物種入侵及其后果

1、物種入侵及其后果物種入侵及其后果云南大學(xué)人文學(xué)院 歷史系2014級 王彤一、近十年來生物入侵的研究綜述二、生物入侵的概念及途徑三、生物入侵的歷史及現(xiàn)狀四、生物入侵的原因及危害五、生物入侵的控制方法一、近十年來生物入侵的研究綜述1、生物入侵的研究概況自“動物生態(tài)學(xué)之父”Charles Elton 的 The Ecology of Invasion by Animals and Plants一書1958年出版以來，全球外來物種入侵的關(guān)注度與日俱增。鑒于物種入侵對入侵區(qū)的生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟和人類健康造成了嚴(yán)重的威脅，這一問題受到各國政府、國際組織、社會公眾和科學(xué)界的廣泛重視，已成為21世紀(jì)五大全球性

2、環(huán)境問題之一。近10余年來，全球科學(xué)家在生物入侵研究方面投入了巨大的努力，并取得了豐碩的成果，這不僅為我們遏制現(xiàn)有入侵物種的進一步蔓延提供了依據(jù)，而且為我們將來抵御新的物種入侵提供了有效的措施。我國是一個生物多樣性的大國，景觀、氣候，生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性，造成了很多外來物種容易在我國領(lǐng)土上長期定殖。特別是近30年來我們經(jīng)濟始終處在高速發(fā)展時期，與世界各國和地區(qū)的交流不斷增多，進一步加劇了外來物種入侵中國的數(shù)量和頻率。由此造成了我國當(dāng)前入侵種的數(shù)量相當(dāng)龐大。影響也日趨嚴(yán)重。出于國家公共安全的整體需求，我國科學(xué)家從20世紀(jì)90年代起，逐漸重視物種入侵研究。我們高興的看到，雖然我們物種入侵研究起步較

3、晚，但受到各級政府對這一問題的重視，近10年來，中國在這一領(lǐng)域已取得了巨大進步，獲得了諸多的重要進展，在國際物種入侵舞臺上也有一定的地位。2008年以來, 我國科學(xué)家出版了入侵生物學(xué)(萬方浩等, 2011a)、生物入侵: 預(yù)警篇(萬方浩等, 2010)、生物入侵: 檢測與監(jiān)測篇(萬方浩等, 2011b)、生物入侵: 生物防治篇(萬方浩等, 2008a)、生物入侵: 管理篇(萬方浩等, 2008b)等一系列專著。這些專著的出版, 以及近年來我國科學(xué)家在生物入侵領(lǐng)域內(nèi)獲得的諸多研究進展, 標(biāo)志著中國的生物入侵研究已形成了較為全面和豐富的研究體系。當(dāng)前, 具有區(qū)域特色的生物入侵研究模式和入侵生物學(xué)學(xué)

4、科框架已逐漸形成(萬方浩等, 2011c)。同時, 我們很欣喜地發(fā)現(xiàn), 在我國科技界的共同努力下, 截至2010年, 中國的生物入侵科學(xué)論文數(shù)量已在發(fā)展中國家排名第二(Nuez & Pauchard,2010), 并進入全球前10名的行列(萬方浩等, 2011a,c), 尤其是對一些重要入侵種的研究已取得眾多國際認可的喜人進展(李博和馬克平, 2010), 相關(guān)成果不僅為國際入侵生物學(xué)研究提供了基礎(chǔ)資料, 也為中國國家生物安全管理與控制策略的構(gòu)建提供了重要依據(jù)?？梢灶A(yù)見, 中國的生物入侵研究將會以更快的速度發(fā)展, 并逐漸接近世界先進水平。2、研究展望生物入侵已成為全球廣泛關(guān)注的重大問題

5、; 然而, 我們對其深層次的認識還處于初期, 尚存在諸多懸而未決的問題, 譬如, 如何科學(xué)地預(yù)見生物入侵(Williamson, 1999)、物種的入侵與進化的關(guān)系(Allendorf & Lundquist, 2003)、生物入侵與全球變化其他過程之間的聯(lián)系(Perrings et al., 2010)等。結(jié)合目前現(xiàn)狀, 我們建議,近期中國的生物入侵研究應(yīng)在以下幾方面重點推進:(1)生物入侵全境性科學(xué)考察: 我國環(huán)境保護部門分別于20012003年、20082010年先后兩批對全國入侵種進行了普查(丁暉等, 2011), 綜合這些調(diào)查結(jié)果的物種編目表明, 目前入侵我國的外來種已多達5

6、20余種(萬方浩等, 2009)。但我們目前對中國境內(nèi)究竟有多少入侵種的認識仍是模糊的, 這就給依據(jù)管理(evidence-based management)帶來了困難(李博和馬克平, 2010)。這就需要我們在已有工作基礎(chǔ)上,延長調(diào)查的時間尺度, 擴展調(diào)查的空間尺度, 進行一次跨部門、跨學(xué)科、跨區(qū)域的全境性入侵種綜合考察, 全面、系統(tǒng)、科學(xué)地闡明中國34個省級行政區(qū)內(nèi)的入侵種多樣性及其影響現(xiàn)狀?；谛碌恼{(diào)查結(jié)果, 進一步對本底資料進行深度加工與分析, 為入侵種的管理與控制提供更為有力的依據(jù)。(2)入侵種的進化生態(tài)學(xué): 外來種的進化是在自然選擇和人類干擾雙重作用的進化，它既不同于純粹的自然進化

7、，也不同于人類控制下的定向選擇。近20年來, 國際生態(tài)學(xué)界在外來種進化的研究中獲得的研究成果迅速增長, 而我國當(dāng)前對這一問題的重視程度還遠遠不夠。有鑒于此, 我們認為, 我國生態(tài)學(xué)家應(yīng)從更宏觀的尺度出發(fā), 在如下方面重點關(guān)注生物入侵的進化生態(tài)學(xué)問題: 外來種與土著種通過天然雜交與遺傳漸滲而發(fā)生的基因組混合增加新入侵種或生物型進化的風(fēng)險及其機理; 外來種在新的區(qū)域擴張和移殖過程中的進化動態(tài), 以及與入侵相關(guān)的遺傳變異式樣, 即遺傳多樣性對外來種的短期入侵和長期進化的影響機制; 外來種與土著種的相互利用(如取食、寄生、互利、偏利等)選擇與適應(yīng)過程及其機制; 外來種在入侵區(qū)的進化所導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)對全

8、球氣候變化響應(yīng)的動態(tài)及機理。(3)入侵種的基因組學(xué): 入侵種的基因組學(xué)是一個新興的研究領(lǐng)域, 它利用基因組學(xué)方法研究與外來種入侵性相關(guān)的分子基礎(chǔ)和表達調(diào)控機制, 甄別入侵性的基因型, 進而在基因組水平上揭示外來種入侵性產(chǎn)生和進化的分子機制。重點解決以下 3 個科學(xué)問題: 與外來種的入侵性密切相關(guān)的基因或基因型的發(fā)現(xiàn); 這些基因或基因型增強外來種入侵性表達的機理; 在基因組水平上外來種的入侵性(特征)實現(xiàn)進化的途徑(尚蕾等, 2010)。(4)生物入侵的生態(tài)系統(tǒng)影響: 生物入侵的影響及危害是制訂入侵種管理政策的重要依據(jù)之一。過去10年來, 我們對生物入侵的影響認識, 在很大程度上還滯留在其引起的

9、農(nóng)、林、牧、漁業(yè)的產(chǎn)量與質(zhì)量的損失和防治費用這樣的階段。因此, 我們建議, 在今后一段時間, 有必要從多尺度、多個生態(tài)系統(tǒng)出發(fā), 針對更多的外來種(包括植物、動物和微生物)入侵對森林、草原、農(nóng)田、海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)等的影響展開系統(tǒng)、深入的研究。(5)生物入侵與全球變化主要過程的相互作用:生物入侵并非獨立事件, 而是與全球變化其他問題同時襲來?？梢哉f, 幾乎所有全球環(huán)境變化的主要過程(如全球氣候變化、土地利用和土地覆蓋變化、環(huán)境污染、荒漠化與生物多樣性喪失等)都與生物入侵相互作用。因此, 針對當(dāng)前全球變化及外來種入侵的現(xiàn)狀, 有必要在不同層次上, 系統(tǒng)研究全球環(huán)境變化對外來種的入侵性、土著生態(tài)系

10、統(tǒng)的可入侵性以及生態(tài)系統(tǒng)面臨的潛在后果(李博和馬克平, 2010)。二、物種入侵的概念及途徑1、物種入侵概念的起源與提出物種入侵是指從自然分布區(qū)通過有意或無意的人類活動而被引入，在當(dāng)?shù)氐淖匀换虬胱匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)中形成了自我再生能力、并給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)或景觀造成明顯損害或影響的物種，是已經(jīng)或可能危害經(jīng)濟、環(huán)境或人類健康的非本土物種。物種入侵也稱生物入侵，此概念最早由美國 Elton于1958年提出，現(xiàn)在成為全球性環(huán)境問題，這一問題在中國也日益突出。2、物種入侵的途徑一是有意引進。一些外來物種是因為經(jīng)濟原因而被引進的，主要是認為的。當(dāng)今時代，隨著社會的開放，國際貿(mào)易和旅游業(yè)的發(fā)展，物流的劇增，外來物種

11、被有意引進和傳播，地理隔離的障礙作用也被削弱，這必將影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，甚至是成千的本地物種陷入滅絕的境地。如食人魚原產(chǎn)南美，以其攻擊人和牲畜的兇殘本性的著稱，而且其繁殖能力極強，性格及其殘暴，牙齒銳利，食人魚群可以在十分鐘內(nèi)將一頭牛撕咬得只剩下一堆骨骸，并且對環(huán)境適應(yīng)能力強，一旦在某一流域達到一定規(guī)模時，就會在水中大量“屠殺”其它魚類，造成不可估量的損失。2002年，在中國也出現(xiàn)了食人魚。二是無意引進。外來物種隨包裝箱、海輪、入境旅客攜帶進入國內(nèi)，如松突圓蚧最初是“隱藏”在進口的杉材中進入我國，先是在廣東沿海，隨后擴展至華南、華東并向北蔓延，所到之處松樹連片枯萎，到20世紀(jì)90年代初，蔓延達

12、到72萬公頃。1998年，原產(chǎn)美國的濕地松粉蚧隨進口的一批松樹穗條傳入我國，迅速蔓延。我們?nèi)祟惏迅鞣N有機體從一個地方運到另外一個地方，特別是通過現(xiàn)代化的全球運輸和旅行，人類應(yīng)對外來入侵物種問題負有很大的責(zé)任。三是自然飄落。植物的種子隨風(fēng)或河流移落到別的地方，或是被鳥吃掉以后帶到另外一個地方。飛機草、薇甘菊就是通過自然因素入侵我國的，目前已經(jīng)給云南和廣東造成損失。近年來，隨著我國草產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價剛剛起步。如果抗除草劑基因、抗蟲基因等一旦發(fā)生漂移，就存在形成“超級雜草”的危險。3、從外來物種到入侵物種的過程在引入地，外來種的命運有兩種，一種是外來種不能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，或受到

13、本地種的排斥，種群不能自我維持。另一種情況則相反，外來種在當(dāng)?shù)亟⑵鹆丝勺晕揖S持的的種群，稱之為居留成功。居留成功的外來種如果只是停留在引入地，沒有擴散到相鄰的地區(qū)，當(dāng)?shù)氐娜郝渫饷膊粫酗@著改觀，生物系統(tǒng)的功能也能保持相對的穩(wěn)定，這是的外來物種成為非入侵物種，如果居留成功的外來物種種群數(shù)量急劇增加，并不斷向四周地區(qū)蔓延擴展，將會對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成明顯的損害，這時外來物種就會變成入侵物種。如下圖所示：外來物種演變成入侵物種過程中，有幾類重要的特征：一是轉(zhuǎn)化的每一步都只有一小部分進入到下一階段，最后變成入侵物種的的只占外來種的非常小的一部分。據(jù)一份調(diào)查，外來種到達新的領(lǐng)域后，其局域滅

14、絕的幾率非常高，即使有的外來中偶爾能存活下來，其后代維持幾個世代也許會群種消亡。只有經(jīng)歷了各種嚴(yán)酷的“篩選”的歸化種，這是的外來種才會變成入侵種。二是由外來種演化成入侵種可能是一個相當(dāng)長的過程，相當(dāng)多的外來種在種群數(shù)量劇增和擴散之前要持續(xù)數(shù)十年，而不會引起人們的關(guān)注。這方面著名的例子是引入到美國控制舞毒蛾的舞毒蛾噬蟲霉在引入后的79年間幾乎銷聲匿跡，直到1989年才重新出現(xiàn)。三是人類的耕作和生產(chǎn)管理通常促進了外來種的居留。這種生產(chǎn)管理是指保護弱小群種免受干旱、嚴(yán)寒、被取食等各種不利因素的影響，人類活動增加了外來物種的機會和頻率，使外來種在引入地可以戰(zhàn)勝種種環(huán)境災(zāi)害。三、生物入侵的歷史及現(xiàn)狀1

15、外來物種入侵的歷史自大約3815億年前地球原始海洋中誕生第一批原始生命以來,生物進化的歷程極其復(fù)雜,產(chǎn)生了數(shù)以千計的物種。經(jīng)過長期的地質(zhì)歷史和進化過程,我們生存的星球各種生態(tài)系統(tǒng)都生長著不同類型的植物、動物和微生物。人類出現(xiàn)在非洲;10多萬年前,人類擴展到歐洲和亞洲;4-6萬年前在澳大利亞出現(xiàn)人類;約1.52萬年前人類進入美洲;大約1 000年前人類最遠到達了太平洋地區(qū)。人類這一物種是侵入其他地區(qū)的很好例證,并且傳播迅速。例如,第一批來到美洲的亞洲人帶來了狗,玻利尼亞人航海時攜帶著豬、芋頭、白薯等至少30種物種。其中對火的使用改變了生態(tài)系統(tǒng),并致使其他一些物種滅絕。至少在幾百年前,軍隊也是物種

16、從一地遷往另一地的重要載體,其中一些轉(zhuǎn)變?yōu)槿肭中晕锓N。軍隊傳播新疾病的事實是眾所周知的,麻疹就是由早期的征服者從歐洲帶入美洲的;而梅毒卻是以相反的方向:從美洲到歐洲。1887年以前,非洲還沒有遭到梅毒感染,但隨著意大利人的入侵,此病毒出現(xiàn)在厄立特里亞,1888年,傳入埃塞俄比亞,不到10年,該病毒傳遍整個非洲大陸。歐洲在北美、澳大利亞、新西蘭以及其他地方實行殖民統(tǒng)治,一直尋求創(chuàng)建和自己大陸相似的生活條件,正因如此,把物種的引入推向了一個新時代,他們帶來的物種包括小麥、谷物、黑麥、牛、豬、馬、綿羊和山羊。由于人類早期運輸不便,這些物種在當(dāng)時并沒有產(chǎn)生太大的影響。自從蒸氣輪船被普遍使用后,水上的大

17、門敞開了,而1820-1930年間,有5 000多萬歐洲人移民到遙遠的海濱,隨之帶來了大量的動植物,豐富了當(dāng)?shù)氐闹参锶汉蛣游锶骸：髞?中國人、印度人、印度尼西亞的華人、非洲人和其他地區(qū)的移民也把相似的物種帶到他們在歐洲、澳大利亞和美洲的新家園。2、我國近幾十年來物種入侵現(xiàn)狀自20世紀(jì)80年代以來，我國外來入侵物種日益猖獗，據(jù)調(diào)查，我國現(xiàn)有外來入侵種共529種, 其中植物、動物、微生物分別為270種、198種和61種。物種數(shù)最多的類群為陸生植物、陸生無脊椎動物和微生物。值得注意的是, 最近的研究發(fā)現(xiàn), 中國的外來陸生草本植物總數(shù)就多達800種,只是其中65%的物種其入侵性尚不明確。因此, 推測我

18、國境內(nèi)入侵種的實際數(shù)量可能遠大于目前已列入編目的數(shù)量。、植物：我國對外來植物入侵種類的調(diào)查始于20世紀(jì)90年代中期，據(jù)丁建清教授在1995年對植物的初步統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)至少有58種外來植物對我國林業(yè)帶來了危害。強勝等在2000年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國外來雜草有108種，其中被認為是全國性的或地區(qū)性的有15種。主要入侵的植物有：水花生、豚草、紫莖澤蘭、薇甘菊、北美一枝黃花、大米草、毒麥、水葫蘆、飛機草、節(jié)節(jié)草、蘇丹草、宿苜草、野茼蒿等。 、動物：目前危害我們農(nóng)林業(yè)的外來動物大約有40種。害蟲類包括美國白蛾、 松突圓蚧、稻水象甲、濕地松粉蚧、美洲斑潛蠅、松材線蟲、蔗扁蛾、馬鈴薯甲蟲等。其他外來動物如原產(chǎn)于南美的

19、福壽螺、原產(chǎn)于東非的東非大蝸牛、原產(chǎn)于南美的獺貍，食人魚等。、微生物：與入侵的動植物相比，我國對外來微生物的調(diào)查更為少見。目前對農(nóng)業(yè)危害較大的微生物病害有12種。如甘薯黑斑病、馬鈴薯癌腫病、水稻細菌性條斑病、玉米霜霉病、大豆疫病等等。四、物種入侵的原因及危害1、物種入侵的原因一是 “ 內(nèi) 稟 優(yōu) 勢 假 說 ”。該假說認為, 外來種在傳播和擴散的過程中, 某些內(nèi)稟的優(yōu)勢特征(如形態(tài)、生理、生態(tài)、遺傳和行為等)決定了其入侵行為的產(chǎn)生。這可能是因為相對于土著種, 具有內(nèi)稟優(yōu)勢的外來種在進化中獲得了更多的變異, 從而具有耐受更廣泛的環(huán)境條件、利用更多資源類型并抵抗大量潛在天敵控制的能力或性狀, 最終

20、在競爭中獲得了優(yōu)勢。在我國成功入侵的外來種, 大都可以部分地用“內(nèi)稟優(yōu)勢假說”來解釋。如, B型煙粉虱(Bemisiatabaci B-biotype)的成功入侵受其寄主廣泛、繁殖能力大、抗藥性強對逆境環(huán)境具有極強適應(yīng)性等獨特的內(nèi)稟優(yōu)勢驅(qū)動。二是“資源機遇假說”?！皟?nèi)稟優(yōu)勢假說”雖然充分肯定了外來種本身的內(nèi)稟優(yōu)勢在入侵中的作用, 并且在統(tǒng)計意義上來講, 它可以較好地解釋絕大多數(shù)外來種的入侵性;但必須注意到, 在入侵形成的過程中, 除了外來種本身需具備入侵的特性外, 資源的可利用性亦應(yīng)起到關(guān)鍵作用。也就是說, 群落的可入侵性與可利用資源的多少緊密相關(guān)。例如, 稻水象甲在我國浙江稻區(qū)的入侵成功,

21、便證明了“資源機遇假說”的正確性。在浙江, 生境和食料條件是影響稻水象甲種群數(shù)量擴張的關(guān)鍵因子,浙江水稻產(chǎn)區(qū)稻田邊的山坡為稻水象甲的越冬提供了庇護, 而田埂上生長的雜草則為該蟲提供了較好的早期食源和產(chǎn)卵環(huán)境 雜草的存在可能起到了橋梁寄主的作用。三是“人為干擾這一人類的主觀作用”。譬如, 互花米草的入侵, 除了自身優(yōu)勢以外, 很大程度上是因為我國海岸帶鹽沼生態(tài)系統(tǒng)中土著高等植物的多樣性低、人類活動干擾頻繁和環(huán)境的變化等有利于其生長和繁殖，尤其是長江河口頻繁出現(xiàn)的咸水侵入和我國東海岸的高強度圍墾更是助推了該入侵種的定居和擴張?？偟膩碚f, 干擾的作用一方面可能為先鋒入侵種的奠基提供了途徑和機會;另一

22、方面更為外來種傳入后提供了空余生態(tài)位機遇, 使外來種在與土著種的競爭中, 更有可能接觸到和利用到現(xiàn)有的資源, 或通過干擾消滅了競爭者, 從而直接或間接地幫助了外來種的入侵。2、物種入侵的危害、造成生態(tài)破壞和生物污染。外來物種成功入侵后，大量繁殖，迅速生長，難以控制，造成生態(tài)環(huán)境破壞，形成生物污染。20世紀(jì)6080年代，我國為保護灘涂，從英美等國引進大米草，經(jīng)過自然繁殖和人工種植，在我國北起遼寧錦西縣，難道廣東電白縣80多個縣市的灘涂上都有分布，近年來，大米草在一些地區(qū)瘋狂擴散，難以控制，破壞了近海生態(tài)環(huán)境，造成沿海養(yǎng)殖的多種生物死亡，阻塞航道；影響海水交換，導(dǎo)致水質(zhì)下降并誘發(fā)赤潮，與沿海灘涂植

23、物競爭生存空間，導(dǎo)致大片紅樹林死亡。、生物多樣性消失。外來物種如果生存和繁殖能力強，則會壓制和排擠本地物種，形成優(yōu)勢種群導(dǎo)致生物多樣性消失。云南昆明滇池1000公頃水面上近100%覆蓋著水葫蘆。20世紀(jì)60年代前，滇池有水生植物16種，水生動物68種，到了80年代，大部分水生植物相繼消亡，水生動物只剩30余種。、農(nóng)林業(yè)損害：許多外來生物造成農(nóng)作物和牲畜死亡，對農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)造成巨大威脅。這些外來生物的入侵僅對農(nóng)林業(yè)造成直接經(jīng)濟損失每年達574億元。每年因松材線蟲、美國白蛾等害蟲危害森林150萬公頃,豚草、微甘菊、飛機草等大肆蔓延，造成農(nóng)業(yè)損失慘重；稻水象甲、非洲大蝸牛、美洲斑潛蠅等危害農(nóng)作物140萬公頃。1994年美洲斑潛蠅入侵我國目前發(fā)生面積1000萬畝，每年防治費用4.5億元。、威脅人類健康：豚草、三裂葉豚花粉是引起人體過敏性癥狀枯草熱的主要病源，空氣中每立方米有豚草花粉)4050顆，人就會感染枯草熱（秋季花粉癥）美國每年豚草病患者1460萬人，加拿大有80萬人。江西醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院!每年收診2000多花粉過敏者，其中近半數(shù)是豚草花粉引起的。五、生物入侵的控制方法1、人工防治方法依靠人工，捕捉外來害蟲或拔除外來植物。 人工防治適宜于那些剛