广州市花都区豚草种群监测调查

第三届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品广州市花都区豚草种群监测调查*基金项目：科技部基础专项“中国外来入侵物种及其安全性考察”(4200-A07054)， 广东省2009年植物防疫检疫科研专项资金(4400-F09044), 华南农业大学大学生科技创新项目（LX21017）.作者简介：周伟（1989），男，湖南益阳人，林学专业，本科生，E-mail：#通讯作者：庄雪影（1961），女，博士，教授，植物学专业，E-mail：.周伟 徐瑞晶 赵倩 谢亚利 庄雪影#（华南农业大学林学院,中国广州510642）摘要：豚草是近年才发现入侵广州市的外来入侵植物。对广州市花都区的一个野外种群进行了一年的生物学特性和种群监测。结果表明，大部分豚草为一年生植物，但也有少量个体冬季不枯死，能成功越冬，表现出两年生的习性。总体来看，广州花都区的豚草种群适应性强，花量大，花期长，扩散能力强，存在大面积爆发的可能。因此，加强对广州市豚草的防控措施迫在眉睫。关键词：豚草 种群 入侵风险 广州中图分类号：S451Monitoring of the invasive population of Ambrosia artemisiifolia in GuangzhouZhou Wei, Xu Ruijing, Zhao Qian, Xie Yali, Zhuang Xueying(College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: Ambrosia artemisiifolia is recently reported at Huadu District of Guangzhou City. The population structure and community diversity were monitored for one year. The result showed that most individuals of Ambrosia artemisiifolia died after flowering and fruiting in winter, but some individuals could successfully keep alive over winter and exhibit biennial habit. Ambrosia artemisiifolia has large amount of inflorescence and bloom for almost whole year. It has strong adaptation and high invasive potential risk in Guangzhou. It is urgently required to efficient control this invasive exotive plant. Key words: Ambrosia artemisiifolia, population, invasion risk, Guangzhou 生物入侵是指生物由原来生存地经自然或人为的途径传播到另一新环境，对入侵地的生物多样性、农林牧渔业以及人类健康造成经济损失或生态灾难的过程1。目前，我国已记录入侵物种283种，其中入侵植物188种2。广东省现有外来入侵植物 93种 ,隶属于27科 72属3，是我国外来物种种类数量最多的省份之一。在国家环保总局公布的首批9种外来入侵植物中，豚草（Ambrosia artemisiifolia）、薇甘菊(Mikania micrantha)、凤眼莲(Eichohornia crassipes)、互花米草 (Spatina 4“丁颖杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品alternifolia)、飞机草(Eupatorium odoratum)、假高梁(Sorghum halepense)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)等7种在广东省有分布。豚草为菊科一年生植物。原产于北美地区，是世界上公认的有害杂草，目前，在除非洲以外的许多地区均分布4-5。该种于20世纪30年代传入中国6，现在我国湖北、江苏、湖南、江西、山东、河北、黑龙江、吉林、辽宁、安徽、浙江、上海等省市有分布7。 2003年，曾宪锋首次报道了广东省揭阳市东山区有豚草8。20072008年广东韶关、梅州等地发现大量豚草的分布811。如在梅州市104个镇中，目前已有31个镇260个村发现了豚草。广州市花都区于2008年首次发现豚草。为了了解和评价豚草在广东省的入侵风险，有效控制广州市及其邻近地区豚草的蔓延，本项目组于2008-2010年开展了对广东省广州市花都区豚草种群进行定点监测调查。本文是过去1年对花都区1个主要豚草种群的监测研究结果，拟为广东省豚草的防控提供参考。1 研究方法1.1 研究地自然概况广州市花都区（231457233718N ,1125707 1132810E）位于广州市北部，具亚热带季风气候。全年气候温暖，年平均气温21.7，最冷月（1月）平均气温13.1，最热月（8月）平均气温28.6。雨量充沛，年降水量达1500 mm以上。1.2 调查方法在花都区石陂村附近沿公路两旁绿地豚草比较丰富的地段，分别设置3-5个面积为1*1的小样方。在样方内，记录所有维管植物的种类、分布密度以及豚草的生长情况（株高、开花、死亡情况等）。根据株高分成3个等级：I级：高度H0.3 m; II级：0.3 mH 1.0 m; III级：H1 m。1.3 多样性指数和均匀度计算公式 1.3.1 物种丰富度 物种丰富度（S）是指组成群落物种的数目。1.3.2 物种多样性指数（Shannon-Weiner Index，H）H= 12 Pi 属于物种i的全部个体中的比例；S为物种数目；H为多样性指数11。1.3.3 物种均匀度 E=H/lnS E为均匀度；S为物种数目；H为物种多样性指数。2 结果2.1 广州花都区豚草种群的物候特性花都区豚草主要分布在公路主干道两旁5-10 m的丢荒绿地及丢废的中央绿化隔离带。由于缺乏管理，豚草种群的面积和密度逐年增加。抽样调查结果表明，最高的豚草高度达2 m，枝叶繁茂，成熟的豚草能产生许多花序轴，平均每个雄花序轴约有28（2049）个，直径45mm的头状花序；平均1个头状花序有36束（2749）雄花；雌花序头状，通常簇生，少数单生叶腋或生于雄花序轴下部，或与雄花序相间着生。有的豚草雌花序可多达95个，平均每个雌花序有15（725）粒种子。从3月到12月，花都的豚草种群均可见到含花序的植株，盛花期在夏季，冬季结果。大多数植株在果后会死亡，但有部分秋冬季萌生的植株成功越冬。2009年3月记录了1株成功越冬的植株高达2 m,基径达2 cm。2010年3月调察时发现大量越冬植株，包括10余株已出现大量花蕾的成熟个体。2.2 广州花都区豚草群落植物丰富度及多样性变化据2009年5月至2010年5月的持续调查结果，在豚草样方中共记录了36种维管植物（表1），多为草本植物。其中，15种为外来种，21种为本地种。除豚草和水蔗草一年四季均出现外，其余种类均呈季节性变化。从植物组成来看，菊科植物最为丰富，其次为禾本科。表1 广州市花都区不同季节出现在豚草群落的植物种类序号中文名学名2009年5月2009年9月2009年12月2010年3月2010年5月1铁苋菜Acalypha australis-+2*空心莲子草Alternanthera sessilis-+3*豚草Ambrosia artemisiifolia+4水蔗草Apluda mutica+5*钻形紫苑Aster subulatus+-6*鬼针草Bidens pilosa-+7*薏苡Coix lacryma-jobi-+-8*香膏萼距花Cuphea alsamona-+9一点红Emilia sonchifolia+-10*加拿大蓬Erigeron canadensis+-+11*假臭草Eupatorium catarium-+-12白花蛇舌草Hedyotis diffusa-+13白茅Imperata cylindrica+-14*五爪金龙Ipomoea cairica-+-15野苦荬Ixeris polycephala-+16水蜈蚣Kyllinga brevifolia+-17野莴苣Lactuca seriola-+-18*马缨丹Lantana camara-+-+-19类芦Neyraudia reynaudiana+-20*酢浆草Oxalis corniculata-+21鸡矢藤Paederia scandens-+-22铺地黍Panicum repens-+23*两耳草Paspalum conjugatum-+-24雾水葛Pouzolzia zeylanica-+-25*红毛草Rhynchelytrum repens-+-26酸模Rumex acetosa-+-27狗尾草Setaria viridis-+28黄花稔Sida acuta-+29豨莶Siegesbeckia orientalis+-20少花龙葵Solanum americanum-+31苣荬菜Sonchus arvensis+-+-32*金纽扣Spillanthes panicumbens-+-33繁缕Stellaria media-+34肖梵天花Urena lobata-+-35蟛蜞菊Wedelia chinensis+-36*三裂蟛蜞菊Wedelia trilobata+-种数合计12652015注：+：出现 -：未出现 *：入侵物种ba从图1（a）可见，调查群落的物种丰富度在春季和夏季比较丰富，秋冬季较低。在春夏季，许多草本植物开始萌芽生长，因此群落的物种丰富度较高。随着植物个体的生长，特别是豚草个体的迅速生长，使部分较矮的个体和物种被荫蔽而死，最终导致物种丰富度下降。物种多样性（图1-b）的变化趋势与丰富度相同，即春夏季较高，秋冬较低；但物种均匀度（图1-b）在秋季最高，12月最低，但无明显的变化趋势。图1 花都豚草群落不同季节的物种丰富度及多样性变化2.3 广州花都豚草种群的季节性变化于2009年5月至2010年5月定期跟踪调查了花都豚草种群的动态变化。结果表明，大量的豚草种子于12月大量萌发，平均密度高达3200株/（图2-a）。但随着豚草个体的迅速生长，大量幼苗出现死亡，自然稀疏作用导致种群密度急剧下降；3月时的种群密度为130株/，5月的种群密度为62株/。从种群平均高度（图2-b）来看，2009年12月调查时的幼苗平均高度只有4 cm，2010年3月时的平均高度为41.5cm，5月时的平均高度为81.7cm。2009年9月豚草开花结实时的平均高度为1.86 m，最高个体可达2 m。花都豚草种群的病虫害少。仅在9月份的野外调查中发现极少的豚草个体出现粉蚧危害而导致叶卷曲、花和种子败育外，绝大多数的个体生长良好。ba图2 不同时期豚草株数密度和平均高度的变化2.4 草甘膦除草剂对豚草种群的影响2010年5月，当地农户对道路两旁的豚草喷洒了除草剂-草甘膦。我们在草甘膦处理的区域和非处理的对照区域进行了样方调查，结果表明，在有草甘膦处理的样方中，豚草植株的生长明显受到抑制，对照区的豚草个体数量为处理区豚草的3.7倍，91.4%的个体在30 cm以上，而处理区的存活个体明显较少，50%的个体高度低于30 cm（图3-a），物种丰富度、物种多样性指数和均匀度也都有不同程度的下降（图3-b）。ba图3 草甘膦处理与对照样方的豚草密度及多样性指数比较a. 种群高度结构 b. 物种多样性(H)、均匀度(E)和丰富度(S) 3 讨论3.1 豚草在广东省入侵扩繁风险评价豚草在我国大部分地区仍保持一年生的习性，即植株在秋冬季花后死亡，次年3月份种子开始萌发子叶13-16。在广东省，粤北的豚草在冬季基本枯死，但广州市花都区部分在秋季萌生的个体可以成功越冬，并在早春出现花蕾。气象资料表明，花都区4-10月的月平均气温均在20C以上，春季和冬季的平均气温也在13C以上，优越的气候条件有利于豚草全年持续生长。在广州市花都区，豚草的始苗期在11月下旬至12月上旬，始花期在5月初，盛花期在8月中旬，9月中旬进入末花期，花期在4个月以上。与之相比，沈阳13、山东14、安徽15、江西16等地的豚草始苗期是在3月上旬至4月上旬之间，始花期从6月上旬至8月上旬，盛花期为7月上旬至9月上旬，花期为20至90天13、16，19-21。而广州花都区（234N）的豚草于11月末到12月初即开始萌发，比华东及华北地区豚草出苗期提早了3个半月，其种子成熟落地后即可发芽，无休眠期。由此可见，与国内其他地区相比，花都区豚草种群具有开花早，花量大，花期长，繁殖和扩散速度快的特点，如果不及时进行防控，广州市的豚草种群具有极强的大规模繁殖和扩散风险。3.2加强广州市豚草的有效防控迫在眉睫与我国其他地区的豚草种群相比，花都区豚草种群的雄花序所包含的雄花个数（27-49朵）多于安徽（10-15朵）16-17和沈阳（5-30朵）18等地区，产花粉量大、散粉时间长。豚草花粉是人类花粉病的主要病原，过敏反应轻者会出现眼耳鼻奇痒、打喷嚏、流泪、头痛、咳嗽或呼吸困难，重者造成肺气肿、肺心病等，丧失劳动能力，甚至心力衰竭致死9。因而，豚草花粉量的增加会增大诱致人类花粉病的危害性。另一方面，豚草主要生长在公路两旁，成熟的豚草植株含有大量的豚草种子，因此具有较高的扩散速度。值得注意的是广州市花都豚草种群的物候特性正在发生适应性改变，部分植株已成功越冬，成为二年生植物。这可能与珠三角地区全年气候温和，雨量充沛，适于豚草常年生长。因此，珠三角地区优势的自然条件具有导致豚草种群的大规模爆发风险。2007年以来，广东省开始了豚草防控工作。一方面，各市相关部门认真组织豚草疫情普查和防控工作，积极开展防控知识宣传培训9。另一方面，省政府非常重视豚草防控技术研究，2009年将豚草综合防控技术研究列为广东省植物防疫检疫研究专项。广东省农业厅植保站联合华南农业大学、广东省农科院等大专院校的科技力量开展了豚草综合防治技术研究。通过普查，发现广东省北部、东北部和珠三角地区已有大面积入侵的豚草种群。其中，梅州已开始了豚草防控工作，结合人工防除和化学防除技术在豚草苗期进行防控，效果明显10。我们在广州和深圳等珠三角地区均已发现豚草的足迹，这些种群正在迅速扩散，如不及时采取有效措施进行防治，将有大规模爆发的可能。因此，珠三角地区应重视豚草的防控工作。实践证明，生物防控、化学防控和植物替代技术都是比较成熟且可行的技术20-25。草甘膦对豚草的防控效果较明显，可作为豚草化学防控的主要措施。植物替代技术也是一种社会效益、生态效益和经济效益的防控手段24，即通过在豚草入侵区域种植有经济价值的多年生草本和灌木来取代豚草种群的手段。目前国内已筛选出10 余种替代控制植物, 如紫穗槐(Amorpha fruticosa )、沙棘(Hippop haerham noides)、小冠花(Coroilla varia )、草地早熟禾( Poapra tensis)、菊芋(Helianthus tuberosus)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、紫丁香(Syringa oblata)、鹰嘴紫云英(Astraga luseiar)、百脉根(Lotus enuis)、紫苜蓿(Medicago sativa)23。珠三角地区气候温和，植物资源丰富，具有更多的替代植物可应用，但适宜的替代植物应与当地的立地条件相适应，因此，适于珠三角地区豚草防控的替代植物还需要作进一步的筛选研究。参考文献1丁建清. 外来生物的入侵机制及其对生态安全的影响J. 中国农业科技导报，2002，4(4)：16-20.2王金亭，杨敏一. 我国入侵植物的研究概况J. 柳城大学学报,2008，21(3): 70-73.3王芳,王瑞江,庄平弟.广东外来入侵植物现状和防治策略J.生态学杂志, 2009, 28 (10) : 2088- 2093.4 Fumanal B, Girod C, Fried G , et al. 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