臥龍亞高山公路沿線外來植物入侵風險評估

胡冬梅，葉 紅，邱艷霞，侯 靜，白 潔，何廷美，譚迎春，劉明沖，葉 平

(1.四川大學生命科學學院 生物資源與生態環境教育部重點實驗室，成都 610065；2.四川臥龍國家級自然保護區管理局，汶川，623000)

1 引 言

外來植物(alien plants)即非本地鄉土植物，是由于環境變遷和人為有意或無意地自國外或國內其他地方引入本地的植物[1].當外來物種因高效多樣的繁殖機制和對環境因子廣泛適應生長等因素，在短時間內占據更大的資源空間或土著種不能利用的生態位時就會成為入侵植物(invasive plants).入侵物種對本地物種的競爭性、抑制能力是其成功入侵、再生及擴展的關鍵所在[2].入侵物種不僅嚴重影響原生境生物多樣性，影響或改變原生態系統的穩定性及結構和功能，而且造成社會經濟乃至人群健康的巨大損失[3].

外來植物的引入多與人為活動相關[4].隨著經濟建設的發展，各種基礎建設如交通設施等逐步推進.然而，道路建設對周邊原有環境產生破壞的同時，也會因人類活動的增加和干擾，加劇原生態系統的破壞，導致外來物種的入侵，引起經濟損失和生態災難.

臥龍自然保護區[5]位于西南山地生物多樣性熱點區的核心，自然條件復雜，珍稀動植物眾多，生物多樣性豐富，是國家級第三大自然保護區，同時又是川西地區與其他地方經濟文化交流的交通樞紐.因此，國道G305修建，滿足了川西地區交通運輸、旅游的需要，但是也不可忽視公路修建對沿線植物多樣性及外來植物遷入的影響.因此制定外來物種的評價指標體系，對外來物種進行監測、風險評估，加強預警和管理，是維護生態平衡的有效途徑.目前臥龍保護區內的外來植物相關的研究報道較少[6]，并且尚無對臥龍地區外來植物的入侵性評價研究.為探究公路修建后外來植物對當地生態系統的影響，本研究通過對臥龍自然保護區亞高山公路段(耿達-鄧生段)外來植物(國外植物及非臥龍自然保護區的中國植物)組成和分布的實地調查，分析外來植物多樣性組成和分布特征，建立適應當地的外來植物入侵風險評估體系，評價外來植物的入侵性，當地公路沿線外來植物防控、保護生物多樣性、維護生態平衡和保護區的可持續發展具有重要意義.

2 材料及方法

2.1 研究區域

為四川省臥龍國家級自然保護區內國道G305亞高山公路段(耿達—鄧生段公路)沿線，沿垂直于公路方向300 m區域范圍內開展植物調查.地理坐標為東經102°5′～103°24′，北緯30°45′～31°25′.

2.2 研究方法

2.2.1 調查方法 實地調查集中在春秋兩季進行.采用客觀取樣的樣方法，以公路沿線為中心樣地進行取樣調查，根據公路沿線實際情況，每隔0.5～1 km設置一個樣地，每個樣地沿垂直于公路方向0 m，150 m，300 m距離分別設置3個投影面積20 m×20 m 的典型樣方，記錄樣方地理位置、海拔、坡度、坡向、植被類型以及喬木層、灌木層的高度與郁閉度，并對樣地內所有喬木層物種的數量、喬木胸徑、樹高、冠幅等進行測量，其中喬木起測胸徑 5 cm，小于 5 cm 記入灌木層.同時在樣方四角及樣方中心共設置 5個 5 m × 5 m 和 5個 1 m×1 m的小樣方，分別用來調查樣地內灌木、草本生長狀況，詳細記錄灌木的種類、數量和大于4 cm的植株的胸徑；記錄草本的種類、數量、高度、蓋度等.

根據《中國植物志》《四川植物志》等分類學文獻對這些外來植物的生物學特性、原產地、管理現狀等進行整理分析.

2.2.2 物種α多樣性測度方法 物種α多樣性反映群落物種水平的綜合數值.α多樣性主要包括物種重要值(IV)、物種豐富度Margalef指數(DMg)、Shannon-wiener多樣性指數(H)、均勻度Pielou指數(E)、Simpson指數(DS)[7-8]等.

1) 物種重要值(IV)=(相對高度+相對蓋度+相對頻度+相對多度)/3，

2) 物種豐富度(DMg)=(S-1)/ln N，

4) 均勻度Pielou指數(E)=H/lnS，

式中：S—群落中的物種總數；N—觀察到的個體總數；Pi—物種i的重要值.群落的物種多樣性分析采用Excel軟件和Graphpad軟件處理.

2.2.3 外來物種入侵風險評估體系建立 結合相關文獻[6，9]，篩選出研究區內的外來植物.同時實地對篩選出的外來植物的分布現狀、危害情況、防治情況等進行觀察記錄.根據實地調查的外來植物生長繁殖特征以及對生境的影響，并參考相關文獻[10]，設立了4個一級及14個二級風險評估指標.通過專家評分法和層次分析法(AHP)[11-12]，確定其權重值，建立臥龍國家級自然保護區亞高山公路沿線外來入侵植物入侵風險評估體系(表1).

表1 外來植物入侵風險評估體系Tab.1 Alien plant invasion risk assessment system

(續表1)

設外來植物的入侵風險指數為R，入侵風險指數R在0～3之間.物種的入侵風險指數R≥2，則為高入侵風險物種；1.5≤R<2；則為中入侵風險物種；1≤R<1.5，則為低入侵風險物種；R<1，則該物種無入侵風險.

3 結果與分析

3.1 外來植物組成特征

圖1 調查區外來植物的組成特征a：生活型；b：原產地；c：引入途徑.Fig.1 Composition characteristics of alien plants in the survey areaa: Life form; b: place of origin; c: introduction pathways.

通過調查分析，研究區域共有98科270屬402種植物，其中外來植物35科51屬54種.外來植物中，菊科、禾本科、唇形科、豆科、薔薇科5個科的植物種數占35.19%.其中以菊科植物種數最多，這歸結于菊科植物的高繁殖力、高適應性、高傳播力以及化感作用等特性.

3.1.1 外來植物生活型特征 就生活型而言(圖1 a)，研究區外來植物主要是草本，占62.96%，其中多年生草本最多，有17種，占31.48%；一年生和二年草本分別占25.93%和12.96%.究其原因，草本植物定植能力更強，繁殖速度更快，擴散方式更多，因此外來草本植物更多.外來植物中的喬木植物種占29.63%，主要是人工種植，這些樹種具有利用價值，如日本落葉松、柳杉等為人工造林樹種，加楊用作道路綠化，凹葉厚樸作藥用，李作食用等.外來灌木僅占7.41%，主要是觀賞植物，分布于居民區附近.

3.1.2 外來植物原產地 54種外來植物(圖1 b)源于亞洲(不含臥龍自然保護區)有35種，占64.81%，其中，有13種來自中國以外的亞洲地區，占24.07%，而來自非臥龍自然保護區的中國植物達22種，占40.74%.原產美洲的有12種，占22.22%，其中北美和南美分別為6種和5種.原產歐洲有10種，占18.52%.2種植物原產于非洲，占3.70%.由于保護區生境具多樣性，使得非鄉土植物能快速占據和適應不同生態位，加上對國內其他地方植物的把控力度不如國外植物嚴格，因此引入種數最多.來自國外的植物，由于其原產地氣候與研究區生態氣候相似性較高，同時保護區地處成都平原與青藏高原的過渡帶和交通紐帶，因此亞洲其它地區的外來植物也較容易進入保護區.

3.1.3 外來植物引入途徑特征 就引入途徑而言(圖1 c)，有意引入外來植物33種，占61.11%，主要是用于人工造林(日本落葉松)、道路和居民區綠化(一串紅)、藥用(藿香)、飼用(白香草木樨)、食用(芭蕉)等生產和應用目的；無意引入外來植物21種，占38.89%，主要是一些路邊、田間雜草，其中不乏一些為惡性入侵植物如牛膝菊、白車軸草等.保護區外來植物引入途徑雖有不同(圖1 c)，但公路的發展為外來植物的引入提供了便利.

3.2 外來植物沿公路沿線的分布特征

圖2 與公路不同距離的外來植物物種多樣性Fig.2 Diversity of alien plant species at different distances from the highway

外來植物隨著距離公路越遠，其Margalef豐富度指數、shannon-wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數均為逐漸降低(圖2).這也表明外來植物與公路的建設和使用有著不可忽視的聯系.一方面，隨著原生境與公路的距離越大，人為干擾也隨之降低，對于外來植物的有意或無意引入可能性逐漸減小；另一方面，由于隨著與公路的距離越遠，植物群落的穩定性越強，外來植物擴散的可能性也會越小.

3.3 外來植物的入侵風險評價分析

54種外來植物中(表2)，高入侵風險物種有4種：小飛蓬、牛膝菊、牛筋草、野燕麥.中入侵風險物種有9種：刺莧、一年蓬、黑麥草、聚合草、白車軸草、日本落葉松、繁穗莧、苦苣菜、月見草.低入侵風險物種有婆婆納、酢漿草、白香草木樨、胡桃、旱芹、花椒6種.具入侵風險的19種植物，隸屬于12科18屬，其中菊科最多，有4種，高入侵風險和中入侵風險各2種.

表2 外來植物入侵危害風險評分Tab.2 Risk score of alien plant invasion

4 討 論

公路的修建和使用，為外來植物引入和入侵提供了便利.通過對外來植物隨著距離道路越遠其數量越低的調查分析，也說明人為活動會直接影響外來植物的分布.因此對交通道路使用人群及居民進行植物多樣性和生態環境保護的宣傳，提高對入侵植物的認識，使防治成為社會性的工作，才能有效遏制外來植物人為的引入和蔓延.

目前，臥龍自然保護亞高山公路沿線外來植物達54種，多為經濟目的有意引入栽培.這些植物在發揮其經濟價值的同時，也不能忽視其對保護區生境的影響.盲目的引入和無限制的引種都可能影響保護區內原有的生物多樣性和生態系統的穩定性，與保護區管理局的相關保護工作背道而馳.因此，本研究綜合考慮外來物種的入侵性、擴散性、危害性以及防治難易性，建立外來物種入侵風險評估體系，客觀、準確地量化外來物種的潛在入侵風險.通過評估，對具有高入侵風險的植物因分布廣，排擠或殺死本地植物，可形成單優群落，應該進行及時防治處理，防止危害擴大.同時研究利用鄉土植被的恢復方案，建立以本地物種為主的穩定的生態系統，增強群落對外來入侵植物的抵抗力，達到對入侵有害植物長期控制的目標.對中入侵風險植物，主要分布在路邊、撂荒地，應嚴格控制其傳播途徑，加強監控，防止其進一步發展成高入侵風險植物.對低入侵風險植物，零星分布，對當地生物多樣性暫時未造成明顯危害，應以預防為主，優先考慮發掘其綜合利用價值，但也應當進行有效地監控.對于上述具有入侵風險的植物，人為活動對其傳播擴散有極大的促進作用，對其應加大宣傳力度，提高防控意識.對于外來植物入侵性的不同，采取合理的監控力度.

綜上所述，建立并完善防治植物入侵的機構和體系；科學評估并預測外來植物風險性，權衡利弊，制定科學的引種計劃；對具有潛在入侵性的外來植物嚴格管理和監控；綜合防治，以確保保護區的生態平衡.