]。亟需采取有效可行的防治措施，控制互花米草在黄河三角洲的肆意蔓延。借鉴前人的研究成果，本研究在黄河三角洲潮间带设置原位控制试验，研究刈割加翻耕的综合防治措施对互花米草萌发和生长的影响，以期为互花米草防治提供技术支持。

互花米草防治方法包括单一或综合的物理、化学或生物防治等方法，不同方法各有其优缺点。化学防治方法主要是喷洒除草剂，简单易行，但有可能造成一定的环境污染;生物防治方法和生物演替方面的技術还不够成熟，且存在新的外来种生态入侵的风险;物理防治方法简单易行，对环境的影响较小。我国在上海、福建等地开展了火烧、刈割、翻耕、碎根和水淹等物理方法控制互花米草[5]。单一物理方法防治互花米草的效果一般较低，刈割加淹水、刈割加遮荫等综合措施可取得更好的防治效果[6]。

1  材料与方法

1.1 研究区域

黄河三角洲国家级自然保护区（37°40'N 38°10'N， 118°41'E 119°16'E）地处我国山东省东营市黄河入海口。黄河三角洲主要植被类型为芦苇群落、芦苇-荻群落、穗状狐尾藻群落、柽柳群落、翅碱蓬群落及二色补血草群落等，其中沼生芦苇群落、柽柳群落及翅碱蓬群落分布较广，低潮滩地区互花米草分布较广。

本研究的试验地点位于黄河入海口南侧（37°43′46.36″N，119°15′13.29″E），该区域由海到陆的方向上依次分布着日本鳗草、互花米草、盐地碱蓬和芦苇等植被，互花米草与日本鳗草和盐地碱蓬的生态位发生部分重叠，造成物种间的竞争。

1.2 试验设计

2016年10月下旬（互花米草生长季结束后），在黄河三角洲互花米草典型分布区设立4个重复小区，开展刈割加翻耕（下文简称翻耕）防治互花米草的试验，刈割并移除互花米草地上植株，然后用铁锨挖土侧扣在原地，翻耕深度约20cm，米草根系留在土中。每个小区面积约9m2，小区相互间隔20m，在每个翻耕小区附近设立一个不翻耕的对照小区。

1.3指标测定

在每个小区中央设置一个1m×1m的固定样方，从2017年春季开始定期监测互花米草密度、株高、结穗率等生长指标，测量株高时，每个样方中随机选取10株冠层高度的互花米草，取其株高平均值为该样方米草冠层株高。生长季结束后，测定穗长和穗数。

1.4 数据分析

采用 SPSS软件对数据进行统计分析，用单因子方差分析（One-way ANOVA）中的最小显著性差异（LSD）对数据进行差异显著性检验。

2  结果与分析

2.1 刈割+翻耕对互花米草密度的影响

互花米草的繁殖方式包括有性繁殖和无性繁殖，有性繁殖是种子萌发幼苗（实生苗），无性繁殖主要是地下根状茎萌发幼苗（克隆苗）。在2017年生长季前半期，从形态上很容易区分实生苗和克隆苗，前者纤细、生长缓慢，后者粗壮、生长迅速，2017年7月以后，难以从形态上区分实生苗和克隆苗。

生长季末的刈割加翻耕几乎完全抑制了次年互花米草的无性繁殖（p<0.001），2017年5月上旬至6月上旬，翻耕处理中克隆苗密度为2.5-3.5株/m2，不足对照处理的1%（图1.a）。翻耕前刈割并移除了互花米草地上植株，可清除几乎全部的互花米草种子，然而，翻耕小区中仍有种子萌发的实生苗，一方面，刈割时可能有散落在地的种子，另一方面，由于翻耕小区是开放式的，周边互花米草的种子可以在风力或潮水作用下进入翻耕小区，从而造成二次入侵。2017年5月至6月期间，翻耕处理的实生苗密度比对照处理低10-14%（图2.b，p>0.05）。7月份开始，由于实生苗已经长高、分蘖，同时新生根茎开始萌发克隆苗，此时从形态上已无法区分实生苗和克隆苗。在生殖生长期（2017年7月至11月），翻耕处理的互花米草密度为对照处理的9-64%（p<0.001，图1.c）。

2.2 刈割+翻耕对互花米草冠层高度的影响

生长季末的刈割加翻耕措施不仅有效抑制了次年互花米草的萌发，对互花米草幼苗的生长也有显著的抑制作用（图2）。2017年5月-6月是互花米草的营养生长期，翻耕处理和对照处理的克隆苗株高均不断增加，但翻耕处理显著抑制了克隆苗生长速率，其株高始终为对照处理的24.6-42.3%（p<0.001）。2017年从萌芽至6月上旬，实生苗生长极其缓慢，株高始终小于7cm，翻耕和对照处理的实生苗高度无显著差异（图2.b）。7月以后，互花米草进入生殖生长期，对照处理中互花米草株高在8月下旬后增加缓慢，翻耕处理中米草株高仍然持续增加，但其株高显著低于对照处理。11月初，翻耕处理中互花米草平均株高为105.8cm，为对照处理的65.2%（p<0.001）。因此，刈割加翻耕不仅抑制了第二年互花米草的萌发，同时也抑制了互花米草的生长速率。

2.3 刈割+翻耕对互花米草结穗的影响

2017年11月初，调查互花米草结穗情况，刈割+翻耕显著抑制了第二年度（2017年）互花米草的穗密度和结穗率，翻耕处理的穗密度和结穗率分别为对照处理的21.9%和36.8%（p<0.01）。翻耕处理抑制了互花米草生长，从而影响其结穗率（结穗率=结穗的米草株数/米草总株数）。这些数据说明，在生长季末期采用刈割加翻耕的措施治理互花米草，第二年米草种子产量会显著低于对照处理，因此互花米草的有性繁殖能力将被持续抑制。

3  讨论

3.1 刈割+翻耕措施的控制效率

在美国路易斯安那州的研究表明，冬季翻耕对互花米草的控制效率约为73%，对于这样的控制效率，如果每年翻耕一次，至少需3.6年才可以完全清除互花米草[7]。在上海崇明东滩的研究发现，2-3月份翻耕后，生长季末期互花米草密度和地上生物量分别比对照低30%和70%，第二年互花米草基本恢复到对照样地的水平，至生长季末期各处理与对照无显著性差异[8]。本研究中，冬季翻耕对互花米草的控制效率几近100%，几乎完全抑制了第二年互花米草的无性繁殖，显著优于其他文献报道的控制效果，这可能是因为本研究地点为互花米草新入侵区域，其地下根茎数量低于入侵多年的米草群落，而且根茎长度较短。另外，本区域距离海水不足500米，潮汐频繁且潮位高，频繁的浸淹可能导致翻耕受损的根茎难以恢复繁殖能力甚至死亡。翻耕时机也可能对控制效果有一定影响，春季气温逐渐回升，但是冬季寒冷，因此，生长季末期因翻耕而受损的米草根茎很可能更难恢复。

附近的种子随潮水进入防治区域，并于第二年度萌发生长，将导致互花米草的二次入侵。假如在足够大的区域内同步采用翻耕措施治理互花米草，便不存在种子的二次入侵，因此，刈割加翻耕这一综合防治措施有望完全清除互花米草。即使在本研究的小区试验中无法杜绝种子的二次入侵，在翻耕处理后第二年的生长季末，互花米草密度也仅为对照的35.6%（p<0.01），生长季末米草穗密度是对照处理的21.9%（p<0.01），因此，翻耕措施可显著抑制第二年度的米草种子产量，从而可以抑制第三年度春季米草的有性繁殖。基于这些研究结果可以推断，如果连续2-3年采用刈割+翻耕的措施治理互花米草，可以达到非常高的清除效率，甚至可以完全清除互花米草。

3.2 刈割+翻耕措施的推广可行性

美国的研究表明，翻耕防治互花米草的成本较高，工作效率也比较低，翻耕所用的水陆两栖机械价格高达25万美元，工作效率仅为每小时0.25hm2。若要推广此方法，需要有适用于潮间带作业的机械，比如特制的履带式割草机和旋耕机，这样既可以提高工作效率，又能降低成本。利用人工翻耕的方法仅适用于新入侵的小面积米草的治理，无法进行大面积的防治。

参考文献：

[1]徐国万，卓荣宗，曹豪，等.互花米草生物量年动态及其与滩涂生境的关系[J].植物生态学与地植物学学报，1989（03）：230-235.

[2]邓自发，安树青，智颖飙，等.外来种互花米草入侵模式与爆发机制[J].生态学报，2006（08）：2678-2686.

[3]杨俊芳，马毅，任广波，等.基于国产高分卫星遥感数据的现代黄河三角洲入侵植物互花米草监测方法[J].海洋环境科学，2017（04）：596-602.

[4]路峰，杨俊芳.基于Landsat 8 OLI卫星数据的入侵植物互花米草遥感监测与分析——以山东黄河三角洲国家级自然保护区为例[J].山东林业科技，2018（01）：29-32.

[5]陈正勇，王国祥，刘金娥，等.淹水调控对互花米草生长的影响[J].环境科学研究，2011，24（09）：1003-1007.

[6]谢宝华，王安东，赵亚杰，等.刈割加淹水对互花米草萌发和幼苗生长的影响[J].生态学杂志，2018，37（2）：417-423.

[7]谢宝华，韩广轩.外来入侵种互花米草防治研究进展[J].应用生态学报，2018，29（10）：3464-3476.

[8]肖德荣，祝振昌，袁琳，等.上海崇明东滩外来物种互花米草二次入侵过程[J].应用生态学报，2012，23（11）：2997-3002.

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基金项目：国家自然科学基金项目“滨海湿地鸟类监测多维协同全光计算成像技术”（61931003）。

作者簡介：赵亚杰（1987-），女，辽宁葫芦岛人，高级工程师，研究方向为滨海湿地生态保护;王安东（通讯作者）（1980-），男，山东济南人，高级工程师，研究方向为滨海湿地生态保护。