基于文献信息分析的互花米草危害与防控措施研究

程彬彬，刘长娥，原 源

(上海市农业科学院农业科技信息研究所，上海201403)

资源、环境和经济可持续发展是国际社会共同关注的焦点，资源与环境是社会经济可持续发展的前提与基础。植物入侵是全球性的环境问题，对生态、环境、经济等方面造成的危害越来越严重，引起世界各国广泛的关注。

互花米草(Spamnaalmriflora)是禾本科米草属的多年生草本植物，原产于大西洋沿岸，适宜在潮间带生长，加拿大的纽芬兰、美国的佛罗里达中部以及墨西哥海岸等经常被潮水淹没的潮间带均有分布。受人类活动的影响，互花米草已经从原产地扩展至欧洲、北美西海岸、新西兰与中国沿海。

互花米草具有较强的繁殖能力，尤其适应滩涂海岸的生存环境，为了固岸保滩，1979年我国从美国引入互花米草种子，在南京大学植物园进行试种成功后，在我国沿海适宜的环境条件下，开始定殖并形成种群，随后通过人为推广引种及潮流等自然力量扩散传播，已经成为我国沿海潮滩分布面积最广的盐沼植被，遍布辽宁、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建沿海地区的淤泥质潮滩。多年来，互花米草在固岸保滩、净化水质和绿化海滩等方面起到了一定的作用，但是在沿海与长江河口的快速蔓延不仅严重影响着潮滩的生物多样性，而且造成河口航道淤积，滩涂养殖遭受破坏。

本研究基于文献信息，分析近十几年来互花米草的研究基况，了解相关的研究动态、研究主题与研究机构，了解互花米草的研究热点与前沿，阐述互花米草入侵造成的危害，并分析相关防控措施研究，为深入研究提供参考。

1 互花米草研究基况分析

1.1 基于CNKI文献计量的互花米草研究态势

通过查阅资料，以CNKI作为数据源，来源期刊选取SCI、EI、核心期刊、CSSCI和CSCD，2019年3月5日对2005—2018年发表的互花米草相关文献进行检索，得到530条研究案例。

由图1可以看出，2009—2011年为互花米草的研究高峰，其3年的文献量占文献总量的近30%，贡献最多的是南京大学与复旦大学。2012年后相关研究文献大幅度减少，并进入稳定状态，表明互花米草的研究趋于成熟。

1.2 基于CiteSpace分析的互花米草研究主题

利用CiteSpace对采集的信息进行聚类分析，从图2可以看出，围绕互花米草开展的研究有九大主题关键词，分别是互花米草、崇明东滩、入侵、滨海湿地、外来种、芦苇、沼气、红树林、活性炭，其中，2005—2008年，主要是研究互花米草的生物入侵、盐胁迫、种群特征、生物替代、厌氧发酵、芦苇、大型底栖动物；2009—2015年，主要是互花米草有关的化感扩散、厌氧消化、沼气、覆盖度变化、土壤有机碳变化等；2016—2018年主要研究互花米草入侵相关的遥感监测、植被覆盖度、影像、无人机、入侵机制、反硝化、土壤微生物、根际细菌、克隆苗等。

研究区域主要为崇明东滩、江苏海岸、闽江河口、长江河口、胶州湾、黄河三角洲，与互花米草研究相关的植物主要有芦苇、无瓣海桑、红树林、短叶茳芏。最终的研究目标是通过分析互花米草入侵对原生动植物与环境的影响，利用盐胁迫、持续淹水、化感等试验制定互花米草的防控措施，并通过研究其厌氧发酵开发其资源利用。

1.3 基于CiteSpace分析的互花米草研究机构

从地域上看，从事互花米草研究的机构主要分布于华东、华北、华南地区，福建、江苏、上海相关研究机构较为庞大(图3)，主要研究闽江河口、江苏海岸、崇明东滩、长江河口、胶州湾、黄河三角洲等地互花米草的入侵危害与防控。

福建地区，以福建师范大学地理科学学院为主，与福建师范大学地理研究所、福建师范大学亚热带湿地研究中心、福建师范大学环境科学与工程学院、福建闽江河口湿地国家级自然保护区管理处、中国科学院大学、中国科学院生态环境研究中心、华东师范大学生态与环境科学学院、湿润亚热带生态-地理过程省部共建教育部重点实验室等机构形成了庞大的合作研究网络。

江苏地区，以南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室为主，与南京大学地理与海洋科学学院、南京师范大学地理科学学院、南京农业大学国际资源与环境经济中心、中国科学院南京地理与湖泊研究所、中国科学院南京土壤研究所、盐城国家级珍禽自然保护区等机构构建了庞大的研究合作网络。

上海地区，主要是复旦大学和华东师范大学，其中，复旦大学以复旦大学环境科学与工程系为主，与南京农业大学工学院、江苏省农业科学院农业资源与环境研究所、南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室等机构合作密切；华东师范大学以华东师范大学河口海岸国家重点实验室为主。

从研究机构的性质看，主要是高校、科研院所与自然保护区等从事互花米草相关的研究；从合作机构的分布区域看，同一地域内相关机构合作较多，不同地域研究机构间合作较少。

1.4 基于CiteSpace分析的互花米草研究团队

互花米草研究过程中形成了许多研究团队，其中，比较大的团队有，以郑正为代表的南京大学团队，以仝川为代表的福建师范大学团队，以沈永明、王国祥为代表的南京师范大学团队(图4)。

不同团队形成的时期不同，2005年由沈永明、李加林和张忍顺等组成了稳定的互花米草研究团队，2010年之后，相关的合作团队日益增多，其中，2010—2014年，以郑正为核心，与陈广银、杨世关、张继彪、罗兴章、罗燕等组成了庞大的合作关系；以王国祥、刘金娥为核心，与任丽娟、徐伟伟、陈正勇等组成的合作团队；以及以仝川为核心，与黄佳芳、张林海、王维奇等组成的合作团队。2016年，由鲍毅新、任鹏、李海宏等组成了合作关系；金宝石、曾从盛、王维奇、闫鸿远等也开始有合作；2017年后，李博、杨骁互相合作；高会、孙志高、何涛组成合作关系。另外，南京大学的钦佩、安树青，华东师范大学的张利权，复旦大学的陈家宽等也拥有自己的研究团队，在互花米草相关研究领域具有重要影响。

1.5 基于高被引论文研究热点分析

通过分析互花米草研究排名前20高被引文章中的主要关键词(图5)，外来种和入侵种是主要的研究热点。作为全球环境变化重要因素之一的生物入侵已经引起世界广为关注，对互花米草的入侵性以及防控方面的研究成为一大热点。许多学者研究互花米草入侵对本地群落生物多样性与环境的影响，当前互花米草在沿海沼泽中已经占据优势，甚至取代了当地的原生植物，成功入侵的互花米草不仅改变植被的分布格局，降低水鸟的多样性，还改变大型底栖无脊椎动物群落的结构、改变土壤的理化性质，使生态系统的结构发生变化，最终导致系统的退化[1]。互花米草已经成为河口与滨海湿地主要的入侵植物，制定有效的防控措施是维护湿地健康稳定发展的的重要途径。

2 互花米草的危害

互花米草的生理生物特性决定了具有较强的扩散能力，由于其种群具备高遗传分化和基因渗入能力，种子抗逆性强，能够通过海水传播，并能进行跳跃式长距离扩散。互花米草生态幅较宽，对生境具有较强的适应能力，尤其对盐度的耐受较强，已经被许多研究所证实，互花米草可以忍耐3.2%的盐度，互花米草耐盐性较海三棱藨草高，互花米草为高大植物，蒸腾作用强烈，在蒸腾过程中伴随泌盐作用，能将体内一半的盐分泌出体外，增加相邻生境的土壤盐度，因而抑制了海三棱藨草向互花米草一侧的扩散和生长[2-3]。互花米草的入侵对土壤理化性质、植物群落结构以及底栖动物群落产生影响。徐晓军等[4]研究了崇明东滩互花米草中心区以及互花米草与海三棱藨草和芦苇交界区的底栖动物群落结构，发现中心区底栖动物密度及多样性均低于边缘区，底栖动物的优势种发生了改变。互花米草通过密集发达的根系抑制其他生物的生长，并抢占资源进行扩张，显著改变植被群落和动物群落组成，严重影响了食物源的多样性和滨海湿地食物网功能。互花米草的入侵对当地环境也产生了一系列的不良影响，布乃顺等[5]研究发现，互花米草入侵对长江河口湿地CH4排放有影响，显著增加了长江河口湿地CH4排放量,互花米草入侵至更厌氧的土壤环境可能会对CH4排放的影响程度更大。

胶州湾是互花米草入侵的重灾区，逐渐成为该区域内优势种，当潮水携带的泥沙进入互花米草群落后，受发达根系的阻挡，泥沙被沉积，逐年累积致使滩面不断淤高，导致胶州湾面积进一步缩小。受胶州湾填海以及互花米草群落等因素的影响，将会造成水岸区域水体动力减弱。互花米草的生长和泥沙的快速淤积，严重影响了潮沟和水道的畅通，阻碍了潮间带水的正常流动，泄洪能力降低，会造成洪水泛滥。同时，互花米草的入侵改变了原生环境，扰乱了生物的正常生长环境，严重破坏了当地生态系统的结构与功能，将导致生态系统的退化与功能的丧失，严重威胁区域生态安全和人民生命财产安全[6]。

互花米草的危害引起社会广泛的关注，1997年国际上专门召开了控制和利用这一恶性杂草的会议，针对外来物种入侵制定了40多项国际公约、协议和指南。欧美以及澳大利亚、新西兰等国家均开展了大规模的研究工作，科学家认为生物入侵是危害生物多样性的重要原因，被公认为是当前最棘手的环境问题之一[7]。互花米草的入侵不仅导致环境恶化，而且造成巨大的经济损失。据统计，美国、印度、南非三国每年因外来物种入侵造成的经济损失分别为1 500亿美元、1 300亿美元和800多亿美元。我国是受外来物种入侵影响最严重的国家之一，每年导致的损失超过574亿元人民币[8]。

3 互花米草的防治

随着入侵种互花米草对自然生态系统危害的加重，如何防治外来物种入侵成为是当前科技工作者面临的重要课题，也是各国政府亟待解决的重大问题。

近几年，互花米草的防治研究已经遍布亚洲、北美洲、欧洲和非洲，尤其以中国和美国居多，中国以福建和上海相关研究较多，美国的相关研究则主要集中在路易斯安那州和华盛顿州。国外以化学防治为主，无生物替代方面的研究。国内以物理防治为主，无生物天敌防治的研究。化学防治主要采用草甘膦、草铵膦、咪唑烟酸以及互花米草除控剂。只有草甘膦和咪唑烟酸被美国环保署允许在河口环境中使用[9-11]。

草甘膦目前已成为世界上应用最广、使用量最大的农药品种，美国环保署(EPA)将其列为第三类有毒物质(低毒性)。草甘膦比较容易被植物吸收，主要是通过破坏植物的代谢，诸如干扰细胞分裂、叶绿素合成，损害呼吸系统，危害蛋白质构建，以达到加速植株死亡的目的，使用草甘膦时，使用剂量为2.13 kg/hm2，63 d 后，幼苗死亡率达到95.4%以上，成熟米草受损率为25.0%。咪唑烟酸对互花米草具有较好的去除效果，主要通过阻止植物支链氨基酸的合成，抑制其生长。当用量为草甘膦的1/10 时，能达到与其同等的杀伤效果，使用剂量为0.11 kg/hm2时，幼苗死亡率为88%以上，成熟米草受损率为18.1%以上，咪唑烟酸在水体和沉积物中的残留遵循指数衰减，在水体和沉积物中的残留量远低于对水生动物致毒的剂量[12]。

区域性外来物种风险评价是目前国外用于防止外来物种入侵所用的一种方法，美国休斯顿大学环境学院通过建立的六条评价准则对克萨斯州东南部区域外来人侵物种进行了评价，并为政府提供了相应的防控措施建议，研究互花米草的生物防治，利用互花米草的天敌——光蝉进行试验。此外，澳大利亚建立了杂草风险评价系统，主要包括物种的分布区域、危害特征、生物学与生态学特征。

物理防治主要包括人工拔除、覆盖遮荫、刈割、火烧、水淹等措施，可制约互花米草呼吸或光合作用，促使植株死亡，属于环境友好型防治方法。适时的刈割与持续淹水可作为控制互花米草有性繁殖的有效措施。近期研究焦点已集中在植被生态替代、生物控制以及综合控制方面,我国南京大学盐生植物实验室和大丰新纪元海涂开发有限公司运用“地貌水文饰变促进生物替代”技术实现了芦苇替代互花米草，利用淡咸水轮换浇灌抑制互花米草的克隆生长和繁殖，提出适时施用化学药剂除草配合种植红树林的综合治理措施，即施用“滩涂米草除控剂”、甲嘧磺隆与泥下割草能有效防治互花米草，减缓互花米草的扩散蔓延[13-16]。

虽然国内外对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极强的入侵性和竞争力，依然缺乏控制其扩散的有效途径，应该对互花米草入侵的微观过程及其机理的深入了解，分析与其入侵相关联的生物因子与环境因子，采用综合的有效措施，进行全面的防控。

4 展望

外来入侵生物—互花米草的防控研究已经取得重大突破，相关的防控技术日益成熟，包括物理、化学及生物替代技术，互花米草对环境的危害逐渐得到一定程度的控制。未来还需要进行深入研究，在了解互花米草湿地系统元素循环特征的基础上，通过高精度、高准确度与高分辨率的互花米草入侵种与当地土著种以及环境信息的提取，主要包括了解入侵种与本地种的组织与营养结构特征、繁殖特性以及入侵种与本地种的邻里效应与环境响应特征等，从微观上探明互花米草入侵的准确的、详细的微观过程，揭示外来入侵物种互花米草的入侵机理，在此基础上，进行精准防控措施研究，从环境上阻断互花米草的蔓延渠道，从植物生理与机能上阻断其繁殖能力，进而逐步控制互花米草的扩繁。未来，充分利用互花米草使其变害为利也成为研究趋势，利用互花米草的污染吸附性能，可以进行污染治理。互花米草单位原料的干物质产气量比稻秸、麦秸、猪粪都要高，是生产沼气的好原料。互花米草中富含黄酮和多糖类成分，可以作为天然添加剂，用于研制互花米草护手霜、护肤霜、护肤凝胶、护肤乳液、洗发香波等一系列天然功能性化妆品。互花米草中的黄酮类物质具有抗炎、降血糖、降血脂和增强免疫力的作用，可以开发为“复合米草口服液”。互花米草生物矿质液具有丰富的营养元素和活性物质，可以开发为新型饲料添加剂，用于黄鳝饲料能够加快黄鳝生长速度[17-21]。进行互花米草的防治与利用并举研究，有利于促进外来入侵生物的深入防治与生态环境的健康发展。