胶州湾五河口互花米草群落扩展趋势及治理策略

张学峰 张春萌 陈长燕 廉洪朋 张 利 郭静静 辛 磊

（1 山东省林业监测规划院，山东 济南 250014；2 济南新绿豪设计有限公司，山东 济南 250010）

青岛市胶州湾是山东半岛南部面积最大的近海与海岸湿地资源，是东亚至澳大利亚候鸟迁徙线路上的重要驿站，蕴藏着丰富的生物多样性（王希明等, 2013）。胶州湾滩涂区域自上世纪末引种互花米草Spartina alterniflora以来，该群落出现了快速扩展的趋势。目前整个胶州湾滩涂不同程度分布着互花米草群落，其中河口区域分布最为集中。

互花米草是南京大学生物学教授钟崇信于1979年自美国引种的海滩绿化先锋植物，目的是为了保滩护岸、促淤造陆等。1980年移栽到福建省罗源县（仲维畅, 2006），现已分布于广东、广西、福建、上海、江苏、山东、河北、天津等地沿海，山东省渤海湾、胶州湾、黄河三角洲自然保护区分布着大面积互花米草群落（邓自发等, 2006; 左平等, 2009; 任广波等, 2014）。

互花米草原产美洲大西洋沿岸，是禾本科、米草属多年生草本植物，根由短而细的须根和根状茎组成，根系非常发达，布于地深可达300 cm（蒋福兴等, 1985）。植株茎秆坚韧、直立，杆径可达1 cm以上，杆高1～2 m（徐国万等, 1985）。互花米草耐盐可达3.5%、耐淹可达每日淹没8 h以上，其繁殖快，但相对不耐寒（徐国万等, 1985; 邓自发等, 2006）。从上世纪90年代，媒体开始出现质疑互花米草种植的报道，主要是因繁殖过快，质疑者担心互花米草会破坏了原有滩涂的生态系统，造成原生性生物多样性的灭绝（仲维畅, 2006）。2003年1月10日，国家环保总局与中国科学院联合发布第一批外来入侵物种名单，其中包括互花米草，认为该物种“威胁本土海岸生态系统，致使大片红树林消失。”

图1 2009年度五河口卫星影像Fig.1 Satellite imagery of Wuhekou in 2009

互花米草的生物学特征和生态学特性较为特殊，自引种以来众多学者对该植物研究数不胜数，利用卫星遥感技术对互花米草群落进行调查研究也有很多案例，但采用Google Earth历史影像对互花米草群落扩展的研究未见报道。本次研究调取2009-2107年Google Earth卫星影像(图1)，分析了胶州湾五河口区域互花米草群落扩展趋势，提出治理策略，给该区域的湿地保护和修复提供依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

胶州湾位于黄海中部、胶东半岛南岸，是山东省青岛市境内的半封闭海湾，南北长32 km，东西宽28 km，面积近500 km2。五河口位于胶州湾西岸，为胶州市和青岛西海岸新区交界，是洋河、巨洋河、错水河、龙泉河、仙人河五条河流交汇入海处。

图2 近年五河口互花米草扩展面积Fig.2 Chart of area of Spartina alterniflora community in Wuhekou in recent years

本次研究区以五河口外滩涂区域为主，包括洋河下游河道的部分区域，地理坐 标 东 经 120°03′37 " ～ 120°09′25 "， 北 纬36°05′27 " ～ 36°08′09 "， 面 积 约 10 km2。 该 区 为典型的河口淤泥质海岸特征，地貌平缓，比降为1‰～1.25‰（白伟明等, 2005），土壤有机质含量较高。

1.2 研究方法

本研究主要采用现状调查访问、查阅资料和卫星遥感判读技术，对区域卫星历史影像进行分析，并在统计不同年度互花米草群落扩展面积的基础上，对其扩展趋势进行预测。卫星历史影像采用Google Earth软件Timelapse数据。Google Earth是谷歌公司开发的虚拟地球软件，它把卫星照片和GIS布置在一个模拟地球的三维模型上，用户通过下载到电脑上的客户端软件，可以查阅全球各地的高清晰度卫星图片，借助软件功能测量距离和面积，是监测、研究、规划等工作最容易使用的软件之一。2016年11月30日，谷歌地球Timelapse功能更新了数据，能让用户通过卫星图片查阅1984年以来的地表变化，可以很容易地满足对地表景观30多年来变化的监测研究。

2 结果与分析

2.1 互花米草入侵

通过调取卫星历史影像发现，2009年五河口外滩涂区域出现零星的互花米草。该区域在这一期间没有人工引进该植物，可以断定是潮汐携带互花米草种子或植株在此繁衍。从图1点状分布情况看，属于一批种子繁殖的可能性较大。

因互花米草的高遗传分化和基因渗入能力，其种群具备快速扩展的遗传学基础，种子抗逆性强，可在海水浸泡3个月后萌发(邓自发等,2006)，该地出现的互花米草属于自然点源式扩散模式，这也佐证了互花米草的种子通过海水传播，可以实现跳跃式长距离扩散的结论(邓自发等,2006)。

2.2 互花米草群落扩展

选择2009、2010、2012、2015、2017年5个年度的Google Earth卫星影像。分别在每年度影像界面上，勾绘互花米草群落图斑，利用软件面积统计功能进行汇总，得出该年度互花米草群落面积，以此为基础进行分析研究。

通过各年度分布面积统计分析，发现五河口互花米草群落呈迅速扩展的趋势（图2）。究其原因，首先是该植物具有广盐性、强耐淹性、高抗低氧胁迫性的生物学特征。从种子繁殖方面，该植物穗粒数可达665粒，河口地区淡水中萌发率可达90%以上；从营养繁殖方面，每个单株每年增加千株以上新个体，克隆的群落斑块直径达2 m以上，4年后可达19 m（李加林, 2005; 邓自发, 2006）。

将不同年度互花米草分布区域进行叠加，得到互花米草扩展轨迹图（图3）。从图3可以看出，一是入侵从河口处开始，说明河口区域淡水有利于互花米草种子萌发；二是从一处入侵点快速扩展成片，是该物种种子繁殖和营养快速繁殖叠加的结果，致使群落面积呈爆发式扩展，2017年已经从滩涂扩展至河道内侧；三是互花米草群落在入侵初期呈点状分布，采用人工清除即可；到后期呈爆发式扩展后，人工清除难度加大。

图3 五河口互花米草范围扩展轨迹图Fig.3 The annual distribution areas of Spartina alterniflora community in Wuhekou

2.3 互花米草群落扩展预测

图4 五河口互花米草扩展理论数值推导图Fig.4 The theoretical forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou derived from calculation

图5 五河口互花米草扩展预测图Fig.5 Forecasted distribution area of Spartina alterniflora community in Wuhekou

根据5个年度互花米草群落面积统计，模拟群落自然扩展趋势，建立数学模型：y=1.692 6e0.5477x，计算到2020年互花米草群落扩展理论面积为1 210.35 hm2（图 4）。

考虑到海水深度等因素，五河口互花米草群落向水深处扩展的空间不大，导致在东西方向上受阻，未来几年主要沿海岸线向南北扩展，并向洋河河道内传播。通过图形扩展趋势预测分析，到2020年，如果没有人为干预，五河口区域互花米草群落分布面积可达500 hm2左右（图5)。

2.4 互花米草群落生态影响分析

五河口为裸露淤泥海滩，地貌平缓，海岸线进深至少1 km范围内都是互花米草的适生地区，加之河口湾区滩涂淤泥肥力较高，有利于营养繁殖，河口淡水补充更有利于种子繁殖（李加林等, 2005)，致使群落过快繁殖，对河口地区生态影响很大。

从生态学方面，互花米草具有促淤造陆、保滩护岸、抵御风暴潮的作用（徐国万等,1985;仲维畅,2006）。从景观学方面，五河口互花米草群落还有绿色景观的价值，当地管理部门在互花米草群落分布区域设置了木栈道，让游客欣赏不同于裸露泥质海滩的景观。互花米草对海滩生物量的影响较大，互花米草鲜生物量达30 t/hm2，群落可孕育多种底栖生物资源 ；但同时也侵占了滩涂贝类栖息地。从生物多样性来看，互花米草群落增加了部分鸟类栖息觅食环境，区域鸟类种群数量会有所增加，但也减少了当地贝类种群数量。从沉积过程来看，潮水携带的泥沙进入互花米草群落，因流速变缓而沉积下来，使滩面逐年淤高（李加林等, 2005），会导致胶州湾面积进一步缩小。与光滩相比，互花米草入侵增加了滩涂表层土壤活性有机碳含量，且随着入侵时间的延长显著增加。互花米草入侵还提高了河口湿地土壤酶活性，但并未改变酶活性随土壤深度增加而逐渐降低的分布规律(张晗冰等, 2006)。

目前，胶州湾填海等因素造成水体动力减弱，海湾内海水与大洋海水难以循环，每天只有1/3的海水被交换出海湾（林荣亮, 2012）。如果互花米草群落占据河口地区及浅海海滩，会加剧水岸区域水体动力减弱。

3 互花米草治理策略

我国多地进行过互花米草治理实践。厦门采用“物理+生物”的方法治理互花米草，采用物理翻耕后，再种植红树林，遏制互花米草的蔓延（万方浩等, 2001）。天津滨海区采用除草剂清除互花米草。华东师范大学张利权教授采用“刈割＋水位控制”的综合物理控制新技术，治理上海崇明东滩自然保护区互花米草蔓延。

李富荣等（2007）研究总结了互花米草治理技术：一是物理防治，包括人工拔除、覆盖抑制、刈割控制、火烧清除、围堰水淹等；二是化学防治，主要采用除草剂，但对滩涂环境造成污染；三是生物防治，采用生物天敌降低种子产量，抑制扩散。

总结以往治理经验，针对五河口区域湿地环境保护的要求，提出如下治理策略：①国家已将互花米草列入第一批外来入侵物种名单，虽然互花米草有许多经济价值和生态价值，但长远负作用明显，因此，对互花米草群落严防控制发展和积极清除是今后该区域湿地恢复工作的重点；②五河口互花米草已形成规模，清除的难度很大，可利用其饲料价值，采用结果前机械收割、加工利用的办法，控制群落进一步扩展；③互花米草富含BMT，具有增强机体免疫功能、强心、抗炎、耐缺氧等生理功能（冯秀玉等, 2011），江苏、福建等地居民在互花米草萌芽时挖新芽用作蔬菜的做法可大力推广（李加林,2005），可有效抑制互花米草群落的扩展。

4 结语

本文采用2009年以来5个年度互花米草群落扩展面积作为基本数据，对五河口互花米草群落消长进行分析预测，得出以下结论：①Google Earth软件具有强大的历史影像数据库，可以快速查询1984年以来的历史影像资料，还可以根据勾绘图斑计算面积，分析图斑消长变化，可广泛应用于森林、湿地、海洋、农田的调查、监测和研究；②胶州湾五河口区域互花米草为自然入侵，2009年面积仅3.61 hm2，8年间群落面积已扩展到215.45 hm2；③预测在没有人为干预的情况下，建立数学模型理论推导2020年互花米草群落面积可扩展到1 210.35 hm2，受多方面因素影响，通过地图扩展趋势预测群落面积可达500 hm2；④互花米草群落生态影响较为复杂，有一定的正面影响，负面影响更为明显。以机械收割作为饲料或在萌芽期摘芽作为蔬菜等利用办法可以控制互花米草群落的快速扩展。