专利名称：一种防止和/或遏制紫茎泽兰入侵生态系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种防止和/或遏制紫茎泽兰入侵生态系统的方法。
背景技术：
由于现代科学技术的高速发展，特别是交通的日益发达和便利，使得一些生物种类远距离高效率的传播成为现实，并由此导致了目前全球性的生态学灾难——生物入侵。在我国，紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)等外来有害植物侵占我国广大地域，排挤本地植物，形成优势种群和密集的灌木覆盖层，使森林无法进行天然更新，严重破坏了我国生态系统的结构和功能，已经给部分区域生态环境带来了严重的危害。同时，紫茎泽兰的枝叶对人和牲畜有明显的毒性，牲畜误食或吸入带刺冠毛的种子会导致肺炎，降低牲畜的经济价值或导致其失去使役功能，甚至引起死亡；人吸入紫茎泽兰种子也会引起腹泻、气喘、鼻腔糜烂流脓等病征。紫茎泽兰入侵农业生态系统后，导致农业生产成本提高和农作物产量与品质下降。因此，紫茎泽兰的入侵是区域经济发展的一大障碍。
尽管目前国内外在治理紫茎泽兰入侵方面已付诸了巨大的努力，但是迄今仍没有行之有效的方法。在我国西南地区的云南、贵州、四川、广西、重庆等省(区、市)，人们虽然尽了很大努力去治理，但在治理后的土地上紫茎泽兰又轻而易举地再次入侵。如此循环，既浪费了人力、财力和物力，又见效不大，使人们逐渐失去了进一步治理紫茎泽兰入侵的信心。目前紫茎泽兰在我国仍以每年约10～60公里的速度向内地扩张，显然在我国寻找能有效地防止和/或遏制有害植物紫茎泽兰入侵和危害的新技术迫在眉睫。
生态系统中的生态位空缺和入侵植物繁殖、生长迅速，是植物入侵能够成功的两个重要前提。就某一地区生态系统本身来说，生态系统由于受到外界干扰而导致生态系统种类组成、空间结构和系统功能的受损，就会出现生态位空缺，为外来有害植物提供了可入侵的空间，一旦入侵成功，它们便通过快速生长繁殖的方式排挤本地物种，形成优势种群和密集的单优群落，导致当地生态系统生物多样性的丧失。
在我国西南地区，紫茎泽兰能够入侵的生态系统类型主要集中在以下四种第一种是林冠层盖度在70％以下(包括70％)的疏林；第二种是以灌木种类为主组成的灌丛和稀疏灌草丛；第三种是由于森林采伐、开矿、修路、农业用地弃耕所导致的以草本植物为主的宜林荒山荒地；和第四种是沿道路两侧以杂草、灌木及乔木的幼树组成的路域生态系统。在四川省攀枝花市，沿各级公路两侧及周边地区，紫茎泽兰在海拔1800～2400米的范围内，常常形成密集的单优群落，是防治的重点区域。
紫茎泽兰繁殖非常迅速，平均每株结实20～100万粒；其种子极轻，千粒重仅有0.04～0.045克，并带有冠毛，极易随风长距离传播。同时，车辆通行和沿道路的气流更为紫茎泽兰种子的远距离传播提供了有利条件。另一方面，我国西南地区的气候非常适合的快速生长，紫茎泽兰种子当年即可发芽，尽管开始生长缓慢，旱季一般苗高5～30厘米，但次年雨季后是其快速生长时期，至下一个旱季到来时其高度在比较干旱环境下可达50～80厘米，而在环境比较湿润的条件下高度达90～120厘米，每株紫茎泽兰可形成直径30～80厘米的覆盖范围，并达到了性成熟，进行开花结实。三年生的紫茎泽兰即达到鼎盛时期，每一植株的分枝分蘖高达100枝，覆盖面积达1平方米，结实达50～80万粒，并在以后的5～8年时间内一直保持不断增长的势头。
此外，以下三个方面的原因更有助于紫茎泽兰的入侵，并且入侵后难于治理1.由于我国西南地区四季温差不大而秋冬干旱明显，进入旱季植物群落中的一年生草本植物开始枯死，多年生草本植物和很多树木也常常落叶休眠，但在雨季发芽的紫茎泽兰幼苗却能够在旱季期间一直能够保持生长，从而占据了由于本地植物枯死或休眠期所造成的生态位空缺；2.在秋冬干旱季节由于太阳高度角的变化，使得原本光线不足的地方得到很好的光照，这给紫茎泽兰幼苗的生长发育带来了机遇；当雨季本地植物种类开始发芽生长时紫茎泽兰已经进入高速生长阶段，树立了自己的“空中优势”，从而使自己在竞争中处于优势的地位。我们把这种由于入侵植物与本地植物在生物节律上的差异而造成的入侵现象称之为“时间差效应”，紫茎泽兰就是利用了这种时间差不断入侵的，这使得年复一年的治理不见成效；3.由于紫茎泽兰具有食草动物不喜欢的特殊气味，家畜的践踏和选择性地啃食本地植物，客观上也起到了加速本地植物萎缩、导致生态系统退化的作用，从而增强了紫茎泽兰的竞争优势。
物种替代是治理和遏制外来植物入侵的重要措施之一，其原理是利用生态安全性高的本地物种占据入侵种的生态位，遏制外来种的生长，排斥外来种生存，从而达到抵御和治理外来植物入侵的目的。但在我国，目前所使用的替代植物种类却几乎都是从国外引进的。很多事实已经说明这样的替代治理存在着新的外来物种入侵的威胁，其防治效果也受到了普遍的置疑，因而被称之为“前门尚未赶走虎，后门又引入了狼”，是不可取的。最近国内还不断有人建议采用一种引进的外来植物禾本科狼尾草属的杂交种皇竹草(Pennisetum purpureum×P.typhoideum)来替代紫茎泽兰。皇竹草作为替代植物具有以下危险性不容忽略1.外来植物禾本科狼尾草属的一些种类已被一些国家列为入侵种，而作为杂交种皇竹草则具有更大的危险性，存在着很大的安全隐患，因为皇竹草是一种高可达4～6米、根茎可在60厘米的土层内形成盘根错节的外来植物，在替代遏制紫茎泽兰入侵的同时，也将会对森林的发育与更新造成严重的不良影响，甚至会带来比紫茎泽兰危害更大的生态灾难；2.皇竹草在秋冬季节(旱季)是重大的火灾隐患，一旦失火其后果将不堪设想。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全、有效、经济的防止和/或遏制紫茎泽兰入侵生态系统的方法。
本发明的内容包括1.找到一种能和紫茎泽兰抗衡的本地植物；2.找到一种有效新型的生态系统管理方法，促进这种能和紫茎泽兰抗衡的本地植物和本地其他植物一起尽早发挥生态优势，迅速和长期占领清除紫茎泽兰出现的空地或者是紫茎泽兰易入侵的空地，能够从根本上有效地抵御外来有害植物紫茎泽兰对生态系统的入侵和造成的危害。本专利发现能和紫茎泽兰抗衡的本地植物是石竹科(Caryophyllaceae)的星毛繁缕(Stellaria vestita)，利用星毛繁缕替代紫茎泽兰，既安全又经济；本专利还发现，通过新型的生态系统管理方法，可以使星毛繁缕和本地其他植物一起迅速生长并能长期占领清除紫茎泽兰出现的空地或者是紫茎泽兰易入侵的空地，能从根本上有效地抵御外来有害植物紫茎泽兰对生态系统的入侵。
星毛繁缕为石竹科繁缕属(Stellaria L.)多年生的蔓性草本植物，在我国黄河流域及以南广大地区都有分布。星毛繁缕茎细弱，长可达1.5米或更长，匍匐地表或斜伸依附其他植物体上。在我国西南地区，星毛繁缕是一种常绿的草本。
试验证明，石竹科植物星毛繁缕是一种能够在旱季与紫茎泽兰相抗衡并在与紫茎泽兰幼苗生长与生存竞争中占有明显优势的种类，通过引入种植并加以合理的配置和科学的管理，星毛繁缕完全能够在紫茎泽兰容易入侵和已经入侵的生态系统类型中发挥作用，从而有效地阻止紫茎泽兰利用“时间差效应”在旱季幼苗迅速生长并占据空间优势的入侵行为，为替代防治外来有害物种紫茎泽兰入侵的可持续性治理提供了基本的保障。
星毛繁缕能够在与紫茎泽兰竞争中占优势主要有以下三个方面的原因1.星毛繁缕在生长季节(雨季)比较耐荫，枝条细长，叶片稀疏、颜色淡绿，毛被稀少，常依附于其他植物枝干上或平铺于地面，其枝在接触地表的节处易萌生不定根；当旱季到来其他植物开始枯萎死亡时，星毛繁缕在其基部及已生有不定根的节处开始长出节间短缩、叶片密集、密被灰白色柔毛的新枝，形成以主根部为中心、半径30～60厘米不等的圆形或椭圆形，能给予地表以密集的覆盖；2.星毛繁缕在秋冬干旱季仍能够维持密集的枝叶而不枯萎；3.星毛繁缕对牲畜来说由于多毛而适口性很差，能够有效地避免家畜的啃食。
本发明具有以下的优点1.星毛繁缕作为能与紫茎泽兰抗衡并占有优势的种类，在本发明的替代种植和管理技术条件下，经过1～3年的生长即可达到在自然条件下在全年，尤其在旱季占据非常明显的空间优势，能够有效地防止紫茎泽兰利用“时间差效应”占领生态位的现象，再经过一年的管理与扶持，即可达到完全遏制紫茎泽兰的入侵和/或再入侵。在以后生态系统管理方面只要在现有林业政策的基础上实行禁止散牧牲畜，就可以达到长期地、可持续地遏制紫茎泽兰入侵危害。2.由于发育较好的植被生态系统本身对紫茎泽兰已经有了很强的抵抗能力，所以紫茎泽兰入侵的区域里占有很大比重的是疏林、宜林荒山荒地、灌丛、路域生态系统等一些生态系统类型，而本发明的适用对象正好是这些受灾严重的生态系统类型，所以具有很强的针对性。3.星毛繁缕是我国的本地物种，不存在任何生态安全方面的隐患，可以和其他本地植物友好相处，用其进行紫茎泽兰入侵替代治理，有利于生态系统的结构与功能及生物多样性的恢复。4.尽管在旱季，我国的西南地区短时间的降雨甚至强降雨几乎每年都有发生，因此在旱季星毛繁缕所形成的地表覆盖有利于旱季遭遇强降水时的水土保持。5.由于星毛繁缕旱季覆盖的厚度一般为5～10厘米，树木的种子发芽后能够伸出或很快伸出覆盖层外，因此星毛繁缕密集的地表覆盖对林业树种的更新不会造成影响。6.本发明也为容易遭受紫茎泽兰入侵的区域提供了预防方案，特别是道路施工等工程后的环境治理与绿化建设。
对紫茎泽兰的替代治理试验表明通过适宜的种植时间、合理的种植方式和科学的管理模式，将星毛繁缕种植到上述紫茎泽兰入侵的生态系统中，能够达到长期可持续性遏制紫茎泽兰入侵的目的。
具体实施例方式
实施例中的方法如无特别说明，均为常规方法。防止和/或遏制紫茎泽兰入侵生态系统的技术是一个清除紫茎泽兰、引入种植星毛繁缕和生态系统管理技术的集成。本发明通过以下的实施例来进一步详细描述，实施例1.星毛繁缕替代治理前的紫茎泽兰清除处理技术进行实验的生态系统包括以下4种四川省攀枝花市仁和区务本乡大黑山属于林冠层盖度在70％以下(包括70％)的疏林；四川省攀枝花市仁和区平地镇大部分山地属于以灌木种类为主组成的灌丛和稀疏灌草丛；由于森林采伐、开矿、修路、农业用地弃耕所导致的以草本植物为主的宜林荒山荒地；四川省攀枝花市仁和区沿108国道以及各级公路两侧以杂草、灌木及乔木的幼树组成的路域生态系统。他们分别被命名为A、B、C和D型试验地。
在紫茎泽兰已经占绝对优势的上述生态系统中，在紫茎泽兰的生长旺季9月到10月，以高效低毒除草剂草甘膦水溶液对紫茎泽兰进行喷施，待紫茎泽兰全部枯死后(20～30天)及时将其清除，清除的办法是进行人工拔除并运送到安全地带焚烧或用作燃料。由于紫茎泽兰密集，生长于其下的一些本地植物一般不会受到药害，所以在清除枯死的紫茎泽兰时，要尽可能地将这些本地植物都保留下来。
试验中也用了除草剂灭草烟和百草枯分别替代草甘膦，替代结果是灭草烟能够将紫茎泽兰全部杀死，但在土壤中留有残毒，导致施药后4～6个月的时间里几乎所有植物都无法存活，使引入种植的星毛繁缕存活率很低或无法存活；百草枯只能杀死紫茎泽兰的叶和嫩枝，而不能使紫茎泽兰全部死亡，起不到应有的灭杀作用。
实施例2.星毛繁缕的引入种植技术以A型试验地为例，描述星毛繁缕的引入至生态系统中进行种植。将在步骤一中清除紫茎泽兰后的A型试验地中，选出1600平方米用于星毛繁缕的引入种植试验。将选出1600平方米分成4块，分别为命名为Aa、Ab、Ac和Ad试验地。其中Aa、Ab、Ac试验地用如下三种星毛繁缕的种植方法引入种植星毛繁缕，Ad试验地不引入种植星毛繁缕作为对照。
1、星毛繁缕的引入移植技术星毛繁缕的引入移植的时间在清除紫茎泽兰后的次年6月底～7月中旬进行。在Aa、试验地按5厘米×10厘米～10厘米×30厘米的株行距挖穴，穴的深度和直径均为8～15厘米，挖好后用地表腐殖土将穴填满，然后用园林小锹或手拔开腐殖土，将星毛繁缕根部置于其中后覆土，使其与地表保持平整。移植成活率达100％；旱季移植要在移植后立即浇水并保持土壤湿润20～30天，成活率达85％以上。星毛繁缕连根移植1周后即有新根长出和新枝发芽，1个月开始蔓性生长，3～5个月藤蔓长度达50厘米左右，干旱季节来临时便可形成直径约50厘米呈灰白色而又密集的地表覆盖。
2、星毛繁缕的扦插育苗引入种植技术1)星毛繁缕的扦插育苗由于星毛繁缕果实很小，成熟期不一致，成熟后果壳开裂种子极易散落，采摘比较困难，所以采用扦插的方法进行育苗。扦插虽然容易成活，但由于星毛繁缕枝条细弱，单独进行扦插成活率虽然较高，成活后前期长势较弱，集中育苗有利于星毛繁缕幼苗的早期管护和移栽后尽快发挥遏制紫茎泽兰入侵的作用。
在星毛繁缕生长旺季采集其枝条，并及时地将其按5～10厘米的行距在苗圃里进行扦插，即将星毛繁缕的整个枝条按照行的走向平铺在苗床地面上，星毛繁缕的节间距离即为幼苗的株距。铺好后覆土0.5～1厘米，覆土后注意必须将星毛繁缕的叶片露在外面，再以喷雾器浇水。苗床上方要搭遮荫棚，遮荫强度为70～85，以免强烈的直射阳光导致星毛繁缕体内水分平衡失调而枯死。根据土壤的湿度状况，以喷雾器或喷壶保持土壤湿润，10天左右星毛繁缕就会在其每一个节处产生不定根，腋芽也开始萌发。1个月左右待新发的芽长出5厘米左右时，2个月后可用刀将埋在地表下星毛繁缕老枝于节间切断以促进各自独立发育。经上述的处理，星毛繁缕枝条的每一节发育成为一个新的独立植株，成活率为80％～98％。
2)星毛繁缕育苗后的移栽苗圃扦插的星毛繁缕幼苗经过一个生长季节的生长后，茎蔓长度可以达到10厘米左右，叶片10对以上。由于星毛繁缕的叶为对生，所以每株扦插苗一般均有两个枝条。达到这个标准后，在星毛繁缕的移植时间在清除紫茎泽兰后次年的6月底～7月中旬里，将上述星毛繁缕幼苗的根部稍带土的方式起苗，移栽到Ab试验地里。移栽的方法和星毛繁缕的引入种植方法一样。
3、星毛繁缕直接扦插技术在Ac试验地里直接扦插星毛繁缕，以减少管理的中间环节。直接扦插选择在雨水较多的期间进行，以免干旱导致成活率降低。直接扦插以10～25厘米的行距，株距以星毛繁缕的节间长度为准。具体方法同步骤2中的1)，并借助生态系统残留的本地植物作为星毛繁缕的遮荫物。对于紫茎泽兰清除后基本没有其它植物的生态系统，由于缺乏必要遮荫，星毛繁缕扦插成活率较低，在35％～65％之间，所以清理后的生态系统如果植被盖度低于35％时不宜运用直接扦插技术进行星毛繁缕替代防治。
在上述三种引入种植星毛繁缕的技术中，星毛繁缕引入种植后经过一定时间的生长发育即可形成适宜的保护层，生态系统中原有的本地植物通常比较高大，因此星毛繁缕对它们没有影响，而旱季对地表的密集覆盖则能够有效地遏制了紫茎泽兰的再度入侵。直接引入种植的星毛繁缕经过1个生长季节(1年中的生长季节，周期为一年)就能达到遏制紫茎泽兰入侵的目的，扦插育苗后移植和直接扦插所需要的时间为2～3个生长季节(2～3年)。
对B、C和D型的试验地进行了与A型试验地同样的引入种植星毛繁缕的试验，试验结果一致。
实施例3.生态系统管理技术在步骤二中星毛繁缕移植或扦插后，幼苗生长初期的1～2月的时间内，针对星毛繁缕初期生长较弱的特点，既要保持一定的上层植物的密度以保证必要的遮荫，又要经常清除紫茎泽兰以防止紫茎泽兰过分茂密对星毛繁缕幼苗发育所造成的不良影响，当星毛繁缕幼苗藤蔓长度达50厘米并开始分枝时，即能开始发挥其旱季占据空间生态位的优势，抑制紫茎泽兰再度入侵的作用。
此外，星毛繁缕替代治理的地段始终要严格禁止与生态系统管理无关的人类活动，特别是放牧，因为牲畜取食时的践踏将对星毛繁缕的成活和生长造成不良影响。在替代治理实施后林下放牧牲畜始终要坚决禁止，在星毛繁缕尚未发挥其抑制作用时，除放牧外，其他与生态系统管理无关的人为活动如砍伐、挖药、砍柴、挖药、开山取土取石、打猎，也都需要严格禁止。
替代试验结果上述步骤的直接移植、育苗后移栽、直接扦插等系列星毛繁缕替代试验中，喷施除草剂清除紫茎泽兰的上述生态系统中，通过直接移植、育苗后移栽、直接扦插星毛繁缕1年后，紫茎泽兰幼苗发生率均分别为4～6％、6～8％、7～10％(按占1米×1米的调查样方数的比例计，下同)，而未进行替代处理的对比样地Ad的紫茎泽兰复发(幼苗出土)率仍高达75～95％。结合人工护理和严格禁牧等管理，经过1～3个生长季节(年)后，在喷施除草剂清除紫茎泽兰的生态系统中，紫茎泽兰在上述星毛繁缕替代治理的上述生态系统中的发生率均不足5％，且紫茎泽兰幼苗普遍生长发育不良，完全达到了有效控制外来有害植物入侵的总体目标。
在A型试验地北部相距500米的临近区域，紫茎泽兰覆盖率为2％，尚未成灾。在该区域选出1600平方米用于星毛繁缕的引进和预防紫茎泽兰入侵试验。在该试验中，除没有紫茎泽兰清除处理步骤外，其余步骤完全相同。次年6月份发现在引入种植星毛繁缕的试验地里，星毛繁缕和本地其他植物的覆盖率达到85％～95％，没有看见大的紫茎泽兰；在没有引进星毛繁缕试验地，紫茎泽兰的覆盖率已经达到8％～12％。
权利要求
1.一种有效防止和/或遏制外来有害植物紫茎泽兰对生态系统入侵和危害的方法，其特征是该方法利用能和紫茎泽兰抗衡的本地植物石竹科植物种类星毛繁缕和本地植物一起发挥生态优势来占领出现和/或易出现紫茎泽兰灾情的生态系统，防止和/或遏制紫茎泽兰入侵生态系统，具体包括以下步骤1)在适宜的时间和用合适的方法在出现紫茎泽兰灾情的生态系统中先清除紫茎泽兰；2)引入种植本地植物星毛繁缕；3)促进星毛繁缕和本地植物一起发挥生态优势，占领清除紫茎泽兰的空地或者是紫茎泽兰易入侵的空地。
2.根据权利要求1所述的有效防止和/或遏制外来有害植物紫茎泽兰对生态系统入侵和危害的方法，其中所述步骤1)中的适宜的时间是指在紫茎泽兰的生长旺季的6到11月，该段时间为化学除草剂清除紫茎泽兰的有效时间，其中9月到10月间为最佳时间；合适的方法是指用高效除草剂喷施紫茎泽兰，待紫茎泽兰枯死20～30天后，及时进行人工拔除并运送到安全地带焚烧或用作燃料，其中高效化学除草剂包括灭草烟(别名依灭草，英文名Imazapyr，化学名2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸)，草甘膦(别名农达，英文名glyphosate，化学名N-(磷酸甲基)甘氨酸)，以及百草枯(别名克无踪，对草快，草枯灵，英文名Paraquat，化学名1，1’-二甲基-4，4’-联吡啶)，其中以草甘膦清除紫茎泽兰的效果最好；出现紫茎泽兰灾情的生态系统包括林冠层盖度在70％以下(包括70％)的疏林，以灌木种类为主组成的灌丛和稀疏灌草丛，由于森林采伐、开矿、修路、农业用地弃耕所导致的以草本植物为主的宜林荒山荒地，和沿各级公路两侧以杂草、灌木及乔木的幼树组成的路域生态系统。
3.根据权利要求1所述的有效防止和/或遏制外来有害植物紫茎泽兰对生态系统入侵和危害的方法，其中所述引入本地植物星毛繁缕包括星毛繁缕的三种种植方式和时间，第一种是按5厘米×10厘米～10厘米×30厘米的株行距直接移植星毛繁缕植株到需要防治的生态系统中；第二种是在苗圃里按5～10厘米的行距扦插星毛繁缕枝条进行育苗，然后将所繁育的扦插苗再按5厘米×10厘米～10厘米×30厘米的株行距移植到需要防治的生态系统中，上述二种移植的时间都是在清除紫茎泽兰后次年的6月底～7月中旬进行；第三种是在清除紫茎泽兰后次年的6～9月，以5厘米×10厘米～10厘米×15厘米的株行距在需要防治的生态系统中直接扦插星毛繁缕枝条，株行距大小随季节进行调整，季节早株行距大，季节晚株行距小。
4.根据权利要求1所述的有效防止和/或遏制外来有害植物紫茎泽兰对生态系统入侵和危害的方法，其中所述促进星毛繁缕和本地植物一起发挥生态优势，占领清除紫茎泽兰的空地或者是紫茎泽兰易入侵的空地的方法包括1)当星毛繁缕的幼苗藤蔓长度未达到10厘米和没有分枝的时候，适时除掉紫茎泽兰的新生幼苗和在化学清除中没有能够除净的紫茎泽兰植株；2)治理的生态系统在种植星毛繁缕后，严格禁止一切危害星毛繁缕生长的人为活动，尤其是要严格禁止在治理地段内的砍樵、挖药、砍伐、采石、取土、刈割、放牧等人类活动，当星毛繁缕的幼苗藤蔓长度达50厘米并在秋季能够覆盖地表后仍需要继续禁止放牧活动。
全文摘要
本发明公开了一种防止和/或遏制紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)入侵生态系统的方法。该方法是引入能和紫茎泽兰抗衡的本地植物石竹科植物种类星毛繁缕(Stellaria vestita)到生态系统中，使其和本地植物一起发挥生态优势来占领出现和/或易出现紫茎泽兰灾情的生态系统，有效地遏制紫茎泽兰种子的萌发和幼苗的生长，提高生态系统自身抵抗紫茎泽兰入侵的能力，从根本上实现有效地防止和/或遏制有害外来植物紫茎泽兰对生态系统的入侵和危害。
文档编号A01G7/00GK1823568SQ20061006712
公开日2006年8月30日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者高贤明 申请人:中国科学院植物研究所