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30年前,互花米草被当做保护海岸的良方引进中国;今天,它在上海东滩无法控制地蔓延。但是东滩生态系统的破坏,并不只是米草的过错。
制图 | 芒果
镰刀划过弧线,高扬砍下一小束互花米草丢在东滩的滩涂上。她抬起头,看不出这10平方千米,相当于1400个标准足球场面积的互花米草有任何减少。
20世纪90年代以前,在上海崇明岛最东端的60多万平方千米内,还找不到一株这种名字拗口的外来入侵植物。现在它却以每年2平方千米的速度,疯狂圈占着东滩的湿地。
反客为主的“洋草”
高扬和她丈夫唐龙,分别是中科院水土保持研究所、复旦大学生物多样性科学研究所的在读博士研究生,三年多来,他们在上海崇明东滩不断重复这挥起、落下的割草动作。唐龙说,他们所从事的探寻互花米草生态控制方法的工作,是一项国际公认“困难又昂贵的事业”。
在东滩,投入巨大而成果无几的研究者们也曾试图猜想,如果一开始没有互花米草的意外入侵,替代它占据东滩湿地植被面积1/4的,可能是什么景色?
答案是:芦苇荡。相关生态学研究给出一套“崇明东滩植被群落自然演替过程”的基本模式:光滩裸地→莎草科植物群落→芦苇群落。这意味着,芦苇,这种常见于水畔的高大禾草将被自然确立为东滩的绝对优势种。
但基于理论的假设无效。1995年,东滩的水鸟发现,栖息地生长着一种陌生的植物。它的地上部分高1~2米,看上去有点柔弱,但在看不见的地下,发达的根状茎触及着深达0.5~1米的土层。当时的研究人员认为,这些互花米草可能是从江苏启东等地随水漂流而来。
据曾在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室工作的李贺鹏博士介绍,互花米草的原产地是美国东南海岸,一次偶然,1979年12月,南京大学几位教授赴美考察东海沿岸植被,将互花米草携带回国。其后的试验种植研究当中,科学家发现,这种一根一根生长致密的草可以减缓流速,阻挡风浪。中国是侵蚀灾害最严重的国家之一,70%左右的沙质海岸线及几乎所有开阔的淤泥质岸线均存在海岸侵蚀,这种海岸线的后退和海滩的下蚀是海水动力冲击造成的。专家于是建议将互花米草用作护岸固堤的生态工程。天津、江苏、福建、海南等地陆续从中受惠。
于是,2000年,上海决定引种互花米草到东滩湿地,那时的担心竟然是:这种被寄予厚望的小草能否活下来?
阿利效应(Allee effect)是物种生态学重要原理之一,任何外来入侵种都要经过它的检验。它指出,“当种群密度低于某一阈值时,物种将会灭绝。”这是因为种群密度过于稀疏时,种群个体将因难以找到配偶或因近亲繁殖等因素导致出生率减小,死亡率增加。按理说入侵的互花米草无法繁殖,但检验结果是:只9个月里,1个单株可以扩散出222株。成功入侵。
生态学原理失效了吗?实际上,互花米草有两种繁殖方式,它的无性繁殖类似大蒜,能靠地下鳞茎,即蒜瓣生出新的个体。阿利效应只能解释产生种子的有性繁殖,对形成分株的无性繁殖则没有效果。因此,乍到东滩后,互花米草无性繁殖占优势,根状茎、断落植株等繁殖体的贡献超过了种子。
对海水的耐受力更使它快速适应了东滩的环境,国外科学家发现,这缘于它很不简单的结构:“互花米草具有高度发达的通气组织,为其根部提供足够的氧气,可以耐受每天12小时的浸泡”,“叶片上均具有泌盐组织,能将组织中的盐分排出植物体”,“根部具有显著的离子排斥机制,以减少钠离子的吸收”。
2003年,距离互花米草被人为引入东滩仅仅3年,我国公布了第一批外来入侵物种名单,它作为唯一的海岸盐沼植物名列其中,在十六种入侵物种当中位居第六。而在当年,没有人预料到它会对东滩如此适应,以至于改变了这个生态系统原有的秩序。
失去平衡的湿地
东滩,申城“最后的净土”,远离成桥新城48千米、上海新城46千米,那里原始滩涂的样貌似乎表明,它并不欢迎外人到来。但高扬、唐龙却客居在此。
2006年12月,刚刚迁出城市的夫妇两人发现,位于陆生生态系统、水生生态系统之间的这块地域的确难以适应。高扬说,宿舍区入口黑板上的潮汐表每日更换。首先是因为,不同的科学实验对潮位有不同的要求。但更重要的是出于安全考虑。
落潮时,潮沟尽现。潮沟是在潮间带上发育的一种地貌,由潮水冲刷而成的弯曲迂回的沟。有一次唐龙走过滩涂,被泥泞的潮沟困住,他只好放弃水靴拔出双腿,一路赤着脚走回来。但因为沿路较高的盐度和硬物而受伤,唐龙两个星期不能野外工作。他说,曾有一位老教授为了救陷入潮沟的学生,死在这片滩涂上。
尽管大多数城市居民无法像少数科研人员一样,与东滩保持一份长期的、近距离的关系,但它作为“地球之肾”的生态服务功能却将两者密切相连。
长江、东海交汇处这块20多年前形成的年轻湿地,占到全球湿地面积的10%。长江从上游携大约5亿吨泥沙而来,一半留在了入海口,因此,东滩正以每年100~150米的速度向海生长。东滩湿地能通过光合作用和呼吸作用与大气交换二氧化碳和氧气,消减温室气体;具有渗透和蓄水能力,将降水进入江河的时间滞后,达到消洪目的;作为一个新陈代谢旺盛的生态系统,为水产、滩涂植物、底栖生物、湿地鸟类提供栖息地。
但互花米草对这一切的平衡运转却是个威胁。
2005年7月,东滩正式升级为“崇明东滩国家级鸟类自然保护区”,东方白鹳、黑脸琵鹭、小白额雁、灰鹤、黑鹳、鸳鸯、野鸭等290余种留鸟或候鸟成为主角。迁徙季节,万鸟齐飞,遮天蔽日。大滨鹬,全世界迁徙距离最长的鸟,从澳大利亚、新西兰起飞,途经6000多千米抵达东滩时,体重已不足离开时的一半。一个月的休整期后,它又要远赴5000千米外,北极圈附近的西伯利亚和阿拉斯加繁衍。李贺鹏对记者说,“互花米草近年迅速向光滩蔓延,光滩面积正在缩小。”大滨鹬可能因此失去在东滩的旅行中继站,无处歇脚。
另一种国家一级保护动物白头鹤,每年来东滩越冬的数目有100多只。它们只在海三棱 草群落中觅食地下球茎和根茎海三棱草是中国土著种,与互花米草存在物种竞争,但对于盐、碱和淹水的耐受性,都不敌这个入侵种。
原本有希望成为优势种的芦苇也一样,虽然它在盐度低于5%的生境下比互花米草具有竞争优势,但在东滩的情况截然相反。而且,李贺鹏分析,“在潮滩高程分布上,海三棱草在1.8米以下不能生长,芦苇的高程下限是2.6米,两者与互花米草的最适生长高程有重叠。”结果将是,芦苇的种群数量减少,海三棱草甚至可能被互花米草完全取代。
有研究者还发现,过密的互花米草很可能会抑制底栖动物的生长。而沙蚕、泥螺、勾虾、蚓虫⋯⋯这些泥地中涌现出的生命刚好是杂食性鱼类的优良天然饵料,它们数量在减少等于断掉了鱼类的一部分食物来源,影响将由食物链传递给鸟类。
被榨干的东滩
其实在互花米草为害之前,东滩自然状态下的生态环境已被人为改变。
20世纪60年代,上海崇明本地人意识到,长江口泥沙淤积,其实使东滩成为一个不断涨大的土地资源。从此,围海造地开始大肆展开。人们相信,有荷兰的成功案例在先,围垦代表着新的生存空间和更好的就业机会。
近50年来,大的围垦共有4次,小规模的不可计数,目前累积 .垦面积已接近120平方千米。去东滩实地可以看到,海堤向外推进了10多千米,呈现在“崇明东滩1987~2002年围垦面积示意图”上,则是一组越来越趋近崇明岛东岸的“右括号”。在短短5年间,崇明东滩失去了75.78%的滩涂湿地。
经过1990年、1992年和1998年的三次围垦,海三棱草的地下球茎多被淤积所深埋,严重干扰了鸟类觅食,之后,鸭类数量下降,小天鹅几乎全群覆灭,白枕鹤已很少出现。但可见的收益遮蔽了盲目围垦的负面影响。
除了围垦,渔民还在以滩涂作业的方式向剩下的、未被改造的滩涂索要更多利益。滩涂作业与东滩多种鸟类的活动产生了一个时空冲突:捕鳗苗、收割芦苇和冬候鸟的停留季节重叠,捕捞海瓜子、捕摸黄泥螺、放牧和夏候鸟的停留季节重叠,而胆小的水鸟会被滩涂作业下的鼎沸人声吓跑。
为了从滩涂上获得一点利润,将以驱走珍稀水鸟,改变生态做代价。这是否值得?在2005年,复旦大学对崇明东滩及周边社区做过一项社会经济调查,结果发现,那些从事滩涂作业的渔民,在家庭收入上却不依赖于此!调查报告里提到,“崇明本地的滩涂作业者只占少数,且几乎全部是50岁以上的老渔民,子女已成年,有其它经济收入;大多数来自外地的渔民,家中有农田,生活也可以保障。”调研人员还建议,渔民其实可以考虑第三产业,比如培育观鸟。因为观鸟利用的是非消耗性再生资源,依赖于湿地及其生态系统,而不是破坏。
如果将崇明东滩所创造的生态服务价值考虑进来,会有说服力。仅2000年,这个数字达到了9.95亿元人民币,与此相比,滩涂作业创造的产值微乎其微。
制伏互花米草
在互花米草入侵东滩并开始野蛮生长以后,当地人发现,植物对于生态系统、生物多样性的破坏不逊于人。而且,对植物,没有道理、建议可言。
被互花米草入侵的中国地区不仅上海东滩一个。广东、福建、浙江、江苏和山东等沿海地区纷纷“告危”。但李贺鹏提醒,“对互花米草的利与弊应当公正地看待,对于互花米草的处理要因地制宜,在不同地区,要根据其特点相应地采取不同的处理”。
防风固堤的能力曾经为互花米草赢得了“生态系统工程师”的美誉。根据国家海洋局对东海沿岸有块石护坡的土质堤坝的观察结论:9005号台风登陆瓯江时,高程7.12米的永强海堤由于无互花米草保护,被风浪越过冲垮。但同样高程、堤前有20米~30米宽互花米草保护的沙中镇海堤的破坏程度较小,仅防波墙被冲毁。
“对于岸坡不稳定、正在遭受侵蚀以及经常受到台风侵袭的区域,应当保留该植物,或者说能有更好的植物发挥保护海岸作用的话,才可以去除该植物。”李贺鹏解释。一些重点区域,比如长江口这样以保护生物多样性、保护鸟类为主的地区,应该根除。
但根除互花米草绝非易事,高扬和唐龙试过了围堤、刈割、火烧、施化学除草剂、晒地、水淹、移栽芦苇,但彻底的解决方案仍不肯露面。一方面,只刈割的话,残留在地下的根状茎不久又会重新长出幼苗,另一方面,虽然长时间浸泡能使互花米草因缺氧而死亡,但这种方法也会导致其他生物死亡,而且只能在潮水可以到达的区域使用。
“刈割+水位调控”是一个折中的办法。这完全是唐龙的一个意外发现,他有一天路过积水区域时,看到里面被割掉的互花米草竟然不会再次生长,于是产生灵感。他们的研究目前就停在这一步。国际上也认为,让互花米草大面积退出东滩湿地还尚待时日。
制图 | 芒果
镰刀划过弧线,高扬砍下一小束互花米草丢在东滩的滩涂上。她抬起头,看不出这10平方千米,相当于1400个标准足球场面积的互花米草有任何减少。
20世纪90年代以前,在上海崇明岛最东端的60多万平方千米内,还找不到一株这种名字拗口的外来入侵植物。现在它却以每年2平方千米的速度,疯狂圈占着东滩的湿地。
反客为主的“洋草”
高扬和她丈夫唐龙,分别是中科院水土保持研究所、复旦大学生物多样性科学研究所的在读博士研究生,三年多来,他们在上海崇明东滩不断重复这挥起、落下的割草动作。唐龙说,他们所从事的探寻互花米草生态控制方法的工作,是一项国际公认“困难又昂贵的事业”。
在东滩,投入巨大而成果无几的研究者们也曾试图猜想,如果一开始没有互花米草的意外入侵,替代它占据东滩湿地植被面积1/4的,可能是什么景色?
答案是:芦苇荡。相关生态学研究给出一套“崇明东滩植被群落自然演替过程”的基本模式:光滩裸地→莎草科植物群落→芦苇群落。这意味着,芦苇,这种常见于水畔的高大禾草将被自然确立为东滩的绝对优势种。
但基于理论的假设无效。1995年,东滩的水鸟发现,栖息地生长着一种陌生的植物。它的地上部分高1~2米,看上去有点柔弱,但在看不见的地下,发达的根状茎触及着深达0.5~1米的土层。当时的研究人员认为,这些互花米草可能是从江苏启东等地随水漂流而来。
据曾在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室工作的李贺鹏博士介绍,互花米草的原产地是美国东南海岸,一次偶然,1979年12月,南京大学几位教授赴美考察东海沿岸植被,将互花米草携带回国。其后的试验种植研究当中,科学家发现,这种一根一根生长致密的草可以减缓流速,阻挡风浪。中国是侵蚀灾害最严重的国家之一,70%左右的沙质海岸线及几乎所有开阔的淤泥质岸线均存在海岸侵蚀,这种海岸线的后退和海滩的下蚀是海水动力冲击造成的。专家于是建议将互花米草用作护岸固堤的生态工程。天津、江苏、福建、海南等地陆续从中受惠。
于是,2000年,上海决定引种互花米草到东滩湿地,那时的担心竟然是:这种被寄予厚望的小草能否活下来?
阿利效应(Allee effect)是物种生态学重要原理之一,任何外来入侵种都要经过它的检验。它指出,“当种群密度低于某一阈值时,物种将会灭绝。”这是因为种群密度过于稀疏时,种群个体将因难以找到配偶或因近亲繁殖等因素导致出生率减小,死亡率增加。按理说入侵的互花米草无法繁殖,但检验结果是:只9个月里,1个单株可以扩散出222株。成功入侵。
生态学原理失效了吗?实际上,互花米草有两种繁殖方式,它的无性繁殖类似大蒜,能靠地下鳞茎,即蒜瓣生出新的个体。阿利效应只能解释产生种子的有性繁殖,对形成分株的无性繁殖则没有效果。因此,乍到东滩后,互花米草无性繁殖占优势,根状茎、断落植株等繁殖体的贡献超过了种子。
对海水的耐受力更使它快速适应了东滩的环境,国外科学家发现,这缘于它很不简单的结构:“互花米草具有高度发达的通气组织,为其根部提供足够的氧气,可以耐受每天12小时的浸泡”,“叶片上均具有泌盐组织,能将组织中的盐分排出植物体”,“根部具有显著的离子排斥机制,以减少钠离子的吸收”。
2003年,距离互花米草被人为引入东滩仅仅3年,我国公布了第一批外来入侵物种名单,它作为唯一的海岸盐沼植物名列其中,在十六种入侵物种当中位居第六。而在当年,没有人预料到它会对东滩如此适应,以至于改变了这个生态系统原有的秩序。
失去平衡的湿地
东滩,申城“最后的净土”,远离成桥新城48千米、上海新城46千米,那里原始滩涂的样貌似乎表明,它并不欢迎外人到来。但高扬、唐龙却客居在此。
2006年12月,刚刚迁出城市的夫妇两人发现,位于陆生生态系统、水生生态系统之间的这块地域的确难以适应。高扬说,宿舍区入口黑板上的潮汐表每日更换。首先是因为,不同的科学实验对潮位有不同的要求。但更重要的是出于安全考虑。
落潮时,潮沟尽现。潮沟是在潮间带上发育的一种地貌,由潮水冲刷而成的弯曲迂回的沟。有一次唐龙走过滩涂,被泥泞的潮沟困住,他只好放弃水靴拔出双腿,一路赤着脚走回来。但因为沿路较高的盐度和硬物而受伤,唐龙两个星期不能野外工作。他说,曾有一位老教授为了救陷入潮沟的学生,死在这片滩涂上。
尽管大多数城市居民无法像少数科研人员一样,与东滩保持一份长期的、近距离的关系,但它作为“地球之肾”的生态服务功能却将两者密切相连。
长江、东海交汇处这块20多年前形成的年轻湿地,占到全球湿地面积的10%。长江从上游携大约5亿吨泥沙而来,一半留在了入海口,因此,东滩正以每年100~150米的速度向海生长。东滩湿地能通过光合作用和呼吸作用与大气交换二氧化碳和氧气,消减温室气体;具有渗透和蓄水能力,将降水进入江河的时间滞后,达到消洪目的;作为一个新陈代谢旺盛的生态系统,为水产、滩涂植物、底栖生物、湿地鸟类提供栖息地。
但互花米草对这一切的平衡运转却是个威胁。
2005年7月,东滩正式升级为“崇明东滩国家级鸟类自然保护区”,东方白鹳、黑脸琵鹭、小白额雁、灰鹤、黑鹳、鸳鸯、野鸭等290余种留鸟或候鸟成为主角。迁徙季节,万鸟齐飞,遮天蔽日。大滨鹬,全世界迁徙距离最长的鸟,从澳大利亚、新西兰起飞,途经6000多千米抵达东滩时,体重已不足离开时的一半。一个月的休整期后,它又要远赴5000千米外,北极圈附近的西伯利亚和阿拉斯加繁衍。李贺鹏对记者说,“互花米草近年迅速向光滩蔓延,光滩面积正在缩小。”大滨鹬可能因此失去在东滩的旅行中继站,无处歇脚。
另一种国家一级保护动物白头鹤,每年来东滩越冬的数目有100多只。它们只在海三棱 草群落中觅食地下球茎和根茎海三棱草是中国土著种,与互花米草存在物种竞争,但对于盐、碱和淹水的耐受性,都不敌这个入侵种。
原本有希望成为优势种的芦苇也一样,虽然它在盐度低于5%的生境下比互花米草具有竞争优势,但在东滩的情况截然相反。而且,李贺鹏分析,“在潮滩高程分布上,海三棱草在1.8米以下不能生长,芦苇的高程下限是2.6米,两者与互花米草的最适生长高程有重叠。”结果将是,芦苇的种群数量减少,海三棱草甚至可能被互花米草完全取代。
有研究者还发现,过密的互花米草很可能会抑制底栖动物的生长。而沙蚕、泥螺、勾虾、蚓虫⋯⋯这些泥地中涌现出的生命刚好是杂食性鱼类的优良天然饵料,它们数量在减少等于断掉了鱼类的一部分食物来源,影响将由食物链传递给鸟类。
被榨干的东滩
其实在互花米草为害之前,东滩自然状态下的生态环境已被人为改变。
20世纪60年代,上海崇明本地人意识到,长江口泥沙淤积,其实使东滩成为一个不断涨大的土地资源。从此,围海造地开始大肆展开。人们相信,有荷兰的成功案例在先,围垦代表着新的生存空间和更好的就业机会。
近50年来,大的围垦共有4次,小规模的不可计数,目前累积 .垦面积已接近120平方千米。去东滩实地可以看到,海堤向外推进了10多千米,呈现在“崇明东滩1987~2002年围垦面积示意图”上,则是一组越来越趋近崇明岛东岸的“右括号”。在短短5年间,崇明东滩失去了75.78%的滩涂湿地。
经过1990年、1992年和1998年的三次围垦,海三棱草的地下球茎多被淤积所深埋,严重干扰了鸟类觅食,之后,鸭类数量下降,小天鹅几乎全群覆灭,白枕鹤已很少出现。但可见的收益遮蔽了盲目围垦的负面影响。
除了围垦,渔民还在以滩涂作业的方式向剩下的、未被改造的滩涂索要更多利益。滩涂作业与东滩多种鸟类的活动产生了一个时空冲突:捕鳗苗、收割芦苇和冬候鸟的停留季节重叠,捕捞海瓜子、捕摸黄泥螺、放牧和夏候鸟的停留季节重叠,而胆小的水鸟会被滩涂作业下的鼎沸人声吓跑。
为了从滩涂上获得一点利润,将以驱走珍稀水鸟,改变生态做代价。这是否值得?在2005年,复旦大学对崇明东滩及周边社区做过一项社会经济调查,结果发现,那些从事滩涂作业的渔民,在家庭收入上却不依赖于此!调查报告里提到,“崇明本地的滩涂作业者只占少数,且几乎全部是50岁以上的老渔民,子女已成年,有其它经济收入;大多数来自外地的渔民,家中有农田,生活也可以保障。”调研人员还建议,渔民其实可以考虑第三产业,比如培育观鸟。因为观鸟利用的是非消耗性再生资源,依赖于湿地及其生态系统,而不是破坏。
如果将崇明东滩所创造的生态服务价值考虑进来,会有说服力。仅2000年,这个数字达到了9.95亿元人民币,与此相比,滩涂作业创造的产值微乎其微。
制伏互花米草
在互花米草入侵东滩并开始野蛮生长以后,当地人发现,植物对于生态系统、生物多样性的破坏不逊于人。而且,对植物,没有道理、建议可言。
被互花米草入侵的中国地区不仅上海东滩一个。广东、福建、浙江、江苏和山东等沿海地区纷纷“告危”。但李贺鹏提醒,“对互花米草的利与弊应当公正地看待,对于互花米草的处理要因地制宜,在不同地区,要根据其特点相应地采取不同的处理”。
防风固堤的能力曾经为互花米草赢得了“生态系统工程师”的美誉。根据国家海洋局对东海沿岸有块石护坡的土质堤坝的观察结论:9005号台风登陆瓯江时,高程7.12米的永强海堤由于无互花米草保护,被风浪越过冲垮。但同样高程、堤前有20米~30米宽互花米草保护的沙中镇海堤的破坏程度较小,仅防波墙被冲毁。
“对于岸坡不稳定、正在遭受侵蚀以及经常受到台风侵袭的区域,应当保留该植物,或者说能有更好的植物发挥保护海岸作用的话,才可以去除该植物。”李贺鹏解释。一些重点区域,比如长江口这样以保护生物多样性、保护鸟类为主的地区,应该根除。
但根除互花米草绝非易事,高扬和唐龙试过了围堤、刈割、火烧、施化学除草剂、晒地、水淹、移栽芦苇,但彻底的解决方案仍不肯露面。一方面,只刈割的话,残留在地下的根状茎不久又会重新长出幼苗,另一方面,虽然长时间浸泡能使互花米草因缺氧而死亡,但这种方法也会导致其他生物死亡,而且只能在潮水可以到达的区域使用。
“刈割+水位调控”是一个折中的办法。这完全是唐龙的一个意外发现,他有一天路过积水区域时,看到里面被割掉的互花米草竟然不会再次生长,于是产生灵感。他们的研究目前就停在这一步。国际上也认为,让互花米草大面积退出东滩湿地还尚待时日。