膠州灣五河口互花米草群落擴展趨勢及治理策略

張學峰 張春萌 陳長燕 廉洪朋 張 利 郭靜靜 辛 磊

（1 山東省林業監測規劃院，山東 濟南 250014；2 濟南新綠豪設計有限公司，山東 濟南 250010）

青島市膠州灣是山東半島南部面積最大的近海與海岸濕地資源，是東亞至澳大利亞候鳥遷徙線路上的重要驛站，蘊藏著豐富的生物多樣性（王希明等, 2013）。膠州灣灘涂區域自上世紀末引種互花米草Spartina alterniflora以來，該群落出現了快速擴展的趨勢。目前整個膠州灣灘涂不同程度分布著互花米草群落，其中河口區域分布最為集中。

互花米草是南京大學生物學教授鐘崇信于1979年自美國引種的海灘綠化先鋒植物，目的是為了保灘護岸、促淤造陸等。1980年移栽到福建省羅源縣（仲維暢, 2006），現已分布于廣東、廣西、福建、上海、江蘇、山東、河北、天津等地沿海，山東省渤海灣、膠州灣、黃河三角洲自然保護區分布著大面積互花米草群落（鄧自發等, 2006; 左平等, 2009; 任廣波等, 2014）。

互花米草原產美洲大西洋沿岸，是禾本科、米草屬多年生草本植物，根由短而細的須根和根狀莖組成，根系非常發達，布于地深可達300 cm（蔣福興等, 1985）。植株莖稈堅韌、直立，桿徑可達1 cm以上，桿高1～2 m（徐國萬等, 1985）?；セ撞菽望}可達3.5%、耐淹可達每日淹沒8 h以上，其繁殖快，但相對不耐寒（徐國萬等, 1985; 鄧自發等, 2006）。從上世紀90年代，媒體開始出現質疑互花米草種植的報道，主要是因繁殖過快，質疑者擔心互花米草會破壞了原有灘涂的生態系統，造成原生性生物多樣性的滅絕（仲維暢, 2006）。2003年1月10日，國家環?？偩峙c中國科學院聯合發布第一批外來入侵物種名單，其中包括互花米草，認為該物種“威脅本土海岸生態系統，致使大片紅樹林消失?！?/p>

圖1 2009年度五河口衛星影像Fig.1 Satellite imagery of Wuhekou in 2009

互花米草的生物學特征和生態學特性較為特殊，自引種以來眾多學者對該植物研究數不勝數，利用衛星遙感技術對互花米草群落進行調查研究也有很多案例，但采用Google Earth歷史影像對互花米草群落擴展的研究未見報道。本次研究調取2009-2107年Google Earth衛星影像(圖1)，分析了膠州灣五河口區域互花米草群落擴展趨勢，提出治理策略，給該區域的濕地保護和修復提供依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

膠州灣位于黃海中部、膠東半島南岸，是山東省青島市境內的半封閉海灣，南北長32 km，東西寬28 km，面積近500 km2。五河口位于膠州灣西岸，為膠州市和青島西海岸新區交界，是洋河、巨洋河、錯水河、龍泉河、仙人河五條河流交匯入海處。

圖2 近年五河口互花米草擴展面積Fig.2 Chart of area of Spartina alterniflora community in Wuhekou in recent years

本次研究區以五河口外灘涂區域為主，包括洋河下游河道的部分區域，地理坐 標 東 經 120°03′37 " ～ 120°09′25 "， 北 緯36°05′27 " ～ 36°08′09 "， 面 積 約 10 km2。 該 區 為典型的河口淤泥質海岸特征，地貌平緩，比降為1‰～1.25‰（白偉明等, 2005），土壤有機質含量較高。

1.2 研究方法

本研究主要采用現狀調查訪問、查閱資料和衛星遙感判讀技術，對區域衛星歷史影像進行分析，并在統計不同年度互花米草群落擴展面積的基礎上，對其擴展趨勢進行預測。衛星歷史影像采用Google Earth軟件Timelapse數據。Google Earth是谷歌公司開發的虛擬地球軟件，它把衛星照片和GIS布置在一個模擬地球的三維模型上，用戶通過下載到電腦上的客戶端軟件，可以查閱全球各地的高清晰度衛星圖片，借助軟件功能測量距離和面積，是監測、研究、規劃等工作最容易使用的軟件之一。2016年11月30日，谷歌地球Timelapse功能更新了數據，能讓用戶通過衛星圖片查閱1984年以來的地表變化，可以很容易地滿足對地表景觀30多年來變化的監測研究。

2 結果與分析

2.1 互花米草入侵

通過調取衛星歷史影像發現，2009年五河口外灘涂區域出現零星的互花米草。該區域在這一期間沒有人工引進該植物，可以斷定是潮汐攜帶互花米草種子或植株在此繁衍。從圖1點狀分布情況看，屬于一批種子繁殖的可能性較大。

因互花米草的高遺傳分化和基因滲入能力，其種群具備快速擴展的遺傳學基礎，種子抗逆性強，可在海水浸泡3個月后萌發(鄧自發等,2006)，該地出現的互花米草屬于自然點源式擴散模式，這也佐證了互花米草的種子通過海水傳播，可以實現跳躍式長距離擴散的結論(鄧自發等,2006)。

2.2 互花米草群落擴展

選擇2009、2010、2012、2015、2017年5個年度的Google Earth衛星影像。分別在每年度影像界面上，勾繪互花米草群落圖斑，利用軟件面積統計功能進行匯總，得出該年度互花米草群落面積，以此為基礎進行分析研究。

通過各年度分布面積統計分析，發現五河口互花米草群落呈迅速擴展的趨勢（圖2）。究其原因，首先是該植物具有廣鹽性、強耐淹性、高抗低氧脅迫性的生物學特征。從種子繁殖方面，該植物穗粒數可達665粒，河口地區淡水中萌發率可達90%以上；從營養繁殖方面，每個單株每年增加千株以上新個體，克隆的群落斑塊直徑達2 m以上，4年后可達19 m（李加林, 2005; 鄧自發, 2006）。

將不同年度互花米草分布區域進行疊加，得到互花米草擴展軌跡圖（圖3）。從圖3可以看出，一是入侵從河口處開始，說明河口區域淡水有利于互花米草種子萌發；二是從一處入侵點快速擴展成片，是該物種種子繁殖和營養快速繁殖疊加的結果，致使群落面積呈爆發式擴展，2017年已經從灘涂擴展至河道內側；三是互花米草群落在入侵初期呈點狀分布，采用人工清除即可；到后期呈爆發式擴展后，人工清除難度加大。

圖3 五河口互花米草范圍擴展軌跡圖Fig.3 The annual distribution areas of Spartina alterniflora community in Wuhekou

2.3 互花米草群落擴展預測

圖4 五河口互花米草擴展理論數值推導圖Fig.4 The theoretical forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou derived from calculation

圖5 五河口互花米草擴展預測圖Fig.5 Forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou

根據5個年度互花米草群落面積統計，模擬群落自然擴展趨勢，建立數學模型：y=1.692 6e0.5477x，計算到2020年互花米草群落擴展理論面積為1 210.35 hm2（圖 4）。

考慮到海水深度等因素，五河口互花米草群落向水深處擴展的空間不大，導致在東西方向上受阻，未來幾年主要沿海岸線向南北擴展，并向洋河河道內傳播。通過圖形擴展趨勢預測分析，到2020年，如果沒有人為干預，五河口區域互花米草群落分布面積可達500 hm2左右（圖5)。

2.4 互花米草群落生態影響分析

五河口為裸露淤泥海灘，地貌平緩，海岸線進深至少1 km范圍內都是互花米草的適生地區，加之河口灣區灘涂淤泥肥力較高，有利于營養繁殖，河口淡水補充更有利于種子繁殖（李加林等, 2005)，致使群落過快繁殖，對河口地區生態影響很大。

從生態學方面，互花米草具有促淤造陸、保灘護岸、抵御風暴潮的作用（徐國萬等,1985;仲維暢,2006）。從景觀學方面，五河口互花米草群落還有綠色景觀的價值，當地管理部門在互花米草群落分布區域設置了木棧道，讓游客欣賞不同于裸露泥質海灘的景觀。互花米草對海灘生物量的影響較大，互花米草鮮生物量達30 t/hm2，群落可孕育多種底棲生物資源 ；但同時也侵占了灘涂貝類棲息地。從生物多樣性來看，互花米草群落增加了部分鳥類棲息覓食環境，區域鳥類種群數量會有所增加，但也減少了當地貝類種群數量。從沉積過程來看，潮水攜帶的泥沙進入互花米草群落，因流速變緩而沉積下來，使灘面逐年淤高（李加林等, 2005），會導致膠州灣面積進一步縮小。與光灘相比，互花米草入侵增加了灘涂表層土壤活性有機碳含量，且隨著入侵時間的延長顯著增加?；セ撞萑肭诌€提高了河口濕地土壤酶活性，但并未改變酶活性隨土壤深度增加而逐漸降低的分布規律(張晗冰等, 2006)。

目前，膠州灣填海等因素造成水體動力減弱，海灣內海水與大洋海水難以循環，每天只有1/3的海水被交換出海灣（林榮亮, 2012）。如果互花米草群落占據河口地區及淺海海灘，會加劇水岸區域水體動力減弱。

3 互花米草治理策略

我國多地進行過互花米草治理實踐。廈門采用“物理+生物”的方法治理互花米草，采用物理翻耕后，再種植紅樹林，遏制互花米草的蔓延（萬方浩等, 2001）。天津濱海區采用除草劑清除互花米草。華東師范大學張利權教授采用“刈割＋水位控制”的綜合物理控制新技術，治理上海崇明東灘自然保護區互花米草蔓延。

李富榮等（2007）研究總結了互花米草治理技術：一是物理防治，包括人工拔除、覆蓋抑制、刈割控制、火燒清除、圍堰水淹等；二是化學防治，主要采用除草劑，但對灘涂環境造成污染；三是生物防治，采用生物天敵降低種子產量，抑制擴散。

總結以往治理經驗，針對五河口區域濕地環境保護的要求，提出如下治理策略：①國家已將互花米草列入第一批外來入侵物種名單，雖然互花米草有許多經濟價值和生態價值，但長遠負作用明顯，因此，對互花米草群落嚴防控制發展和積極清除是今后該區域濕地恢復工作的重點；②五河口互花米草已形成規模，清除的難度很大，可利用其飼料價值，采用結果前機械收割、加工利用的辦法，控制群落進一步擴展；③互花米草富含BMT，具有增強機體免疫功能、強心、抗炎、耐缺氧等生理功能（馮秀玉等, 2011），江蘇、福建等地居民在互花米草萌芽時挖新芽用作蔬菜的做法可大力推廣（李加林,2005），可有效抑制互花米草群落的擴展。

4 結語

本文采用2009年以來5個年度互花米草群落擴展面積作為基本數據，對五河口互花米草群落消長進行分析預測，得出以下結論：①Google Earth軟件具有強大的歷史影像數據庫，可以快速查詢1984年以來的歷史影像資料，還可以根據勾繪圖斑計算面積，分析圖斑消長變化，可廣泛應用于森林、濕地、海洋、農田的調查、監測和研究；②膠州灣五河口區域互花米草為自然入侵，2009年面積僅3.61 hm2，8年間群落面積已擴展到215.45 hm2；③預測在沒有人為干預的情況下，建立數學模型理論推導2020年互花米草群落面積可擴展到1 210.35 hm2，受多方面因素影響，通過地圖擴展趨勢預測群落面積可達500 hm2；④互花米草群落生態影響較為復雜，有一定的正面影響，負面影響更為明顯。以機械收割作為飼料或在萌芽期摘芽作為蔬菜等利用辦法可以控制互花米草群落的快速擴展。