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漂亮的加拿大一枝黄花为何成为“恶魔之花”******

　　近日，一热心网友在湖北省武汉市城市留言板留言发现一重要入侵物种加拿大一枝黄花，该市农业局迅速响应并妥善处理。

网友城市留言板留言及回复

（图片来源：网络）

　　党的二十大报告明确提出：“加强生物安全管理，防治外来物种侵害”。防治外来物种侵害，事关生物安全，受到各界关注。在深秋季节，我们常常可以在路边看到一种盛开黄花的植物，这种植物就是加拿大一枝黄花，看看下图中美丽的花朵，你能想象它被部分生态学家、植物学家们戏称为“生态杀手”“恶魔之花”吗？在原产地，加拿大一枝黄花是难得的兼具观赏和药用的植物。但是它们到我国成功定殖以后，逐渐衍变成“生态杀手”——“恶魔之花”。

加拿大一枝黄花

（图片来源：中国植物志）

　　如何识别加拿大一枝花？它从哪里来？

　　路遇小黄花，到底该如何认清它们呢？首先明确，咱们本土是存在一枝黄花的，而且有好几种，与加拿大一枝黄花同属。比如一枝黄花（Solidago decurrens）、钝苞一枝黄花（Solidago pacifica）、毛果一枝黄花（Solidago virgaurea）。这些都是无害的本土植物，我们不用挨个都分得明明白白，只需要搞清楚它们和加拿大一枝黄花的区别就行。

　　加拿大一枝黄花（学名：Solidago canadensis L.）是桔梗目菊科的植物，又名黄莺、麒麟草。多年生草本植物，有长根状茎。最高可达2.5米。叶披针形或线状披针形，长5-12厘米。头状花序很小（4-6毫米），在花序分枝上单面着生，多数弯曲的花序分枝与单面着生的头状花序，形成开展的圆锥状花序。总苞片线状披针形，长3-4毫米。边缘舌状花很短。

加拿大一枝黄花

（图片来源：中国植物志）

　　加拿大一枝黄花原产于北美，是美国东北部和加拿大分布最多的多年生草本植物，现已成为世界范围内的入侵植物。到目前为止，它已经蔓延到大多数欧洲国家、亚洲、澳大利亚、新西兰和其他地区。从山坡林地到沼泽地带均可生长，常见于城乡荒地、住宅旁、废弃地、厂区、山坡、河坡、免耕地、公路边、铁路沿线、农田边、绿化地带。

加拿大一枝花在世界各地的分布

（图片来源：Chemistry Biodiversity）

　　加拿大一枝黄花会造成哪些危害？

　　作为一种多年生草本园艺植物，加拿大一枝黄花自1935年作为观赏植物引入上海、南京等地以来，现于我国广泛分布。种子数量极多，种子萌发成活率高。它能在荒地或受干扰的环境中迅速形成幼苗种群，并迅速蔓延，成为一种常见杂草。例如，研究发现一个6株的小群体8年可以演变成1400余株的大种群。它们对众多生态系统（如农田、荒地、草地、森林等）具有显著的负面影响，据统计，一旦该植物成功入侵果园，可造成10%-30%的经济损失，苗圃5%-15%，蔬菜3%-15%，甚至可造成部分经济作物绝收。

路边的加拿大一枝花

（图片来源：网络）

　　加拿大一枝花的大规模生长也会导致了许多乡土物种的生态位和多样性的减少，对当地的农、林、牧、渔业及其相关产业造成了严重的负面影响。已成为威胁我国本土生物多样性和生态环境的重要因素之一。更为严重的是，它甚至会危害人类健康和社会经济；随着全球经济、国际贸易、旅游业和交通运输业的迅速发展和壮大，其危害也在不断加剧。因此，已被登记为目前中国最危险的外来入侵植物之一。

　　加拿大一枝花为何在入侵地难逢敌手？

　　加拿大一枝黄花有三个特点：第一，繁殖能力强，无性有性繁殖方式结合；第二，传播能力强，可以通过种子随风传播，也能通过根状茎横走传播；第三，生长期长，在其他秋季杂草枯萎或停止生长的时候，加拿大一枝黄花依然茂盛，花黄叶绿，而且地下根茎继续横走，不断吞食其他杂草的领地，而此时其他杂草已无力与之竞争。

　　这三个特点使得它对所到之处本土物种产生严重威胁，易成为单一的加拿大一枝黄花生长区，造成许多经济作物直接减产，此外，加拿大一枝黄花还可以释放化感物质抑制其他植物种子萌发和幼苗生长，对本土植物产生抑制作用，对生物多样性构成严重威胁。

　　伴随着全球经济一体化加速发展，全球外来物种入侵呈现快速增长趋势，但远未达到饱和状态，“这不仅是中国的现状，也是全世界的现状”。外来物种成功入侵往往需要引进、入侵、建立和传播等几个主要阶段，在各个阶段我们都可以建立保护措施。我们应当树立防范外来入侵物种，保护生物多样性的意识，不随意购买、放生动植物，共同成为生态文明的守护者！发现加拿大一枝黄花应及时向有关部门举报。

　　作者：陈晓童（湖北大学生命科学学院在读研究生）

　　科学性把关：徐乐天（湖北大学副教授、博士生导师）

气凝胶：能改变世界的多功能材料******

　　展览会上展出的具有纳米多孔结构的新型材料气凝胶服装

中新社 任海霞摄

　　【走近超材料①】

　　编者按超材料具有常规材料不具备的超常物理性质，是国际上重点关注的战略前沿领域。我国也高度重视超材料技术的发展，国家自然科学基金、新材料重大专项等都对超材料研究予以立项支持。近年来，越来越多的科研人员对超材料产生兴趣，使超材料的设计开发进入了一个崭新的天地。据此，本版推出“走近超材料”系列报道，展示超材料技术创新发展与产业化应用情况。

　　气凝胶具有高比表面积、高空隙率等特殊的微观结构特点，化学性能稳定、导热系数低、耐高温、使用温度范围广、寿命长。近年来，中国、美国、欧洲等国家和地区的研究人员通过改进气凝胶制备工艺，开发出生物质基气凝胶等多种新型气凝胶。

　　气凝胶是一种超材料，它非常轻，即使把一块气凝胶放在花蕊上也不会将其压弯。目前，各种各样的气凝胶被开发出来，它们或柔软或坚硬，或导电或绝缘，应用领域广泛。1月10日，中铁一局集团有限公司表示，河南省新乡蒸汽管网项目全面通过验收。蒸汽管网对防腐、保温要求极高，其管道选用了高温离心玻璃棉及纳米气凝胶复合保温材料。项目技术负责人汪惺说，纳米气凝胶隔热效果是传统隔热材料的2—5倍，可极大提高施工质量和施工效率，降低施工成本。

　　作为目前已知导热系数最低、密度最小的固体材料，气凝胶可谓是材料领域的“隔热王者”，并已在航天、石化等领域应用。比如“天问一号”探测器发动机与火星车表面、“长征五号”遥四运载火箭发动机高温燃气系统隔热、嫦娥四号探测器热电池防护等都应用了气凝胶。在我国提出“双碳”目标后，随着技术的不断创新，气凝胶的应用场景也在进一步扩大。

　　具有耐高温、高弹性、强吸附等特性

　　气凝胶是一种纳米级的多孔固态新型材料，所有孔的体积合起来占整个气凝胶体积的绝大多数，甚至可以达到99％以上，具有高比表面积、高空隙率、纳米级孔洞、低密度等特殊的微观结构特点，化学性能稳定、导热系数低、耐高温、高弹性、强吸附、防水效果好、使用温度范围广、寿命长。

　　“可以把气凝胶理解成多孔海绵的一个纳米版。”气凝胶领域技术专家王贝尔说，其孔径在20纳米至50纳米之间。而空气分子大小约为70纳米，大于气凝胶孔隙的直径，因此空气在气凝胶上流动效率极低，加上气凝胶本身比热容很高，热辐射传递能降到最低，因而具有很好的隔热性能。

　　气凝胶主要分为无机气凝胶、有机气凝胶和有机—无机杂化气凝胶三类。其中，无机气凝胶是以无机物为主体，包括单质气凝胶、氧化物气凝胶和硫化物气凝胶等。有机气凝胶则是以有机物为主体，主要包括酚醛气凝胶、纤维素气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、壳聚糖气凝胶以及壳聚糖—纤维素气凝胶等。有机—无机杂化气凝胶可利用有机物和无机物各自优势，实现气凝胶特殊的功能化。

　　《科学》杂志2021年将气凝胶列为十大热门科学技术之一，并称其为“可以改变世界的多功能新材料”。王贝尔说，气凝胶是《科学》杂志评选出的十大新材料中，唯一一个已大规模落地于实际商业场景的材料。

　　气凝胶的制备工艺主要分为两步，即通过溶胶—凝胶过程制备凝胶，再利用一定的干燥方法将凝胶内的液态物质替换为气态，从而制得气凝胶。

　　有数据显示，在气凝胶行业的成本结构中，制造成本约占45%。苏州锦富技术股份有限公司董事长助理郑松说，降低气凝胶成本是行业正在努力的一个方向，目前主要路径之一是自动化产线的落地，而成本降低将会打开更多的应用场景。

　　生物质基气凝胶成研究热点

　　据中国石油管道科技研究中心评估，以350摄氏度蒸汽管道的保温应用为例，相比于传统保温材料，气凝胶的保温层厚度可减少2/3，节约能耗40%以上，每公里管道每年可减少二氧化碳排放125吨。

　　数据显示，2021年油气领域对气凝胶的需求占总需求量的56%，另有18%用于工业隔热、9%用于建筑建造、8%用于交通运输。国家新材料产业发展战略咨询委员会在《2022气凝胶行业研究报告》中指出，在新能源汽车蓄电池芯模组中采用气凝胶阻燃材料，可将电池包高温耐受能力提高至800摄氏度以上。随着新能源汽车产业等的发展，气凝胶在新能源汽车及储能行业应用场景广泛，需求量有望持续提升。

　　气凝胶发展迅速。国务院发展研究中心国际技术经济研究所分析员李维科说，近年来，中国、美国、欧洲等国家和地区的研究人员通过改进气凝胶制备工艺，开发出生物质基气凝胶、石墨烯气凝胶、聚合物气凝胶等多种新型气凝胶。值得一提的是，生物质原料来源广泛、成本低廉、碳源丰富，利用生物质原料制备环保型多孔碳纤维气凝胶是一种经济、可持续的生产方式，因此目前生物质基气凝胶也成为研究的热点。

　　比如中国科学技术大学俞书宏院士团队研发出超弹性纤维素气凝胶，该纤维素气凝胶从室温到零下196摄氏度，都表现出不随温度变化的超弹性、优异的抗疲劳性等，在恶劣环境中具有巨大的隔热潜力。且制备中所使用的材料均为生物质原料，有望解决能源密集型技术和石化材料造成的环境污染问题，是传统不可再生气凝胶的理想替代品。

　　中国林业科学研究院木材工业研究所卢芸研究员团队以木材为基质，将无机、有机气凝胶与木材骨架基体复合，首创了第三代木质纤维素气凝胶。通过对木材及生物质废弃物纤维素的调控，将纤维素比表面积提高了7个数量级，对油污吸附能力高达自身质量的75—300倍，体积用量缩减50%—75%，可降解、可再生。

　　气凝胶发展驶入“快车道”

　　气凝胶的发展得到国家政策的持续支持。2014年和2015年，国家发改委连续两年将气凝胶列入《国家重点节能低碳技术推广目录》，开始对气凝胶进行初步推广应用；2018年6月气凝胶被列入建材新兴产业；同年9月，第一个气凝胶方面的国家标准《纳米孔气凝胶复合绝热制品》发布；2020年，《气凝胶保温隔热涂料系统技术标准》启用；2021年，《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，推动气凝胶等新型材料研发应用。

　　随着气凝胶应用技术不断成熟，气凝胶发展进入“快车道”。不过，李维科说，目前气凝胶研究仍存在一些问题，比如气凝胶在高温条件下热导率增长较快，与纤维等增强基体材料的黏结性较差；生产过程中会用到许多有机溶剂，容易造成环境污染；气凝胶难以回收利用，不利于可持续发展等。

　　此外，气凝胶生产成本高昂，产品价格昂贵。《2022气凝胶行业研究报告》指出，气凝胶的生产成本主要集中在原材料硅源、设备折旧及能耗方面。有效降低成本既依赖于制备工艺的突破，也需要通过低成本原材料的大规模产业化来实现。

　　气凝胶是罕见的可以同时满足防火、防水、隔热、隔音等多种需求的材料。李维科说，气凝胶的发展和应用仍然处于不断探索的过程，未来的研究方向主要集中在开发纤维素气凝胶、石墨烯气凝胶、钙钛矿结构气凝胶、非金属单质气凝胶等新型气凝胶上。（记者 李 禾）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）