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互花米草是不是入侵种?是否有利于低碳减排? 精选

已有 14747 次阅读 2011-12-9 13:59 |个人分类:生态研究|系统分类:科研笔记|关键词:互花米草 入侵种 低碳 减排 华师大

本博文12月15日被科学时报收录发表:
 
文章比较长,如果你没有时间仔细阅读,只想了解我谈论的核心内容和结论,请阅读本段摘要
 
【摘要】如果一个物种被人为引入一个其先前不曾自然存在过的地区,并具备了在无更多人为干预的情况下在当地发展成一定数量的能力,以至威胁到了当地生物的多样性成为当地公害,就可称之为入侵物种。在崇明东滩引入互花米草前,这里的滩涂可划分为四个带:芦苇带、海三棱藨草/藨草带、光滩、潮下带水域,都是鸟类的良好栖息地。互花米草引入后,开始是占据了芦苇带、海三棱藨草带的中间位置,但不久迅速扩张,同时与芦苇和海三棱藨草发生竞争,导致芦苇的产量大幅减少,海三棱藨草分布面积锐减,并且甚至可能导致海三棱藨草在崇明东滩完全消失,最终威胁到迁徙鸟类的食源和栖息地;互花米草生长区鸟类无法停歇,鸟类生物多样性大幅度下降,同时致密的植株会阻截细小的泥沙,形成泥滩,堵塞潮沟,破坏景观,而潮沟是鱼类以及底栖动物丰富的地方,也是鸟类觅食和休憩的场所。如不加于控制,崇明东滩国际重要湿地和国家级自然保护区将失去存在的意义。任何入侵植物都具备强壮的繁殖能力和传播能力,因此植株会旺盛生长,带来初级生产力和生物量的增加,光合作用强烈,吸收更多的二氧化碳,这并不是互花米草独有的特性。互花米草在吸收碳的同时,也增加了土壤中二氧化碳和甲烷的排放,虽然目前的净效果还是倾向于增加生态系统的碳封存,减少温室气体排放,但土壤碳过程是一个复杂而漫长的过程,需要更长的时间来检验,贸然得出这样的结论是不科学的。况且,即使未来验证长期的效果也是碳封存,但这种减排效果与其危害相比,几乎不值得一提。类比于水葫芦,在生长季也能吸收大量的二氧化碳,但是从来没有人认为水葫芦是低碳减排的英雄。
 
如果你有兴趣想了解更详细的内容,请阅读全文
 
本来,在上个月17日,我就看到了上海华东师范大学大学的相关中美绿色合作伙伴会议的报道《首次证明互花米草不是入侵种 中美绿色合作伙伴会议在沪举行》,当时觉得只是一家言论,虽然观点奇怪,但拿出来探讨或者争论一下,也不错(不过,为了让大家有一个全面的了解,我之后还是新写了一篇博文揭露伪科学报道的严重失实:评绿色合作伙伴会议之重要成果》进行了评价)。数日前,我们请外校的一个同行(研究领域不涉及入侵生物学)来参加我们的博士论文开题报告,他询问到互花米草是不是入侵种的问题,与他的交谈中,发现他已经被这样的报道所迷惑了,我就觉得有必要写一篇文章来讨论这个问题的必要了。今天在网上查了一下,了不得了,类似的说法铺天盖地,而且来源都是这个会议成果,甚至语句和口气都完全一样。我觉得问题有点严重了,不管多忙,我今天也必须写篇文章进行说明了,这就是本博文产生的原因。
 
为了便以说明,这里先转载一则具有代表性的报道《互花米草:非入侵者,乃低碳者》
包括崇明岛在内的中美东南海岸上,如高粱地般的大片 “互花米草”终于洗脱了恶名。华东师大河口海岸学国家重点实验室、杜兰大学等湿地专家经三年研究发现,互花米草非但不是入侵物种,还是碳捕获高手。这是昨天(17日)在沪举行的中美绿色合作伙伴(湿地研究)第五次工作会议透露的。
中美专家认为,互花米草在全球多个地区有着20年以上的引进历史,这些地区的互花米草都与当地原生种形成了良好的、稳定的群落结构,变成了驯化种。同时,互花米草是具有多种优势的生态修复工程物种,发达的根系使其具有强大固沙作用,促使沙洲发育。崇西湿地科学实验站研究表明,高繁殖力的互花米草为近海合成和输送着大量有机物质,也是海洋食物链的重要环节之一。更重要的是,互花米草在固碳方面有出色特性,可吸收大量释放到大气中的二氧化碳,将其合成为有机营养物,并固化到湿地土壤中,形成封碳效应,有利于低碳减排。
 
这则报道谈论了两个问题:互花米草不是入侵种;互花米草有利于低碳减排。那么以下我就从这两个方面进行论述。
 
一、互花米草是不是入侵种?
(一)相关概念

植物外来种(exotic species/plant):区内原无分布,从其他地区移入的种或亚种。
入侵(物)种(Invasive species):是外来种的一个子集。如果一个物种被人为引入一个其先前不曾自然存在过的地区,并具备了在无更多人为干预的情况下在当地发展成一定数量的能力,以至威胁到了当地生物的多样性成为当地公害,就可称之为入侵物种,所以入侵物种是对于一个生态系统而言,在该生态系统中原来并没有这个物种的存在,它是借助人类活动越过不能自然逾越的空间障碍而进来的。
驯化(domestication):驯化将野生动植物的自然繁殖过程变为人工控制下的过程,是定向的、可控的。
归化植物(naturalized plant):也是外来植物的一个子集,植物进入一个新的分布区之后,经过长期适应和演化,已经成了生态系统不可分割的一部分,其生态作用和生态学意义已与本地种无差别。按照植物引入的途径和时间,可分为史前归化植物、自然归化植物和人为归化植物。但不管是何种归化,都必须要足够的时间,其中人为归化时间最短,但也需要>50年的时间。
在自然情况下,山脉、河流、海洋等的阻隔以及气候、土壤、温度、湿度等自然地理因素的差异构成了物种迁移的障碍,依靠物种的自然扩散能力进入一个新的生态系统是相当困准的。虽然也有因气候和地质构造变化,使动物、植物或病原体进入新的系统的情况,但更多的却是由于人类活动有意或无意地导致了越来越多的物种迁移。一个外来的物种被引入到一个新的生态系统后,大多可能因不能适应新环境而被排斥在系统之外,必须依靠人类的帮助才能生存;许多外来物种虽然可以形成自然种群,但种群数量只能维持在较低水平,并不会造成危害,经过长时间适应后变为归化植物;极少数可能其恰好适合当地的气候和土壤条件,并且新的坏境中没有与之抗衡或制约的生物,此时,这个外来种就可能成为一个入侵者,打破生态平衡,改变或破坏当地的生态环境,成为入侵种,这种现象被称为生物入侵(biological invasion)。
 
(二)判别入侵种的标准
因此,外来种和入侵种的主要区别就是看这个物种从分布区外引入后,是否对本地生态系统造成了一定的危害。有一个判别入侵种的基本标准:
(1)通过有意或无意的人类活动而被引入一个非本源地区域;
(2)在当地的自然或人造生态系统中具备了自我繁殖能力;
(3)给当地的生态系统或景观地理结构造成了明显的损害或影响。
另外,入侵种必须具有生态适应能力强,繁殖能力强,传播能力强等特点,否则无法构成入侵。
任何生物物种,总是在某一地区先形成,然后通过迁移、扩散或引入,逐渐适应迁移地或引入地的自然生存环境并逐渐扩大其生存范围。没有一个物种天生是入侵种,只是出现在不适当的位置才表现出入侵特性和对生态系统的破坏作用。
 
(三)互花米草的引入历史
中国从1979年开始引入互花米草,曾取得了一定的经济效益。但近年来在许多地方表现出巨大的破坏作用。以上海崇明东滩为例,这里是一个国际重要湿地(崇明东滩达到1%全球种群数量的鸟类,根据湿地公约“国际重要湿地名录”指定的标准,如果一个区域的某种水鸟数量达到该鸟类所在种群数量的1%,则该区域在水鸟保护上具有国际重要意义),也是国家级鸟类自然保护区,目的就是为了保护鸟类,作为亚太地区迁徙鸟类或珍稀鸟类重要的中途停歇点和越冬栖息地。互花米草在上海的引入历史:1995年,首次发现于崇明东滩;1997年,开始引入上海九段沙(华东师大);2001年,开始引入崇明东滩。
 
(四)互花米草引入崇明东滩之前的状况
在崇明东滩引入互花米草之前,这里的滩涂可划分为四个带:芦苇带、海三棱藨草/藨草带、光滩、潮下带水域,都是鸟类的良好栖息地。其中,芦苇带的鸟类以鸣禽为主,一年四季均有分布,主要包括伯劳科、鹟科、攀雀科、绣眼鸟科、文鸟科和雀科等,一些攀禽也常在该区域活动,是甲壳类的主要分布区域,昆虫也非常丰富,这同时也是鸟类的重要食物来源 ;海三棱藨草/藨草带,是涉禽的重要栖息地,以鹭科、鹤科以及鸻鹬类为主,海三棱藨草的球茎、种子是鹤类、小天鹅及其他植食性雁鸭类的主要食物来源,这里底栖动物种类和数量都非常丰富,为鸻鹬类提供了充足的食物来源;光滩是鸻鹬类等涉禽的重要栖息地,主要种类有环颈鸻、黑腹滨鹬、白腰杓鹬等,春季常可见数千只的大群在光滩上觅食,光滩藻类的种类和数量都非常丰富,底栖动物以双壳类为主,是鸻鹬类的重要食物来源;潮下带水域为游禽的栖息场所。90年代初期,曾有3000多只小天鹅每年冬季在该区域栖息。
 
(五)互花米草引入崇明东滩之后的破坏作用
互花米草引入后,开始是占据了芦苇带、海三棱藨草带的中间位置,但不久迅速扩张,同时与芦苇和海三棱藨草发生竞争,目前面积已经接近2000 hm2,而同时一方面导致东滩芦苇的产量大幅减少,作为当地以收割芦苇营生的人为此特别发愁,另一方面海三棱藨草分布面积锐减,并且甚至可能导致海三棱藨草在崇明东滩完全消失,最终威胁到迁徙鸟类的食源和栖息地;互花米草在此地生长迅速,地上生物量特别丰富,形成致密的单优势种群,而且叶片比较尖锐,鸟类无法停歇,鸟类生物多样性大幅度下降,同时致密的植株会阻截细小的泥沙,形成泥滩,堵塞潮沟,破坏景观(图),而潮沟是鱼类以及底栖动物丰富的地方,也是鸟类觅食和休憩的场所。如不加于控制,崇明东滩国际重要湿地和国家级自然保护区将失去存在的意义。
 

以下三张图是连续三年(2004-2006)相同季节(8月),从同一个方向对同一地点拍摄的照片,从中就可看出互花米草在崇明东滩的入侵速度有多快。

2004年,这里还是全部为海三棱藨草覆盖的区域。

2005年,由于人工的引入和种植,几乎见不到多少海三棱藨草了,只有一丛一丛的互花米草斑块了。

2006年,已经完全看不到海三棱藨草踪影了,只有致密的互花米草覆盖。

崇明东滩鸟类在不同生境的种类分布(很明显,互花米草群落中种类最少)

互花米草促淤同时也堵塞潮沟,这是破坏滩涂水文学过程的负面效应

a. 崇明东滩人工移栽的互花米草(2003年9月); b. 东滩北部的海三棱藨草群落已经消失, 互花米草群落与光滩相邻,也就是说这个地方的海三棱藨草已经完全被竞争出局(2003年6月); c. 崇明东滩捕鱼港外的海三棱藨草群落(2003年5月); d.崇明东滩捕鱼港外的海三棱藨草群落

 

(六)结论
据此,互花米草满足上述判别入侵种的所有标准:崇明东滩的互花米草通过有意(2001年之后)或无意(2001年之前)的人类活动而被引入的,互花米草对崇明东滩的适应能力非常强,目前在这里已经具备了自我繁殖能力,扩散速度非常快,给这里的生态系统组成和景观结构造成了明显的损害或影响。因此,互花米草在崇明东滩(当然也包括崇明西滩)最具有破坏力的外来入侵物种,必须迅速加于控制和根除。互花米草在崇明东滩的引入历史仅仅十多年时间,认为已经成为驯化种(应该是归化种,或者归化植物)是缺乏科学根据的。


二、互花米草是否有利于低碳减排?
作为一种入侵植物,必须具备强壮的繁殖能力和传播能力,因此植株会旺盛生长,带来初级生产力和生物量的增加,光合作用强烈,吸收更多的二氧化碳,这是毋庸置疑的,但这是任何入侵植物都具备的特征,并不是互花米草独有的,而且仅仅通过植株的旺盛生长固碳,并不能被认为是对低碳减排的贡献,否则就将低碳减排进行庸俗化理解了。比如,中国南方许多地区疯长的植物水葫芦(也是一种入侵种),在生长季也能吸收大量的二氧化碳,但是这吸收的二氧化碳并没有实质上构成减排,因为此时的碳仍处于一种活性状态,随时可归还为大气层,死亡的水葫芦根叶迅速腐烂,堵塞水上交通,污染水源,在分解中吸收水中大量的氧气,水质进一步下降。从来没有人认为水葫芦是低碳减排的英雄。互花米草也一样,虽然在旺盛生长季吸收了大量的二氧化碳,但大多也迅速归还给大气,少部分进入土壤,这进入土壤的碳其流向如何?我们复旦大学从2004年就开始对互花米草中土壤碳过程进行研究,初步的结果表明,互花米草在吸收碳的同时,也增加了土壤中二氧化碳和甲烷的排放,虽然目前的净效果还是倾向于增加生态系统的碳封存,减少温室气体排放,但土壤碳过程是一个复杂而漫长的过程,需要更长的时间来检验,贸然得出这样的结论是不科学的。况且,即使未来验证长期的效果也是碳封存,但这种减排效果与其危害相比,几乎不值得一提。
 
【评论与回复整理】
评论:至于固碳固滩价值大,还是鸟类和藨草价值大,不同的人会有不同的衡量标准。
答复:互花米草促淤护滩的价值似乎是明显的,这是引进的时候就知道的。我现在在讨论引进之初不知道的事儿,这是一个认识发展的问题,没有必要责怪谁。我的母校南京大学是最早引进大米草和互花米草的,现在他们也认为在苏北滩涂的互花米草蔓延是个严重的问题,也在想办法根除。华师大是在上海地区开展互花米草引进的单位,他们的工作在历史上有不可磨灭的贡献,这个大家都承认。但现在发现了新问题,要想办法解决问题,而不是掩盖问题,这才是科学的态度。至于固碳的价值有多大,现在还真不好说。在这方面的研究,复旦的定点观测比华师大要早,数据正在分析中。
 
评论:互花米草最早引种理由并不是固碳,也不是为了经济利用。而是为了固滩,防浪,放风。200米的米草带消浪效果非常可观。而且比钢筋混凝土海堤要节省,维护成本低。互花米草最早种植于江苏沿海的光滩——没有植被的泥滩。从这种角度看,互花米草和典型的紫茎泽兰,绞杀藤,性质有所区别。
答复:这里打个不恰当的比喻。如果让美国大兵来保护中国,中国的国防也肯定比现在更牢固,而对于我们也更经济,不知道我们是否可以这样做?
 
评论:引进外来物种必须要注意其对本地生态系统的影响,如会破坏本地生态系统,则不管目前有什么经济利益都不应该引进。至于说“固滩,防浪”,我相信本地物种中也会有能起来类似作用的物种,不必非得引进会破坏本地生态系统的外来物种。
答复:本地种与互花米草固滩,防浪的效果的比较并没有定量的评价数据,但互花米草促淤的功能的确要强,从滩涂围垦来说,有非常重要的意义。
 
评论:建议研究结果在国内大型生态学会议上报告,如果可能,给各级政府写报告和建议书更是非常必要的。
答复:这是一个老生常谈的话题了,并不新颖,几乎已成定论的事儿,上海市政府对此也非常重视,已经接受了复旦大学包括华东师范大学等在内的科研单位的建议,正在开展互花米草的生态治理工程。而上个月举行的中美绿色合作伙伴会议,有人试图想打着中美科学家的幌子来哗众取宠,否定这个简单的事实,并通过媒体标新立异地发布一些不负责任的新闻报道,这才引起了我的注意,所以发表本博文以正视听,免得引起公众理解上的混乱。希望大家能就此广为宣传,如果觉得我这篇博文不够通俗,可以告诉我,我可以修改得更通俗一些。

致谢
本文中出现的许多定义来源“维基百科”和“百度百科”;另外,文中的许多数据和照片来自复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室和复旦大学生物多样性科学研究所的工作,一并致谢。
 
 
【注】对上述观点有异议的朋友,如果需要了解更详细的证据,请写信或者在评论中与我咨询,对于上述描述中的大多数方面,我们复旦大学生物多样性科学研究所都有相关研究。您也可以用“The Institute of Biodiversity Science, Fudan University”作为单位名和“Spartina alterniflora”作为关键词,在web of science中查询,或者直接去看本博文的附件《复旦大学生物多样性科学研究所发表有关互花米草的文章》。我们许多研究结果都发表在英文刊物上了,反而国人非同行不会去阅读了,这也让我越来越感觉到用中文发表论文的重要性,希望我写作的一些博文能部分弥补这些不足。


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