全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(4)：335—342
Journal of Wuhan Botanical Research
南水北调中线工程对具入侵性植物传播的潜在影响评估
何志恒 ，张全发
(1．中国科学院武汉植物园，武汉 430074；2．中国科学院研究生院，北京 100039)
摘 要：南水北调中线工程为水源区丹江IZI库区植物提供了水流这一新的传播途径。筛选了在丹江IZI库区分布而
尚未在工程沿线及受水区分布的植物，利用修正后的杂草风险评估系统(weed risk assessment，wRA)评估这些植物
的入侵性，并结合水流传播途径和营养繁殖特征，应用一个附加筛选系统进一步评估了这些植物入侵工程沿线和
受水区的能力。结果表明：共有145种水源区库区植物尚未在工程沿线及受水区分布，其中60种(41．4％)植物不
具有入侵性 ，63种 (43．4％)植物需要进一步的野外调查或者试验，7种 (4．8％)植物具有潜在入侵性，15种
(10．3％)植物需要更多的信息才能进行评估。具有潜在入侵性的物种均为水生或者湿生植物，表明该工程的实施
将可能对输水沿线及受水区的湿地和水生生态系统产生影响。
关键词：跨流域调水；杂草风险评估系统；生物入侵；丹江口库区
中图分类号：0948．13 文献标识码：A 文章编号：l000—470X(2007)04—0335-08
Assessment of the South．to．North Water Transfers Project
(Middle．Route)on the Invasion of Plant Species
HE Zhi．Heng ．ZHANG Quan-Fa
(1．Wuhan Botanical Garden，The Chinese Academy ofSciences，Wuhan 430074，China；
2．Graduate School ofthe Chinese Academy ofSciences，Beijing 100039，China)
Abstract：The South—to-North Water Transfers Project wil provide a new pathway-water dispersal-for
plant invasion．We compared the diference in flora between the water supplying area(i．e．，Danjiangkou
Reservoir Region)and water receiving areas of the project．A modified Australian and New Zealand weed
risk-assessment system (WRA)were used to identify vascular plants，which occuring in the water sup-
plying area but absent in the water receiving areas with potential invasiveness．Consequently，a secondary
screening system concerning the dispersal and productive capacities was applied for further evaluation．
There are 1 45 species absent in the water receiving areas in the Danjiangkou Reservoir Region．Of which，
40．8％ were non-invasive plants，43．5％ required further investigation，and 7 species were invasive．
These 7 species were aquatic and wetland species implying that the pmject might influence the wetland
and aquatic ecosystems in the water receiving areas．
Key words：Interbasin water transfer；Weed risk-assessment system；Biological invasion；Danjiangkou
Reservoir Region
生物入侵是指在自然、半 自然生态系统或生境
中，外来物种建立种群并影响和威胁到本地生物多
样性的过程。生物人侵是一个复杂的链式过程，分
为外来种的引人、初期定居与成功建立种群、时滞、
扩散及暴发四个阶段⋯。人侵物种在新的地区扩
散及种群暴发，会给当地的生态环境造成危害，导致
整个生态系统结构和功能的变化 l3 J。随着全球经
济一体化进程的加快，人类的贸易和交通活动促进
了各地区间的物种交流，扩大了生物人侵的地理范
围。生物入侵已成为当前全球三大环境问题之一，
并被广泛地视为全球变化的重要组成部分 。 。
生物人侵的防治重点在于预防，目前已有多种
预测入侵植物的方法，但在早期多着眼于分析入侵
植物的生物学特征。Gray 最早对入侵植物的特征
进行了归纳总结。Baker 列出杂草性物种的特征
目录，认为较多符合这些特征的植物更可能成为入
侵植物。但是后来的研究也发现，许多非入侵植物
同样具有目录上的很多特征，而一些入侵植物却仅
有少数几个特征。Perins等 认为不可能单纯根
据生物学特征就能将杂草和非杂草区别开来。因此
收稿日期：2006—12—06，修回日期：2007一O1—22。
基金项目：中国科学院“百人计划”项目(0629221C21)资助。
作者简介：何志恒(1982一)，女 ，硕士研究生，主要从事生物入侵研究。
}通讯作者(E—mail：qzhang@wbgcas．el1)。
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结合入侵生物的相关生物学特征、物种来源地和 目
的地的气候特征以及进化史来创建预测模型⋯ ，
从而评估植物的入侵性成为现行研究的重点。研究
表明，在入侵的不同阶段，入侵植物的重要特征是不
同的，因此许多研究者采用定量的方法来预测入侵
植物_】 ’ J。Daehler等 川 的研究表明利用 WRA
系统及一个附加的筛选系统评估夏威夷和太平洋群
岛上的外来人侵植物，与采用定性方法的专家系统
和定量方法的决策树相比可以获得较高的筛选人侵
植物的正确率。
生物入侵都是人类有意无意的活动所造成的，
外来种的风险评估系统则为预测新的物种传人提供
了参考。我国正在实施兴建的南水北调中线工程，
是一项解决我国华北水资源危机的重大基础设施。
该工程总干渠全长约 1276 km，连接湖北、河南、河
北、北京和天津5省市。总干渠 自渠首至北拒马河
河段采用明渠 自流输水，北京段采用 PCCP管和暗
涵结合的加压输水方式。水源地的物种可通过输水
系统向北传播，因此，工程的实施为物种的传播提供
了一个新的途径，并由此可能改变受水区和输水沿
线地区生态系统的组成、结构，进而影响生态系统的
功能。本研究旨在通过筛选尚未在南水北调中线工
程受水区及沿线地区分布的水源区植物，应用杂草
风险评估系统(WRA)及附加筛选系统评估这些植
物的入侵性，并分析其对受水区及输水沿线生态系
统的潜在影响，从而为预防南水北调工程所引起的
有害生物传播提供理论基础。
1 研究区概况
南水北调中线工程总干渠沿线及受水地区地处
东亚季风气候区，四季分明。总干渠从南到北，分属
湿润、半湿润、半干旱地区，沿线降水 自南向北递
减 引¨。多年 平 均 降 水 量 在 长 江 流域 境 内为
838 mm，到石家庄减至500 mm。降水主要集中在4—
9月。气温由南向北递减，例如供水区南阳多年平
均气温 14．8~C，极端最高气温41．4~C，极端最低气
温 一17．6℃；受水区北京多年平均气温 l1．3~C，年
极端最高气温一般在 35—4O℃之间，年极端最低气
温在 一l4一一2O℃之间。总干渠沿线穿过688条河
流，其中河渠交叉建筑物以上集水面积大于20 km
的河流 l89条，小于20 km 的河流 499条。干渠沿
线及受水区土壤主要有黄棕壤、褐土、潮土、砂姜黑
土、盐碱土5个类型，沼泽土和水稻土零星分布 。¨
南水北调中线工程水源区湖北省丹江口库区位
于豫鄂交界处，海拔约300 m，西南部分毗邻鄂北低
山丘陵，东北部分分属南阳盆地。该地区年平均气
温 15．8~C，极端最高气温 42．6℃，极端最低气温
一 l3．2℃，1月份平均气温2．4~C，7月份平均气温
28．4~C。无霜期为228 d，初霜期约在 l 1月上旬，终
霜期约为3月下旬，热量多，霜期短，是全省最温暖
的地方。年平均降水量为 804．3 mm，多集中在7—
9月，约占全年降水量的49％【19]。
2 研究方法
2．1 筛选干渠沿线及受水区尚未分布的水源区物
种及评估植物入侵性的资料来源
根据中国植物志 j，中国高等植物数据库全
库 ，湖北省野生动植物保护站提供的《湖北丹江
口湿地省级自然保护区维管束植物名录》引，结合刘
文治等 经过调查收集的库区湿地水生植物名录
等数据资料，得到较完整的水源区物种分布资料。
排除在水源区已分布、而在输水沿线及受水区(河
南、河北、北京、天津)也有分布的物种 ，并对照河
南、河北、天津及北京等地方植物志对结果进行校
正 。
搜集物种的生物地理特点、有害特征以及生物
学和生态学特征等方面的资料运用 WRA系统评
估。本研究应用了中国植物图谱数据库 J、中国植
物志L2 、中国外来植物入侵信息系统 j、基础科学
数据共享网生物学科数据分中心 、中国西南种子
植物资源基础数据库 以及《中国水生高等植物图
说》 ，尽可能搜集较为全面、准确的物种信息资料
预测植物的入侵性。
2．2 应用修正后的杂草风险评估系统(WRA)评
估物种的入侵性
WRA系统是根据杂草的主要特征和影响提出
的49个问题组成的。它是一个用来评定可能成为
环境或者农业系统杂草物种的评分系统。这个系统
在澳大利亚、新西兰和其他地区都得到了广泛验
证u ’ ’"]。该系统根据影响植物成功入侵的特征将
这些问题分为三个部分：①生物地理部分，②有害特
征，③生物学或者生态学特征。并据每个问题对物
1)长江水利委员会。南水北调中线工程规划(2001年修订)，2002。
2)湖北省野生动植物保护站。湖北丹江口湿地省级自然保护区维管束植物名录，2005。
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第4期 何志恒等：南水北调中线工程对具入侵性植物传播的潜在影响评估 337
种成功入侵的影响权重给该问题相应的分值。该评
分系统根据这些问题的答案赋予分值，计算总分，并
设定关键分值0和6来评估可能成为环境或者农业
系统杂草的物种。0分以下的物种不具有人侵性，0
到6分之问需要进一步的野外调查或试验评估，6
分及以上具有人侵性。本研究根据南水北调工程区
的特点，对 WRA系统 中的气候、天敌进行了修正，
评估工程沿线和受水区尚未存在的物种的人侵性。
2．3 结合南水北调中线工程为物种提供的传播途
径的附加筛选系统进一步评估
研究采用 Daehler等 ¨” 提出的附加筛选方
法，评估经 WRA筛选后仍需进一步评估的物种。
本研究主要考虑南水北调中线工程的输水系统即水
流对植物传播的影响，来进一步评估水源区物种的
入侵性。此外，在对入侵物种的生物学特征进行研
究时发现，营养繁殖是入侵物种与非入侵物种的重
要区别特征之-一 如 。在水环境长距离传播中，
营养繁殖体相对种子而言更为有效 。许多植物
的营养繁殖体能终年通过水流传播 。因此，本研
究将营养繁殖作为植物人侵风险评估的另一个附加
筛选条件。
本研究对经 WRA评估得到的具潜在人侵性的
物种，也应用水流传播途径和营养繁殖这两个筛选
条件进一步评估。结合这两个筛选条件，运用附加
筛选方法对经 WRA预测得到的需进一步评估的物
种和人侵物种进行进一步的评估(图 1)。
3 结果与分析
3．1 植物入侵性的评估结果
经过第一步的物种筛选，得到 145种在南水北
调中线工程水源区丹江口库区分布，而在工程沿线
及受水区尚未分布的物种(表 1)。利用 WRA及附
加筛选系统对 145个物种进行分析，结果表明：6O
种(41．4％)植物不具有人侵性，63种(43．4％)植物
NO
需进 一步评
Evaluate furt
通过营养繁殖体繁殖
Reproduction by vegetative fragment
拒绝：代表物种具有入侵性；需进一步评估：代表仍需要野外调查或试验来进一步评估物种
Reject=invasive plants；Evaluate further=mo1-~field investigations O1"trials
图 1 用于进一步筛选南水北调中线工程影响下物种潜在入侵性的“决策树”[
Fig．1 Decision tree used for assessment of the plant species’invasiveness with respect to the new pathway for the
migration by the implementation of the middle．route of South．to．North Water Transfers Project
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表 1 南水北调 中线工程水源区植物入侵性评估结果
Table 1 Invasive assessment using the modifed Weed Risk Assessment on the plants occurring in the water supplying
area but absent in the water receiving areas of the Middle Route of the South·tO·North Water Transfers Project
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第4期 何志恒等：南水北调中线工程对具入侵性植物传播的潜在影响评估 339
楝科 Meliaceae
黄杨科 Buxaceae
卫矛科 Celastraceae
无患子科Sapindaceae
清风藤科Sabiaceae
凤仙花科 Balsaminaceae
椴树科 Ti]iaceae
猕猴桃科Actinidiaceae
山茶科 qheaceae
藤黄科 Guttiferae
堇菜科 Violaceae
大风子科 Flacouniaceae
瑞香科 Thymelaeaceae
胡颓子科 Elaeagnaceae
谷精草科 Efiocaulaceae
百部科 Stemonaceae
千屈菜科 Lythraceae
五加科 Araliaceae
伞形科 Umbeliferae
紫金牛科 Myrsinaceae
报春花科 Primulaceae
安息香科 Styracaceae
木犀科 Oleaceae
夹竹桃科 Apocynaceae
萝蘼科 Asclepiadaceae
旋花科 Convolvulaceae
紫 草科 Boraginaceae
屿鞭革科 Verbenaceae
唇形科 Labiatae
茄科Solanaceae
玄参科 Scrophularlaceae
毛红椿 Toona ciliata var．pubescem
大花黄杨 Buxus henryi
野扇花Sarcococca r~cifo池
过山枫 Celastrus aculeatus
昆明山海棠 Tripterygium hypoglaucum
雷公藤 wilfordi
复羽叶栾树 Koelreuteria bipinnata
鄂西清风藤 Sabia campanulata subsp．r／tch／eae
长距凤仙花 Impatiens dolichoceras
红棕凤仙花 potanini￡rudrobrunnea
糯米椴 Tilia henryana VtY． H labra
单毛刺蒴麻 Triumfeta口Mu0
毛果田麻 Corchoropsis tome~tosa
美味猕猴桃 Actinidia deliciosa
尖连蕊茶 Camelia cuspidata
密腺小连翅 typericum seniavini
长梗 堇菜 Viola grayi
柔毛紫花堇菜 V．grytx~eras var．pubescens
柞木 Xylosma racemosum
岩杉树 Wikstroemia angust扣妇
宜昌胡颓子 Elaeagnus k
披针叶胡颓子 E．1anceolata
银果牛奶子 E．magna
华南谷精草 Eriocaulon sexangulare
谷精草 E．buergerianum
白药谷精草 E．cinereum
大百部Stemorm tube?05C
圆叶节节菜 Rotala rotundifo如
棘茎橡木Arala echinocaulis
破铜钱 tydrocotyle sibthorpioides var．batrachium
百两金Ardisia crispa
珠砂根 A．crenata
异花珍珠菜 L" ，M曲 crispidens
野茉莉Styraxjaponicus
小蜡 trum 5 wwe var．sinense
湖北络石 Trachelospermum gracilipes var．hupehense
贯筋藤Dregea sinensis var．corrugata
狭叶白前 Cynanchum stenophylum
土丁桂Evolvulus alsinoides
光叶粗糠树Ehretia macrophflla var．glabrescem
黄荆 Vitex negundo
过江藤Phyla nodiflora
光萼血见愁 Teucrium viscidum var．1eioca
紫背鼠尾草Salvia cavaleriei var．erythrophflla
血盆草S．cavaleriei var．UmpUdfot~
镰叶动蕊花 Kinostemon orrtaturtf．falc~um
佛光革Salvia substolonOCera
小米椒Capskumfm,tescens
假马齿苋Bacopa monnleri
山萝花钝叶变种 MelamFymm rD ‘m VS~ro obtusifoliura
腹水草 Veronicastrum stenostachyum su,bsp．plukeneti
裂叶地黄Rehmannia pias~kii
旱田草Lindernia ruelli~ ides
紫苏草Limnophila aromatica
一 2
— 2
— 4
— 4
0
1
— 2
— 2
0
3
— 4
1
2
0
— 3
一 l
3
3
2
— 4
I
1
6
11
12
7
3
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— 2
6
5
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1
1
0
2
2
1
— 2
3
9
3
1
1
0
— 2
2
14
— 1
1
3
8
7
非入侵物种
非入侵物种
非入侵物种
非入侵物种
需要进一步评估
需要进一步评估
非入侵物种
非入侵物种
非入侵物种
需要更多的信息
非入侵物种
非入侵物种
需要更多的信息
需要更多的信息
非入侵物种
非入侵物种
非入侵物种
需要更多的信息
需要进一步评估
非入侵物种
需要进一步评估
需要进一步评估
需要进一步评估
需要进一步评估
需要进一步评估
需要进一步评估
非入侵物种
入侵物种
非入侵物种
需要进一步评估
需要进一步评估
需要进一步评估
非入侵物种
需要进一步评估
需要进一步评估
非入侵物种
需要进一步评估
非入侵物种
需要进一步评估
非入侵物种
非入侵物种
入侵物种
需要进一步评估
需要进一步评估
非入侵物种
需要更多的信息
需要更多的信息
需要进一步评估
入侵物种
非入侵物种
非入侵物种
需要更多的信息
需要进一步评估
需要进一步评估
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340 武 汉 植 物 学 研 究 第 25卷
要进一步的野外调查或者试验，7种(4．8％)植物具
有潜在人侵性，15种(10．3％)植物由于无法根据搜
集的资料回答系统要求的、最少的问题而不能进行
评估 。
3．2 植物入侵特征分析
本研究从植物的生物学／生态学特征、自然地理
分布状况等方面对经风险评估得到的潜在人侵植物
进行验证 川 。初步验证表明这些物种具有通过新
的传播途径产生入侵的可能性。
圆叶节节菜 (Rotala rotundifolia)、短 叶茳芷
(Cyperus malaccensis var．brevifolius)、密穗砖子 苗
(Mariscus compactus)、假马齿苋(Bacopa monnieri)、
黄花狸藻(Utricularia aurea)、过江藤(Phyla nodiflo—
ra)和大藻(Pistia stratiotes)这 7种潜在入侵植物均
自然分布地区广、具水流传播特性 、可营养繁殖、不
需要特别的传粉与传播机制等生物地理学及生物学
特征(表 2)，并且均为农田杂草，可种子繁殖。圆叶
节节菜容易成活，繁殖迅速，可快速占领新的生境。
它与在我国各地皆有分布的、被列人世界 100种恶
性外来植物人侵名录 的千屈菜(Lythrum salica一
n)属同科植物。假马齿苋的主要化学成分是三萜
皂苷类化合物，该化合物对神经系统、消化系统和血
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液循环系统等均有作用。过江藤耐阴，在贫瘠的土
壤中也能生长，生长在田间或者公路旁，可被无意传
播，通过除草剂能很好地控制，但却耐受或者受益于
损伤、栽培或者火灾。大藻 ，原产于巴西，喜高温
多雨环境，在平静的水域中极易生长，由于其繁殖迅
速，大量生长，堵塞了河流的航道，影响水产养殖，致
使沉水植物死亡，破坏水生生态系统，已被我国列为
人侵植物。
4 讨论
南水北调中线工程为物种传播提供了新的廊
道。这条传播途径穿过长江、淮河、黄河、海河 4条
河流，跨越了我国南北气候的分界线秦岭淮河一线，
打破了物种自然传播的地理障碍。工程总干渠沿线
穿越众多的大小河流，沿线分布各大型的水库及平
原洼地等流域系统，以及将因调水常年形成薄层积
水土壤的过湿地段形成的湿地，为水源区入侵植物
到达后的进一步扩散和繁殖提供了条件。
本研究评估了南水北调中线工程水源区植物的
入侵性，分析了入侵植物可能对输水沿线及受水区
的生态环境造成的影响，给跨流域调水工程的生态
环境评价提供参考。本研究掌握了较全面的南水北
调中线工程水源区湿地植物区系资料，对水源区湿
地植物进行了较完整的入侵性评估。经评估得到的
7种潜在入侵植物多生长于水田、池塘、湖泊、静水
以及江边湿地等水位较稳定、水流速度缓慢的水域。
由于水生环境的稳定性，这些物种可能适应工程沿
线的湿生环境，对输水沿线系统的湿地或水生生态
系统造成影响。圆叶节节菜、短叶茳芷、黄花狸藻等
在工程沿线及受水区有同属物种，可能与当地同属
近缘种杂交和基因渗入，将给土著种带来破坏性的
后果，甚至灭绝。大藻已经被列为我国的外来人侵
种，但是该物种主要生长在热带、亚热带地区，其是
否将对我国北方水生生态系统造成危害尚需要进一
步研究。这7种植物均是农业杂草，对输水沿线及
受水区的农田生态系统也会产生危害，给农业经济
造成影响。
由于本研究所涉及的大部分物种的分布资料难
搜集，无法对工程水源区库区湿地植物对输水沿线
及受水区的气候适合度进行分析，因此按照 WRA
系统的要求，假设研究的所有物种都适应我国北方
的温带气候。
跨流域调水工程给调水沿线或者整个流域的生
态环境都可能造成重大影响，例如造成沿线土壤次
生盐碱化、沼泽化；给沿线洼淀或湖库地区的水状
态、水生生物、岸边生物等造成影响。水生生物随着
水文体系的改变而迁移栖息地，甚至形成入侵，会给
新的水域生态系统带来影响。研究多注重水生动物
沿输水系统迁移形成入侵给调水沿线流域造成的影
响。本研究采用WRA针对南水北调中线工程输水
沿线及受水区进行植物入侵性的风险评估。水源区
的非入侵性植物对工程全线不具有入侵性，7种具
潜在入侵性的植物对输水沿线及受水区都具有潜在
的入侵性。具体可能入侵的地区和生境还有待进一
步研究。
致谢：程晓莉老师审阅论文初稿 ，黎明、李永泉、卜红梅、
党海山、李思悦、曾少华、陈建军、谭香等给论文提出宝贵意
见和建议，朱利川I协助数据处理 ，刘文治、何亚婷给予帮助。
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