高中生物研究性學習-生物入侵

研究性學習報告學

科：

生物

課題名稱：

生物入侵

組

長：

成

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指導老師：

日

期：

基本簡介外來物種引進是與生物入侵密切聯(lián)系的一個概念。任何生物物種，總是先形成于某一特定地點，隨后通過遷移或引入，逐漸適應遷移地或引入地的自然生存環(huán)境并逐漸擴大其生存范圍，這一過程即被稱為外來物種的引進（簡稱引種）。毋庸置疑，正確的行種會增加引種地區(qū)生物的多樣性，也會極大豐富人們的物質(zhì)生活，如美國于20世紀初從中國引種大豆，其種植面積從6000多萬畝增加到現(xiàn)在的4億多畝，目前，美國已成為大豆的最大生產(chǎn)國、出口國。就中國而言，早在公元前126年張騫出使西域返回后，中國歷史便揭開了引進外來物種的一頁，苜蓿、葡萄、蠶豆、胡蘿卜、豌豆、石榴、核桃等物種便開始源源不斷地沿著絲綢之路被引進到了中原地區(qū)，而玉米、花生、甘薯、馬鈴薯、芒果、檳榔、無花果、番木瓜、夾竹桃、油棕、桉樹等物種也非中國原產(chǎn)，也是歷經(jīng)好幾百年陸續(xù)被引入中國的重要物種。相反，不適當?shù)囊N則會使得缺乏自然天敵的外來物種迅速繁殖，并搶奪其他生物的生存空間，進而導致生態(tài)失衡及其他本地物種的減少和滅絕，嚴重危及一國的生態(tài)安全。此種意義上的物種引進即被稱為“外來物種的入侵”。由此，這種對等地生態(tài)環(huán)境，造成嚴重危害的外來物種即被稱為“入侵種”（invasivespecies）、主要原因?qū)W術(shù)界對外來種入侵發(fā)生的原因并不清楚，大致可以分兩個方面來討論。一是從入侵者的角度分析，二是從被入侵的生態(tài)系統(tǒng)去考察。生物入侵要經(jīng)歷傳播、定居、生長繁衍幾個階段。外來物種通過人們的活動，被有意或無意地帶到以前沒有生存過的地方。一部分成功地扎下了根開始生長，而有些就因“水土不服”等原因落得個“出師未捷身先死”。建立了根據(jù)地的物種漸漸適應了當?shù)氐沫h(huán)境，慢慢地開始利用其自身的優(yōu)勢不斷擴大占領區(qū)，有效利用資源，排斥和驅(qū)逐本地物種。一般說來入侵性強的物種都具有一些相應的特征，例如：繁殖能力強，植物能產(chǎn)生大量的種子，動物則產(chǎn)卵量大或產(chǎn)仔量大，這樣不僅提高其后代存活的絕對數(shù)量，也提高了其傳播的幾率，在入侵的第一個階段就占有了優(yōu)勢。為了解釋這些現(xiàn)象，科學家們提出了以下幾點假說：生態(tài)位空缺假說、生物因子失控假說、群落物種豐富度假說、以及遷入前后干擾假說。生物因子失控假說的中心思想是，外來入侵種在新區(qū)域得以生存和繁殖，不是因為入侵種本身具有的特性所致，而是由于它們偶然到達了不具備天敵或其它生物限制的新環(huán)境，因而快速擴散造成災害。也就是說外來生物之所以在其原產(chǎn)地沒有什么危害，是因為在原產(chǎn)地有天敵或其它的生物因素限制了它的災難性爆發(fā)，而在被入侵地恰恰少了這些討厭的克星，于是這些外來者不失時機地為所欲為了。該假說是解釋外來種成功入侵最直接的假說，并促使人們在入侵種原產(chǎn)地去尋找其天敵以進行生物控制。此外，在外來生物入侵中還有一個重要的現(xiàn)象，那就是“時滯”。就是指入侵性外來生物從開始在新的環(huán)境里定居到種群開始快速增長和迅速擴大“占領區(qū)”之間的時間延遲期（潛伏期）。就是入侵者在最初的時間不會大量繁殖、擴展領域，它們安安靜靜地在新到達的地方生長。如巴西胡椒在十九世紀被引入美國的佛羅里達，但是直到二十世紀六十年代早期，它們并不為人所知?，F(xiàn)在，在佛羅里達它們已經(jīng)占據(jù)了280，000英畝的面積，并且群落密集，沒有別的植物能與之競爭。還有一種叫千里光的植物，它德國小蠊是室內(nèi)蟑螂中最小的一種，體長在15毫米以下。成蟲為棕黃色。在前胸背板上有兩條平行的褐色縱紋。德國小蠊一年能經(jīng)歷4-5個世代。德國小蠊卵鞘一直拖在雌蟲的尾端，直至孵出若蟲才脫落。若蟲因此隨母體到處擴散。若蟲經(jīng)5—7次蛻皮后成為成蟲，若蟲期為30-56天。德國小蠊正式大規(guī)模入駐中國有近二十年的時間，已經(jīng)從開始的少數(shù)大城市蔓延到幾乎中小城市甚至小集鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，據(jù)國家疾控中心相關(guān)資料顯示，一只雌性德國小蠊一年最多可以繁殖出一百萬只后代。隨著防治用殺蟲劑的大量使用，德國小蠊已經(jīng)具備了極強的抗藥性，多數(shù)殺蟲劑對其無效。因德國小蠊的存在和難以防治，導致目前蟑螂已取代老鼠成為四害之首！隨著國家、地區(qū)間經(jīng)濟、文化交往的日益頻繁密切，隨著全球環(huán)境不穩(wěn)定因素的不斷增多，一切沒有硝煙的生態(tài)戰(zhàn)爭——“生物入侵”正在全世界范圍悄悄打響，其造成的生態(tài)災難正嚴重威脅著世界各國的經(jīng)濟發(fā)展及全球的生態(tài)安全。被喻為“紫色惡魔”的鳳眼蓮（Bichhorniacrassipes即中國人俗稱的“水葫蘆”）在全世界水域的肆虐繁殖即是外來物種入侵最典型的一個例子。1884年，原產(chǎn)于南美洲委內(nèi)瑞拉的鳳眼蓮被送到了美國新奧爾良的博覽會上，來自世界各國的人見其花朵艷麗無比，便將其作為觀賞植物帶回了各自的國家，殊不知繁殖能力極強的鳳眼蓮便從此成為各國大傷腦筋的頭號有害植物。在非洲，鳳眼蓮遍布尼羅河；在泰國，鳳眼蓮布滿湄南河；而美國南部沿墨西哥灣內(nèi)陸河流水道，也被密密層層的鳳眼蓮堵得水泄不通，不僅導致船只無法通行，還導致魚蝦絕跡，河水臭氣熏天；而中國的云南滇池，也曾因為水葫蘆瘋狂蔓延而被專家指稱患上了“生態(tài)癌癥”。此外，美國曾經(jīng)引進葛藤，葛藤不僅有極強的生長力，而且可以改善土壤環(huán)境。1930年從美國再從日本引進后，使許多被破壞的農(nóng)地和沙坡變成草木繁盛的肥沃土地，被人譽為“大地的醫(yī)生”。50年代中期，全美繁衍葛藤近萬棵。然而，葛藤像猛獸一樣“野火燒不盡，春風吹又生?！倍潭潭觊g，便從“大地的醫(yī)生”淪為全美通緝的“綠怪”，亞拉巴馬州政府宣布葛藤成為非法移民。此外，澳大利亞的“兔災”，地中海的“毒藻”，美國五大湖的“斑馬貽貝”，夏威夷的“蛙聲”以及入侵中國的“紫莖澤蘭”、“大米草”、“松材線蟲”，“加拿大一枝黃花”、“克氏螯蝦”、“美國白蛾”等等外來物種入侵的事例舉不勝舉。由于缺少自然天敵的制約，這些外來入侵者不僅破壞食物鏈，威脅其他生物的生存，而且還給全球帶來了巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)國際自然資源保護聯(lián)盟（IUCN）的報告，外來物種入侵給全球造成的經(jīng)濟損失每年超過4000億美元。入侵情勢折疊農(nóng)業(yè)部總經(jīng)濟師朱秀巖說，目前已有400多種外來物種“全面”入侵中國，在國際自然保護聯(lián)盟公布的全球100種最具有威脅的外來生物中，入侵中國的物種有50余種，其中11種主要外來生物每年給中國造成的經(jīng)濟損失高達570億元。朱秀巖是在此間舉行的“亞太經(jīng)合組織外來入侵生物防治國際研討會”上作上述表示的。他介紹說，隨著國際貿(mào)易的不斷擴大和全球經(jīng)濟一體化的迅速發(fā)展，外來生物入侵日益加劇，造成原有生物群落的衰退，破壞生物多樣性，導致農(nóng)、林、牧、漁業(yè)損失嚴重，威脅全球的生態(tài)安全、經(jīng)濟安全和人民生命健康。外來生物入侵已成為世界各國政府和公眾廣泛關(guān)注和高度重視的熱點問題。農(nóng)業(yè)部科技教育司司長張鳳桐接受記者采訪時說，中國已成為外來生物入侵最嚴重的國家之一，近10年來，新入侵中國的外來生物至少有20余種，平均每年新增約2種，外來生物入侵呈現(xiàn)出傳入數(shù)量增多、頻率加快、蔓延范圍擴大、發(fā)生危害加劇、經(jīng)濟損失加重的趨勢。外來入侵生物的有效控制與農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)休戚相關(guān)。朱秀巖表示，中國高度重視外來入侵生物防治工作，積極采取措施，認真做好外來入侵生物的管理和防治工作。農(nóng)業(yè)部成立了外來物種管理辦公室，會同有關(guān)部委，建立了分工負責、密切配合的工作機制，按照“廣泛發(fā)動、除防并舉、突出重點、綜合防治”的方針，組織各地開展了以紫莖澤蘭、豚草、紅火蟻、水花生等外來入侵生物為重點的集中滅除，通過發(fā)動群眾，群防群治，取得了明顯成效。這次研討會由中國農(nóng)業(yè)部和美國國務院聯(lián)合舉辦，旨在加強APEC成員間的技術(shù)交流與合作，探討外來入侵生物防治的對策措施，共同抵御外來生物入侵的威脅。經(jīng)濟損失折疊在中國，從南到北、從東到西，幾乎隨處可見這些外來生物入侵者制造的麻煩。“中國是遭受外來物種入侵最嚴重的國家之一。2001～2003年，原國家環(huán)?？偩纸M織開展了全國外來入侵物種調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全國共有283種外來入侵物種，每年對經(jīng)濟和環(huán)境造成的損失約1200億元，而現(xiàn)在損失已經(jīng)高達2000億元。據(jù)國際自然資源保護聯(lián)盟（IUCN）的報告，外來物種入侵給全球造成的經(jīng)濟損失每年超過4000億美元。令人擔憂的是，在這些外來入侵物種中，46.3%已經(jīng)入侵自然保護區(qū)。”國家環(huán)境保護部自然生態(tài)保護司生物安全管理處王捷處長日前說。環(huán)保專家認為，近年來，中國外來生物入侵現(xiàn)象日益增多，由此造成的生物安全問題也越來越嚴重，有效防范外來物種入侵刻不容緩。嚴重后果折疊加速物種滅絕折疊外來有害生物侵入適宜生長的新區(qū)后，其種群會迅速繁殖，并逐漸發(fā)展成為當?shù)匦碌摹皟?yōu)勢種”，嚴重破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)安全，具體而言，其導致的惡果主要有以下幾項：第一，外來物種入侵會嚴重破壞生物的多樣性，并加速物種的滅絕生物的多樣性是包括所有的植物、動物、微生物種和它們的遺傳信息和生物體與生存環(huán)境一起集合形成的不同等級的復雜系統(tǒng)。[2]雖然一個國家或區(qū)域的生物多樣性是大自然所賦予的，但任何一個國家莫不是投入大量的人力、物力盡力維護該國生物的多樣性。而外來物種入侵卻是威脅生物多樣性的頭號敵人，入侵種被引入異地后，由于其新生環(huán)境缺乏能制約其繁殖的自然天敵及其他制約因素，其后果便是迅速蔓延，大量擴張，形成優(yōu)勢種群，并與當?shù)匚锓N競爭有限的食物資源和空間資源，直接導致當?shù)匚锓N的退化，甚至被滅絕。破壞生態(tài)平衡折疊外來物種入侵，會對植物土壤的水分及其他營養(yǎng)成份，以及生物群落的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及遺傳多樣性等方面造成影響，從而破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。如引自澳大利亞而入侵中國海南島和

雷州半島許多林場的外來物種薇甘菊，由于這種植物能大量吸收土壤水分從而造成土壤極其干燥，對水土保持十分不利。此外，薇甘菊還能分泌化學物質(zhì)抑制其他植物的生長，曾一度嚴重影響整個林場的生產(chǎn)與發(fā)展。危害折疊會因其可能攜帶的病原微生物而對其他生物的生存甚至對人類健康構(gòu)成直接威脅。如起源于東亞的“荷蘭榆樹病”曾入侵歐洲，并于1910年和1970年兩次引起大多數(shù)歐洲國家的榆樹死亡。又如40年前傳入中國的豚草，其花粉導致的“枯草熱”會對人體健康造成極大的危害。每到花粉飄散的7—9月，體質(zhì)過敏者便會發(fā)生哮喘，打噴嚏，流鼻涕等癥狀，甚至由于導致其它并發(fā)癥的產(chǎn)生而死亡。外來物種入還會給受害各國造成巨大的經(jīng)濟損失。對于任何一個國家而言，想要徹底根治已入侵成功的外來物種是相當困難的，實際上，僅僅是用于控制其蔓延的治理費用就相當昂貴。在英國，為了控制12種最具危險性的外來入侵物種，在1989—1992年，光除草劑就花費了3.44億美元，而美國每年為控制“鳳眼蓮”的繁殖蔓延就要花掉300萬美元，同樣，中國每年因打撈水葫蘆的費用就多達5—10億元，由于水葫蘆造成的直接經(jīng)濟損失也接近100億元。據(jù)美國、印度、南非向聯(lián)合國提交的研究報告顯示，這三個國家每年受外來物種入侵造成的經(jīng)濟損失分別為1500億美元，1300億美元和800多億美元。[4]而據(jù)國際自然資源保護聯(lián)盟的報告，外來物種在非洲蔓延迅速，已嚴重破壞了生物多樣性和經(jīng)濟發(fā)展，每年造成的經(jīng)濟損失多達數(shù)十億美元，且報告的起草人霍華德認為，目前所了解到的外來物種給非洲造成的破壞可能只是冰山一角，其對非洲生態(tài)和經(jīng)濟發(fā)展的影響可能要比估計的大得多。國際法規(guī)折疊目前，外來物種入侵作為全球性問題已經(jīng)引起世界各國和國際組織的廣泛關(guān)注，國際自然資源保護聯(lián)盟，國際海事組織（IMO）等國際組織已制定了關(guān)于如何引進外來物種、如何預防、消除、控制外來物種入侵等各方面的指南等技術(shù)性文件。而美國、澳大利亞、新西蘭等國家也先后建立了防治外來物種入侵的各種技術(shù)準則及指南，并進行了相應的立法，努力加強該國對外來入侵物種的防御能力及綜合治理能力。1982年—1988年，眾多科學家開始在環(huán)境問題科學委員會（SCOPE）的組織下就外來物種入侵的本質(zhì)開展討論。1992年在巴西里約熱內(nèi)盧召開的世界環(huán)境與發(fā)展大會上，與會各國簽署了“國際生物多樣性公約”（包括中國），這是有關(guān)生物安全的一個最重要的全球性公約。對于外來物種的入侵，《公約》第8條明確規(guī)定：“必須預防和控制外來入侵物種對生物多樣性的影響。”同時《公約》還要求每一締約國應直接或要求其管轄下提供《公約》所規(guī)定生物體的任何自然人和法人，將該締約國在處理這種生物體方面有關(guān)使用和安全的任何現(xiàn)有資料以及有關(guān)該生物體可能產(chǎn)生的不利影響的任何現(xiàn)有資料，提供給將要引進這些生物的締約國。此外，與控制外來物種密切相關(guān)的兩個國際規(guī)則：SPS協(xié)議（即《關(guān)于衛(wèi)生和植物衛(wèi)生措施協(xié)議》）以及TBT協(xié)議（即《貿(mào)易技術(shù)壁壘協(xié)議》）也都明確規(guī)定，在有充分科學依據(jù)的情況下為保護生產(chǎn)安全和國家安全，可以設置一些技術(shù)壁壘，以阻止有害生物的入侵。事實上，對于抵御海洋外來生物的入侵早在1982年的《聯(lián)合國海洋公約》里已明確規(guī)定，各國必須采取一切必要措施以防止、減少和控制由于故意或偶然在海洋環(huán)境某一特定部分引進外來的新的物種致使海洋環(huán)境可能發(fā)生重大和有害的變化?？偟膩砜?，為防治外來物種入侵，目前已通過了40多項國際公約、協(xié)議和指南，且有許多協(xié)議正在制定中。雖然許多公約在一定程度上還缺乏約束力，雖然各國在檢疫標準的制定上還存在著一些差距和矛盾，但這些文件仍在一定范圍內(nèi)發(fā)揮著日益重要的作用，而國際海事組織、世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國糧農(nóng)組織也正在更加積極致力于加強防治外來物種入侵的國際合作。放眼世界各國，美國和澳大利亞對于防治外來物種入侵立法舉措值得借鑒。作為世界上遭受外來物種入侵最嚴重的國家之一，美國政府早在90年代初期就展開了相應的立法工作。1990年美國國會通過了《非本地物種法》，旨在對美國航運實踐進行研究以幫助掌握如何引進外來物種以及如何防止有害物種的引進。當1999年1月