2. 福建农林大学植物保护学院, 福州 350002;
3. 福建省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所, 福建省农产品质量安全重点实验室, 福州 350001
2. College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China;
3. Fujian Key Laboratory of Agro-Products Quality and Safety, Fujian Key Laboratory of Agro-products Quality & Safety, Institute of Quality Standards & Testing Technology for Agro-Products, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350001, China
生物入侵已经成为威胁我国本土生物多样性与生态环境的重要因素之一,而且随着全球经济、国际贸易、旅游业以及交通运输业的快速发展和增长而不断加剧[1]。据报道,我国外来入侵生物有667种,每年给我国造成的总经济损失高达1 000亿元。入侵物种种类、分布及其生物属性等调查研究是制定入侵物种防治和管理的基础[2-3]。我国外来入侵物种以植物种类最多,有368种[4-5], 入侵植物不仅会改变当地生态系统和景观、导致生物多样性下降, 对入侵当地农林牧渔及相关产业造成严重影响,甚至会危害人类健康和社会经济发展[6]。
农田生态系统与人类活动关系最为密切,也最容易遭受入侵植物的影响[7]。福建省位于中国东南沿海,是中国大陆重要的出海口,也是外来入侵植物危害最为严重的省区之一[8-9]。徐海根等系统整理了中国外来入侵生物的种类、起源、分布及生境类型等编目信息[4],描述了入侵植物在大尺度的省市水平分布情况,而在福建省县区小尺度上的分布暂无记录。目前,对福建省入侵植物种类报道各不相同。2008年,罗明永分析了福建省30种外来入侵植物的分布、特性和危害状况[10];2009年,杨坚等初步认定福建省外来入侵植物约有29科73种[11]。强胜等[12]报道福建省农业生态系统外来入侵物种有107种(包括植物、动物和微生物),但并未明确具体入侵植物种类,而关于福建省农田生态系统入侵植物的种类及分布等基本情况尚无报道。鉴于此,本研究对福建省农田生态系统外来入侵植物的种类、分布和生物学特性等开展为期2年的实地调查,明确外来入侵植物的种类和分布等,分析福建省农田生态系统入侵植物的原产地、生活型和入侵性等,为农田生态系统入侵植物的管理与防控提供科学参考和依据。
1 研究区域概况和方法 1.1 研究区域概况福建省地处中国东南部、东海之滨,陆域介于23°33′~28°20′ N、115°50′~120°40′ E之间,全省陆域面积1.24×105 km2。气候属亚热带海洋性季风气候,温暖湿润,雨量充沛,光照充足,年平均气温17℃~21℃,平均降雨量1 400~2 000 mm[13]。福建省境内山地、丘陵占全省总面积的80%以上,素有“八山一水一分田”之称;耕地面积仅占总土地面积的10.64%[14],其中农作物种植面积1.62×106 hm2, 主要种植稻谷、薯类、豆类、蔬菜、水果和茶叶等[15]。
1.2 入侵植物种类的确定主要根据国家环境保护总局公布的4批中国外来入侵物种名单[16-19]、农业部公布的《国家重点管理外来入侵物种名录》(第一批)[20]、中国外来入侵物种信息系统(http://www.iplant.cn/ias/protlist)以及专著《农业重大外来入侵生物》[21]、《中国入侵植物名录》[22]和《生物入侵:中国外来入侵植物图鉴》[23]确定外来入侵植物种类,对每个物种进行准确鉴定,并对其拉丁学名、科属、原产地和生活型进行严格考证,排除目前尚存在争议的种类。
1.3 调查方法于2016年9月至2018年9月,以福建省道路交通网络系统(高速、国道、省道、铁路)主要干道、交叉道路1 km范围内的农田生态系统为主要调查点,每调查点间隔距离为30~50 km,共设置调查样点共129个(图 1)。农田类型主要包括旱地(玉米、大豆、花生、薯类、烟叶等旱作作物田)、果园(主要有芒果、龙眼、荔枝、柑橘类等)、菜田、茶园及水田(主要为水稻田),分别设置调查样点86、32、29、13和13个(每调查样点存在不同的农田类型, 故农田类型样点数大于设置调查样点数)。采用样线法,每样点取6条10 m样线,在样线两侧1 m范围内调查记录入侵植物的种类、生境类型、经纬度(GPS信息)等信息。
利用地理信息系统软件ArcGIS 10.2绘制福建省外来入侵植物地级市水平的分布图和入侵等级图。中国外来入侵物种划分为5个等级,恶性入侵(1级):已经对国家经济或生态环境造成巨大损失与严重影响,且入侵范围超过1个以上自然地理区域的物种;严重入侵(2级):对国家经济和生态环境造成较大损失或明显影响,且至少在1个以上自然地理区域分布的物种;局部入侵(3级):在1个或1个以上自然地理区域分布并造成局部危害,但目前没有造成大规模危害的物种;一般入侵(4级):根据其生物生态学特性已经确定其危害不大或不明显, 且难以形成新的入侵发展趋势的物种;有待观察类(5级):主要是一些出现时间短或最新报道的、目前了解不深入而无法确定未来发展趋势的物种[24]。
参考岳茂峰等[25]的描述,根据分布区域将福建省入侵植物划分为4个分布类型,全域分布种:在9个地市均有分布;广域分布种:6~8个地市有分布;局域分布种:3~5个地市有分布;窄域分布种:1~2个地市有分布。根据农田类型将入侵植物分为4个分布类型,全域分布种:在5种农田类型中均有分布;广域分布种:3~4种农田类型中有分布; 局域分布种:2种农田类型中有分布;窄域分布种:仅在1种农田类型中有分布。
2 结果和分析 2.1 入侵植物种类组成根据调查,初步确定福建省9个地级市60个县(市、区)的农田生态系统中外来入侵植物有79种,隶属于30科65属(表 1),其中,以菊科(Asteraceae)种数最多,有22种,占总种数的27.85%;其次是苋科(Amaranthaceae)有7种(8.86%);豆科(Leguminosae)、禾本科(Gramineae)、旋花科(Convolvulaceae)和大戟科(Euphorbiaceae),均为5种(6.33%),十字花科(Cruciferae)有3种,以上7科共52种,占总种数的65.82%,是福建省外来入侵植物的主要物种; 另有4科各有2种,其余19科仅有1种(表 2)。
在物种属的组成上,苋属(Amaranthus)的物种数最多,为5种,大戟属(Euphorbia)有4种;番薯属(Ipomoea)、飞蓬属(Erigeron)、鬼针草属(Bidens)、含羞草属(Mimosa)、藿香蓟属(Ageratum)、牵牛属(Pharbitis)和泽兰属(Eupatorium)各有2种,其他56属均为1种。
2.2 入侵植物的生活型对福建省农田生态系统外来入侵植物的生活型进行分析,结果表明, 草本植物有68种,占总种数的86.08%,其中一/二年生草本植物42种,所占比例最高,为53.16%;多年生草本植物有26种,占32.91%;藤本植物7种(8.86%),亚灌木和灌木各有2种(2.53%)。
2.3 入侵植物的原产地福建省农田生态系统中79种外来入侵植物的原产地频次共计84次(其中5物种原产于多个洲, 重复计数)(表 1)。原产于美洲的种类最多,为59频次,占总种数的70.24%;原产于欧洲的9频次(占10.71%); 原产于亚洲和非洲的均为8频次(分别占10.91%)。
福建省农田生态系统中的外来入侵植物以起源于美洲的比例最高,其中漳州市农田生态系统中84.21%的外来入侵植物来源于美洲;原产于非洲的入侵植物占5.26%~11.63%;原产于欧洲的入侵植物占3.33%~17.39%;原产于亚洲的入侵植物占3.92%~13.04% (图 2)。
在79种入侵植物中,入侵等级为恶性入侵(1级)的有9科22种,占总种数的27.85%;严重入侵(2级)的有13科22种(占27.85%);局部入侵(3级)的有7科9种(占11.39%);一般入侵(4级)的有14科18种(占22.78%)和有待观察的(5级)有7科8种(占10.13%)(表 1)。在1级恶性入侵植物中, 菊科11种, 苋科3种,旋花科2种,其他6科各1种; 2级严重入侵植物中,菊科4种,豆科和苋科各3种, 禾本科和旋花科各2种;3级局部入侵植物中,大戟科3种, 其他科各1种;4级一般入侵植物中,菊科4种,十字花科2种;5级具有潜在危害的有待观察类入侵植物中,菊科2种,其他科各1种(图 2)。
2.5 入侵植物的分布格局和分布类型外来入侵植物在福州市农田生态系统中的分布最集中、种类最丰富,共调查到52种;其次是厦门市50种;龙岩市、宁德市、泉州市、三明市、漳州市和南平市分别为43、42、41、39、38和37种;莆田市农田生态系统中入侵植物种类最少,为28种。不同农田类型中,以旱地的入侵植物种类最多,有74种;其次是果园,有54种;菜田有44种; 水田和茶园的较少,分别为28和25种(图 3)。
从分布区域看,在全省9个地市均有分布的全域分布种有13种,占总种数的16.46%,包括藿香蓟、小蓬草、空心莲子草、假臭草、反枝苋、野茼蒿、马缨丹、红花酢浆草、鳢肠、鬼针草、垂序商陆、飞扬草、钻叶紫菀;广域分布种为18种,占总种数的22.78%,包括白花鬼针草、南美蟛蜞菊、臭荠、黄花稔、田野水苏、土荆芥、小叶冷水花、熊耳草、青葙、猪屎豆、野甘草、牛膝菊、裸柱菊、刺苋、凹头苋、皱果苋、三裂叶薯、鹅肠菜;局域分布种和窄域分布种分别有22和26种,占总种数的27.85%和32.91%,局域分布的有银胶菊、含羞草、红毛草、南欧大戟、水茄、毛马齿苋、吊竹梅、长春花、菊芋、蓖麻、荠、落葵薯、棕叶狗尾草、裂叶牵牛、茑萝、匍匐大戟、颠茄、赛葵、阿拉伯婆婆纳、紫茉莉、凤眼蓝、草龙,窄域分布的有飞机草、豚草、秋英、翼茎阔苞菊、北美苋、白车轴草、互花米草、野燕麦、土人参、猫爪藤、凤仙花、穿叶异檐花、加拿大一枝黄花、一年蓬、春飞蓬、苦苣菜、巴西含羞草、草木犀、丝毛雀稗、五爪金龙、圆叶牵牛、通奶草、北美独行菜、大薸、野老鹳草、落地生根。
从农田类型看,在6种农田类型中均有分布的全域分布种有11种,占总种数的13.92%,包括鬼针草、藿香蓟、假臭草、小蓬草、钻叶紫菀、野茼蒿、鳢肠、空心莲子草、皱果苋、马缨丹、红花酢浆草;广域分布种和局域分布种分别有34和18种,分别占总种数的43.04%和22.78%,广域分布的有白花鬼针草、豚草、银胶菊、南美蟛蜞菊、牛膝菊、熊耳草、裸柱菊、刺苋、反枝苋、凹头苋、青葙、猪屎豆、草木犀、红毛草、裂叶牵牛、三裂叶薯、茑萝、蓖麻、飞扬草、匍匐大戟、荠、颠茄、毛马齿苋、赛葵、黄花稔、野甘草、阿拉伯婆婆纳、田野水苏、紫茉莉、土荆芥、落葵薯、垂序商陆、鹅肠菜、小叶冷水花;局域分布的有加拿大一枝黄花、春飞蓬、苦苣菜、翼茎阔苞菊、巴西含羞草、含羞草、白车轴草、互花米草、野燕麦、丝毛雀稗、棕叶狗尾草、圆叶牵牛、南欧大戟、北美独行菜、臭荠、水茄、野老鹳草、穿叶异檐花;窄域分布种16种,占总种数的20.25%,包括飞机草、菊芋、秋英、五爪金龙、通奶草、北美苋、土人参、吊竹梅、猫爪藤、长春花、草龙、凤仙花、一年蓬、落地生根、大薸、凤眼蓝。
3 结论和讨论本研究调查表明,福建省仅农田生态系统的外来入侵植物已达30科65属79种,比罗明永[10]和杨坚[11]报道的种类多。福建省适宜的自然条件为外来入侵植物的生长繁殖提供了良好环境,加之近年来全球化贸易的繁荣推进和交通、旅游业的快速发展,对外交流不断扩大,为外来植物的入侵提供了便利的通道,导致入侵植物的种类和数量增加,入侵现象日益严重。在调查的入侵植物中,以菊科植物种类最多,可能是因为菊科植物的种子数量大、具冠毛、易于传播等,导致其分布范围广,产生危害大[26]。
福建省农田生态系统的外来入侵植物以草本植物种类最多,高达68种,占总种数的86.08%, 尤其是一年或二年生草本植物有42种,这可能是其生长周期短、种子数量多、繁殖速度快且适应性强,在入侵过程中更具优势[27]。从入侵植物原产地来看,原产于美洲地区的植物种类远高于原产非洲、欧洲和亚洲的。福建省地处亚热带海洋性季风气候区,与热带美洲、非洲等热带或亚热带地区的气候有一定的相似性,为入侵植物提供了适宜的生长环境。从入侵等级来看,恶性入侵(1级)的物种有9科22种,2级严重入侵植物22种,应加强其动态监控和防控,降低其危害程度[28]。3级局部入侵、4级一般入侵和5级有待观察类分别占11.39%、22.78%和10.13%,虽然尚未对入侵地造成严重危害,但是入侵植物的入侵机制非常复杂,其某些特性可以随生长环境的改变而进化[29],对弱入侵性植物要做好潜在入侵植物的风险分析与预警,防患于未然。
从分布格局来看,福州市和厦门市农田生态系统中的外来入侵植物种类最多,说明作为重要沿海港口,经济发达、交通便利以及高强度的人类活动促进了入侵植物的迅速扩张和蔓延[9, 30]。调查还发现,入侵植物的分布具有明显的地理特征,广域分布种白花鬼针草和局域分布种银胶菊在福建南部(如漳州、厦门等)的农田生态系统中发生较重;窄域分布种豚草在龙岩地区大量发生;互花米草主要分布于宁德等沿海滩涂。不同类型的农田中,以旱地中的入侵植物种数最多,水田和茶园的物种数较少,这可能与种植面积和生境特点有关,旱地作物田常年种植农作物,适应的土壤、肥力等条件为入侵植物的生长提供了有利环境,而水田和茶园的特殊生境决定其入侵植物种类数量偏少[12]。按分布区域划分的全域分布种有13种,其中8种为1级恶性入侵物种,按农田类型划分的全域分布种中有8种也属于1级恶性入侵物种,且在全省各地区分布并定殖,严重威胁农田生态系统的生物多样性[31-33]。
福建省农田生态系统尤其是旱地作物田中外来入侵植物种类繁多,恶性入侵(1级)和严重入侵植物(2级)占入侵植物总数的比例较高,对我省农田作物造成极大威胁,因此,在外来入侵植物的防控中可以从以下3个方面入手:一是继续开展入侵植物的踏查工作,同时对其生物学特性、种群数量、分布面积、危害程度及扩散潜力等开展进一步的研究与分析,为农田生态系统入侵植物的防控提供基础参考;二是要重点关注源头的控制,尤其是来自美洲的外来植物,加强口岸和自贸区等关键区域的检验检疫和外来植物的疫情监测与防控,尽可能避免无意传入并扩散;同时,相关部门应该加强对入侵植物的多样性与格局、入侵机制及管理与控制等开展深入研究,为入侵植物的预警预防和科学治理提供参考,以保护农田生态系统的生物多样性和生态安全。
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