王 瑞， 周忠實， 張國良， 郭建英， 高尚賓， 孫玉芳， 付衛(wèi)東， 張付斗， 萬方浩*

1中國農業(yè)科學院植物保護研究所植物病蟲害國家重點實驗室,北京 100193； 2中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081； 3 農業(yè)部農業(yè)生態(tài)與資源保護總站,北京 100125； 4 云南省農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境資源研究所,云南 昆明 650205

隨著全球化進程的發(fā)展,生物入侵的危害日趨嚴重(Painietal.,2016)。生物入侵的防控已成為21世紀全球各國政府關注的主要問題和科學研究的熱點。中國已成為世界上生物入侵危害最為嚴重的國家之一(萬方浩等，2011)。外來生物入侵已經對我國的生態(tài)環(huán)境和農業(yè)生產造成了極大危害，而且還在隨著國際交流的發(fā)展不斷增強(萬方浩等，2009)。由于我國地理環(huán)境多樣，為不同物種的入侵提供了天然生境。因此，我國不同地區(qū)存在著不同的入侵物種，這些物種對當地的生態(tài)系統造成了極大危害。其中，紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Sprengel) R. King & H. Robinson、豚草AmbrosiaartemisiifoliaL.、空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.、薇甘菊MikaniamicranthaKunth、黃頂菊Flaveriabidentis(L.) Kuntze.、刺萼龍葵SolanumrostratumDunal、少花蒺藜草CenchruspauciflorusBenth是我國發(fā)生面積大、危害嚴重的入侵雜草，對我國從南到北、從東到西、從熱帶到溫帶、從濕地到農田、從草原到林業(yè)的生態(tài)系統構成了極大危害，已成為國家重點管理與控制的外來入侵物種(農業(yè)部外來物種管理辦公室,2013)。

為了控制豚草、空心蓮子草等重大入侵雜草的發(fā)生與危害，本項目組自1986年開始在原國家科委(科技部)重點項目、國家自然科學基金、國家支撐計劃和“973”計劃等諸多項目的資助下，通過30余年的系統研究，探明了豚草等重大入侵雜草在我國的地理分布格局、時空擴散規(guī)律、種群發(fā)生與危害的時空異質性及其決定因素等特性，在此基礎上，提出和發(fā)展了生物入侵的防控策略與可持續(xù)治理技術，并在我國不同地區(qū)進行了示范應用。本文旨在對已開展的重大入侵雜草的相關研究進行階段性總結，為制定和優(yōu)化入侵物種的防控技術、進一步提高國家應對日益嚴重的外來物種入侵形勢提供指導。

1 重要入侵雜草在我國的地理分布格局、種群擴張規(guī)律與發(fā)生危害區(qū)劃

通過系統調查與分析，查明了豚草等7種重大入侵雜草在我國26個省(市、區(qū))的農田、果園、草原、林地、濕地、自然保護區(qū)、河流、排灌系統等生境大面積發(fā)生與危害的現狀，構建了其在我國的入侵歷史動態(tài),揭示了它們在我國發(fā)生危害的時空異質性與擴張規(guī)律，并對發(fā)生危害區(qū)進行了區(qū)劃(Horvitzetal.,201,2017; Wangetal.,2011； Wang & Wang，2006)。

重要外來入侵雜草的發(fā)生與危害呈現出明顯的地域特征。基于此，根據入侵地的自然地理、物種的生物學特性等把我國入侵雜草的發(fā)生區(qū)劃分為3個區(qū)：東北華北一年生雜草混發(fā)區(qū)、華東和中南水生和陸生雜草災害區(qū)、西南地區(qū)多年生雜草危害區(qū)(圖1)。華北東北區(qū)主要為豚草、刺萼龍葵、少花蒺藜草和黃頂菊的主要發(fā)生區(qū)和危害區(qū)。4種入侵植物在這一區(qū)域都呈現出沿道路擴散的特性，隨人類的長距離活動擴散是其拓展分布區(qū)的主要途徑，形成了入侵早期離散式分布向連續(xù)分布蔓延的趨勢，物種的發(fā)生通常有多個擴散中心。入侵物種在該地區(qū)的這種格局與入侵雜草自身的生物學特性和人類活動密切相關。這一分布特點對入侵物種的防控提出了更高要求，需要通盤考慮、協同治理。華東和中南區(qū)是空心蓮子草、豚草等入侵雜草發(fā)生危害的重災區(qū)。該地區(qū)是我國對外開放的門戶，外來物種的入侵歷史悠久，19世紀開始，一些外來物種隨著對外交流從青島、上海、杭州、南京、廣州等傳入我國。豚草和空心蓮子草均于20世紀30年代入侵我國，并在該地區(qū)不斷擴散蔓延。由于該區(qū)域內河流湖泊眾多，外來物種除了隨人類活動擴散，隨水流擴散是其危害的關鍵途徑。由于外來物種在該地區(qū)發(fā)生與危害相對較為嚴重，區(qū)域減災的技術被用來降低危害。西南地區(qū)是我國與東南亞的連接通道，一些外來物種借助風力入侵我國。如紫莖澤蘭和薇甘菊均通過該途徑入侵并向內陸擴散蔓延。紫莖澤蘭和薇甘菊的化感作用是其在與土著物種競爭中獲得優(yōu)勢的主要途徑，基于此，發(fā)展了以競爭替代為主的防控技術，已充分利用西南地區(qū)生物多樣性的優(yōu)勢控制外來物種入侵。

重大外來入侵雜草在我國的不同生態(tài)區(qū)都呈現出顯著的沿河流、公路聚集分布和擴散蔓延的特性(萬方浩等，2010； Horvitzetal.,2017； Liuetal.,2017)。通過對重大外來入侵雜草在我國擴散的動態(tài)分析,揭示了其在我國發(fā)生危害的時空變化規(guī)律、擴散通道和驅動機制。重大外來入侵雜草98%的最早入侵點位于河流、公路等主要廊道2 km的區(qū)域內，且呈跳躍式拓展，其后以入侵種群為源頭持續(xù)擴張蔓延。擴散的速度與入侵地的自然地理、種群的繁殖增長、種子擴散綜合癥、擴散媒介(風力、水流、物流等)的空間分布等顯著相關(Horvitzetal.,2017； Liuetal.,2017； Wangetal.,2011)。最終，在上述因素的驅動下形成了重大入侵雜草在我國多中心、多區(qū)域擴散蔓延的災變過程及其發(fā)生與危害動態(tài)的時空異質性，了解這一特性對制定區(qū)域減災、擴散阻截、早期治理等管理策略具有重要意義。

圖1 7種入侵雜草交錯重疊分布格局示意圖Fig.1 The crisscross and overlap distributional pattern of seven invasive alien weed in ChinaⅠ:華北東北區(qū)；Ⅱ:華東和中南區(qū)；Ⅲ:西南區(qū)。 Ⅰ: North and northwest region; Ⅱ: South-central and east region; Ⅲ: Southwest region.

2 重大入侵雜草的可持續(xù)治理技術與應用

豚草等重大外來入侵雜草的擴散動態(tài)分析表明，它們在我國還未完全侵占其適生區(qū),處在快速擴散階段。根據重大外來入侵雜草的時空擴散動態(tài)與潛在擴張趨勢，明確其在我國的新發(fā)區(qū)、擴散區(qū)和暴發(fā)區(qū),發(fā)展和制定了針對性防控策略和技術措施,即新發(fā)區(qū)滅除防患、擴散區(qū)阻截降速、暴發(fā)區(qū)減災控害(萬方浩等，2009，2011)。

在新發(fā)區(qū)和擴散區(qū),創(chuàng)建了入侵雜草生態(tài)屏障攔截與生態(tài)修復技術。在豚草、紫莖澤蘭、薇甘菊、刺萼龍葵、少花蒺藜草和黃頂菊6種入侵雜草擴散的廊道前沿，層次性地種植替代植物(紫穗槐AmorphafruticosaL.、黑麥草LoliumperenneL.、非洲狗尾草SetariaancepsStapf ex Massey等)進行綠化與攔截，阻止其擴散蔓延。如沿G60(關嶺→鎮(zhèn)寧)、G105(茬平→德州)、G104(德州→吳橋)等國道建立植物攔截帶，攔截防線達500多 km，有效切斷了6種入侵雜草的自然擴散路徑，攔截效果達86%以上(高尚賓等，2017)。

在暴發(fā)區(qū)，創(chuàng)建了以天敵—天敵、天敵—替代植物修復為主的技術。在華東/中/南地區(qū)，針對豚草和空心蓮子草等，構建了以天敵—天敵/天敵—替代植物聯合增效為關鍵技術的減災治理技術體系，并進行了大面積的推廣應用；在東北和華北等地區(qū)，針對少花蒺藜草、刺萼龍葵、黃頂菊和豚草等，建立了以替代控制—農藝措施協同應用為核心技術的入侵雜草阻截減災技術體系；在西南等地區(qū)，針對薇甘菊和紫莖澤蘭等，建立了以植物替代控制—化學防除協同應用為核心技術的生態(tài)修復技術體系。這些技術已在四川果園與林地(石棉縣等)、云南草場與林地(騰沖縣等)、貴州草場(晴隆縣等)、山東撂荒地(曹縣等)、河北撂荒地與河灘(獻縣等)、遼寧退化草地(彰武縣等)的紫莖澤蘭、黃頂菊、刺萼龍葵、少花蒺藜草等發(fā)生危害區(qū)進行了示范，取得顯著控制效果。如應用非洲狗尾草+黑麥草混種替代草場紫莖澤蘭，生物量降低95%以上；應用紫花苜蓿MedicagosativaL.+冬牧70黑麥草混播控制果園黃頂菊，生物量降低97.8%；應用紫穗槐與象草PennisetumpurpureumSchum替代修復河壩與河灘成片發(fā)生的豚草，生物量降低92.3%。

在入侵物種的高發(fā)區(qū)，創(chuàng)建了天敵—天敵/天敵—替代植物聯合增效、替代控制—農藝措施/替代控制—化學防除協同應用等技術模式，并在不同地區(qū)進行了示范應用(周忠實等，2011)。在東北和華北等地區(qū)針對少花蒺藜草、刺萼龍葵、黃頂菊和豚草等主要采用以替代控制—農藝措施為主的擴散阻截技術；在華東/中/南地區(qū)，針對豚草和空心蓮子草等，主要采用以天敵—天敵/天敵—替代植物聯合增效為關鍵技術的減災治理技術；在西南等地區(qū)，針對薇甘菊和紫莖澤蘭等，主要采用以替代控制—化學防除協同應用為核心的生態(tài)修復技術體系。

上述專項技術的試驗結果表明，已開展的針對重要入侵雜草的防治技術均具有顯著的控制效果。為了進一步明確上述控制措施對入侵物種在全國范圍內發(fā)生與危害的影響，項目組以1986年以前的7種入侵雜草在我國的發(fā)生數據為基礎，計算了其在我國1938—2018年間以4年為一個時間段的擴散面積增加率，并分別做出了實際發(fā)生數據的擬合曲線和理論擴散擬合曲線(圖2)，并通過比較實際發(fā)生和理論擴散動態(tài)之間的差異評估已采取的控制措施的效果。圖2表明，7種入侵雜草在我國的擴散面積的增長率在1990—2002年間實際增長率與理論預測趨勢基本一致，而2002年以后兩者間有差異，實際增長率呈下降趨勢。2條擬合曲線之間的差異體現了對這些入侵雜草擴散蔓延的抑制效應。因此，綜合單項技術的效果以及重大入侵雜草全區(qū)域、全過程的綜合分析結果表明，已經開展的針對重大入侵雜草的防控技術具有顯著的控制效果，能顯著降低暴發(fā)區(qū)的發(fā)生密度、抑制其擴散蔓延的速度。

圖2 7種入侵雜草在我國不同時間段擴散面積增長率與擬合曲線Fig.2 The increase rate of invaded area for seven invasive alien weeds over time and their fitted line灰色線是實際數據擬合曲線，黑色線是理論擴散趨勢擬合曲線。Gray line is fitted for real data and black line is fitted for theoretical prediction of potential trends.

3 總結與結論

本項目組對豚草、空心蓮子草、紫莖澤蘭、刺萼龍葵、黃頂菊、少花蒺藜草、薇甘菊等重大入侵雜草的發(fā)生與防控研究歷時30多年，在“聯合防控、區(qū)域減災、持續(xù)治理”的策略指導下，研發(fā)了針對不同地域條件的天敵—天敵、天敵—替代植物、替代控制—農藝措施、替代控制—化學防除等技術體系，并在入侵的新發(fā)區(qū)、擴散區(qū)和暴發(fā)區(qū)進行了示范應用。這是國內外首次從大區(qū)域整體考慮，著重研發(fā)遏制豚草等入侵雜草危害與蔓延、防止生態(tài)位被入侵雜草再次占領的生物防治與生態(tài)修復技術。該技術已達到區(qū)域減災與持續(xù)治理的效果，基本解決了重大入侵雜草生態(tài)位重疊發(fā)生、交錯連片成災的控制難題，有效遏制了其在我國的危害與蔓延，并取得了顯著的經濟、社會和生態(tài)效益。