崇明 - FDUROP - 复旦大学.DOC

外来种互花米草在崇明东滩的扩散和控制模型研究 2003级世界经济系 薛静怡 生命科学学院 潘晓云 副教授 摘要：外来物种互花米草在中国滨海地区的入侵已经成为了一个棘手的问题，它在沿海滩涂的扩散蔓延严重妨碍了当地物种的生存，降低了生态系统的生物多样性，造成了巨大的生态和经济损失。本文以崇明东滩的互花米草种群为研究对象，首先建立了扩散模型来描述它的传播规律，从而推算出种群的扩散速度为960m/yr。根据2003、2004年崇明东滩互花米草分布的卫片图，算得其实际扩散速度为937m/yr，与模型估计值基本符合。在此基础上，我们又建立了控制模型，针对修筑大坝与人工拔除相结合的控制方法，进行成本-收益分析，得出了在种群前沿修建大坝是使控制成本最小化的筑坝位置。 关键词：互花米草，崇明东滩，生物入侵，扩散控制，成本-收益分析 1引言 互花米草（Spartina alterniflora Loisel.）原产于大西洋沿岸的墨西哥湾。由于其根系发达，耐盐耐淹，对保滩促淤、防护堤岸有很大作用，因此在1979年被引入中国（秦卫华等，2004；王卿等，2006）。但是，互花米草在我国沿海滩涂的成功定居和迅速扩散也带来了一系列严重的生态经济后果。2003年，它被列为16种我国公布的第一批外来入侵物种之一。 崇明东滩是2002年《湿地公约》认定的国际重要湿地（编号1144），是2005年被批准的国家级鸟类自然保护区，也是中国滨海滩涂生物多样性的关键地区之一。在东滩，互花米草的扩散已经妨碍到当地大型无脊椎动物的生存，排挤了土著植物海三棱藨草的生长，威胁到迁徙鸟类的栖息，从而降低了当地的生物多样性，使沿海海洋生态系统遭受侵害。所以，保护东滩湿地的当务之急就在于探索出一套对外来入侵种互花米草的监测和控制方案（陈中义，2004）。 对入侵种的最优控制策略应当更多地建立在对入侵种扩散过程研究的基础上（Higgins Richardson, 1996; Higgins et al., 2000）。然而，我国对互花米草扩散动态的研究仍然停留在传统的阶段，着眼于归纳物种的入侵力、生态系统的可入侵性以及入侵通道这些静态特征（邓自发等，2006），缺乏对生物入侵这一时空动态过程的定量分析。 在关于互花米草控制策略的研究中，Taylor和Hastings（2004）针对用机械或化学方法来拔除互花米草提出了密度-结构模型（density-structured model），从经济效率上分析了应该优先去除互花米草群落的边缘部分还是核心部分。而我国的研究都集中于对各种控制方法的描述性介绍以及定性评价上，缺少数量化的模型对它们进行效率评估。因此，无法为控制管理提供准确的依据。 本文包括两部分内容。第一，根据崇明东滩互花米草分层扩散的特征，采用行波方程，建立描述互花米草前沿扩散速度的模型。第二，在此基础上，用经济学的成本-收益分析框架，针对修筑大坝与手工拔除相结合的控制方法，就如何选择大坝的最优设置地点，从经济效率角度进行讨论。 2 互花米草的扩散模型 2.1 扩散模式 自2003年以来经过多次实地考察我们发现，互花米草种群在崇明东滩呈明显的分层扩散(stratified dispersal)特征，即种群在滩涂的建立和扩散包括长距离和短距离2类。长距离扩散是指通过潮水的涨落、冲刷和夹带，将处于较高潮位的一部分个体（株丛或小斑块）移带到较低潮位的滩涂上。另外种子被水流和风携带距离母株较远的滩面上萌发长成新斑块的过程也属于长距离扩散。短距离扩散主要指已经定居的互花米草斑块通过根状茎向四周蔓延。其扩散动态包括3个连续过程：1) 新斑块的形成；2）斑块的增长；3）斑块的连片使滋生带前沿向光滩推进（见图１）。 图 入侵种互花米草在崇明东滩的分扩散模式图舞毒蛾 （1） 其中，xmax是互花米草斑块能够形成的最大距离（即过渡带的长度）。并且，c=b(0)是幼苗形成的最大概率（即它在种群前沿处的形成概率）。（如图2所示） 图3互花米草过渡带中斑块形成速率 （2） 其中n0时互花米草斑块的初始质量，r是其斑块大小的内禀增长率。 在距离前沿x处，生长着不同年龄的互花米草斑块。距离前沿x、年龄为a的斑块的密度m(a,x)相当于a个时间单位之前斑块建立的概率。若假设前沿扩散概率是一个常数v，那么，在a个时间单位之前，这些互花米草斑块到前沿的距离则是x+av，因此m(a,x) = b(x+av)。所以，距离前沿x处的互花米草平均生物量为： 根据种群前沿的定义，N(0) = K，所以，