生物入侵对生态环境的影响及保护策略.doc

生物入侵对生态环境的影响及保护策略摘要 全球化不仅带来了世界政治和经济格局的变化, 而且也改变了生物分布的空间格局导致生物种群的重新分布, 由此而产生的生物入侵已成为各国政府、国际社会和学术界所共同关心的全球变化问题。生物入侵、全球变化和生境丧失是21世纪的最棘手的三大环境问题。随着生物入侵的现象越来越普遍，所带来的影响也愈来愈严重，已严重危胁全球的生态安全，成为危害生物多样性、生态环境和国民经济的一个十分重要和紧迫的问题。我国作为受害国之一，预防生物入侵造成的生态安全影响要从生态安全认识、生态安全管理和生态安全预警等方面入手。当前，我国十分重视生物入侵的防治工作，正在从加强立法、建立生物入侵预警机制、提高公众的生态安全意识等方面解决生物入侵问题。前言随着全球化、商业和旅游的增长以及对外自由贸易的重视，有意或无意地为物种传播提供了前所未有的机会。据统计,美国每年因外来物种入侵造成的经济损失高达1500亿美元，印度每年的损失为1300亿美元，南非为800亿美元。生物入侵引起公众和媒体广泛关注的首要原因是它带来的巨额经济损失。美国康奈尔大学的Pi2mentel等从经济学的角度得出生物入侵给美国造成的经济损失是每年1366亿美元。我国因外来物种入侵造成的损失同样惊人,每年仅几种主要外来入侵种造成的经济损失就达574亿人民币,入侵种造成的总体损失可达到数千亿元人民币;其次,生物入侵对生态和环境的破坏。生物入侵可在个体、遗传、种群、群落、生态系统等各个水平上产生影响,造成物种濒危、灭绝, 生物多样性丧失,并严重影响原有生态系统的结构和功能。生物入侵造成了目前为止最难以恢复的的生态系统变异,这些改变是导致全球生物多样性丧失的主要原因,仅次于生境破坏,且马上会上升到第一位。入侵生物学的奠基人Elton认为,生物入侵是指某种生物从原来分布区扩展到一个新的(通常也是遥远的)地区,在新区域里,其后代可以繁殖、扩散并维持下去。生物入侵的历史可以追溯到地质历史时期。在自然界,生物扩散或者迁徒是普遍现象。第四纪冰期后,人类诞生有意或无意地将一些生物带到新区域。但是, 只是在哥伦布发现新大陆以后,随着全球航行的兴起,这种人为因素带来的生物入侵才真正地形成威胁,近百年来的生物入侵更是加快了千万倍。生物入侵途径可分为自然与人为途径。自然途径又赖自然媒介传播和生物媒介传播。人为途径也可分为无意识引入和有意识引入外来种。生物入侵无处不在, 并对世界生物区系产生深刻影响,人类则成为外来种越洋跨洲迁移的主要传播者,许多生物借此达到自然迁移无法企及的生境。伴随运输方式现代化,生物入侵速率呈几何级数增长。1 生物入侵的现状据世界自然保护联盟报道,全球范围内入侵物种对生物多样性的威胁高居前5位,外来生物入侵是导致原生物种衰竭、生物多样性减少的重要原因之一。其中, 木本植物变为入侵物种的例子超过650个,而森林树种则成了入侵自然生境的先锋。南欧海松(Pinuspinaster)侵袭了南非地中海类型的生境以及夏威夷、新西兰。在德国的下萨克森州,一种从北美来的晚花稠李严重胁迫当地的森林,该州为防止其蔓延而进行清除。美国外来物种入侵问题在19世纪中期已经出现。据统计, 入侵美国的外来植物约有4000种,外来动物约有2300种。这些外来入侵者没有天敌,在美国迅速繁殖。有关部门统计,外来物种至少使美国每年损失1220亿美元。中国是世界上物种多样性特别丰富的国家之一。对外来入侵植物种类的调查始于20世纪90年代中期。中国科学院知识创新工程重大项目“重要外来物种的入侵生态学效应及管理技术研究”项目组2003年发布中国生物入侵警报,报道最新发现的外来入侵生物种,包括椰心叶甲、澳洲阿克象、褐纹甘蔗象、水椰八角铁甲和西花蓟马。2003年3月,中国国家环保局公布了16种外来入侵生物名单, 包括紫茎泽兰、微甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、凤眼莲、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、美国白鹅、非洲大蜗牛、福寿螺和牛蛙。目前认定的生物入侵物种至少在100种以上,其中动物约有40种,植物大约50种,微生物或病害约有10种。自20世纪80年代以来,入侵动植物危害日益猖獗,近几年我国加紧了这方面防治工作。2002年6月,在海南省海口市首次发现危害椰子树等棕榈科植物的外来害虫椰心叶甲。截至2004年1月底,海南18个市县,已有12个市县的椰树出现疫情,虫害发生总面积达3万多hm2,受害椰树等棕榈科植物上百万株,占全省椰树总量的6. 6%。一方面采用挂药包,另一方面引进并大量繁殖放养蓟小蜂,最终控制了椰心叶甲的危害和蔓延。从20世纪50年代开始，各国科学家就开始了比较系统的研究。澳大利亚由于历史和地理的原因，生物入侵现象比较突出，对其研究较早而且深入；美国、英国、南非、新西兰等国也从各自的角度对有关问题进行了较深入的研究。我国对生物入侵的研究起步较晚，从20世纪90年代中期才开始，目前已取得了一定进展。但是生物入侵是一个动态的不稳定的过程，加之社会经济、技术条件的影响，因此我国对生物入侵的研究还处在初级的阶段，停留在概述、定性、模糊的阶段；与国际先进水平相比，我国还比较滞后。2 我国生物入侵的分布生物入侵已经遍及我国34 个省级行政区，它的分布具有一定的时间动态性和地理区域性。2.1 时间动态性及原因分析自从生物诞生那一天起，几乎就开始了生物入侵，但由于人类起源较晚，科学技术发展缓慢，忽视了早期的生物入侵。即便是有5000多年文化的中华人民共和国也缺乏这方面的记载。这就使我们今天的研究陷入了零起点。这里只能从20 世纪谈起。20世纪初，凤眼莲又叫水葫芦，原产于南美洲，是世界上漂浮型小草中危害最严重、蔓延最广泛的杂草之一，在1901年被引入我国。20世纪30年代，入侵我国的生物有豚草，空心莲子草，飞机草等。豚草包括普通豚草和三裂叶豚草，为菊科豚草属植物，原产北美。空心莲子草又叫水花生，苋科莲子草属植物，原产巴西，该草于20世纪30年代传入我国上海及华东一带，50 年代后南方很多地区将此草作为猪饲料人为引种扩散种植，后逸为野生。飞机草原产中美洲，大约于解放前后从中缅、中越边境传入我国云南南部。20世纪6080年代，大米草原产于欧洲，1963年从英美传入福建。紫茎泽兰，人称魔鬼草，原产于墨西哥和哥斯达黎加，从中缅和中越边境传入云南。薇甘菊又叫小花假泽兰，原产于南美洲，属于菊科植物，20世纪80年代从东南亚蔓延到香港及珠江三角洲地区，有“植物杀手”之称，至今仍未能制止其蔓延危害。福寿螺原产于亚马孙河流域，1981年由一位巴西籍华人引入广东，到1984年福寿螺已在广东广为养殖，曾作为牛蛙食料。1982年在南京中山陵首次发现松材线虫，当时并没有引起人们足够的重视，但在短短的10多年间，松材线虫以燎原之势迅速扩展蔓延至江苏、安徽、广东、浙江等省。还有其它危险性害虫如美国白蛾、松突圆蚧、湿地松粉蚧等等。20世纪90年代以来，这段时间的统计资料较少。2002年11月传入我国的有食人鲳。食人鲳原产地南美，活动猖獗，经常攻击靠近河水的家畜，仅在巴西的一个州，每年会有超过1200头牛被吃掉，如不加控制它会破坏我国的生物多样性，造成巨大的损失。外来物种入侵的确是我国生物安全的大敌。总体来看，入侵生物数量是逐渐增加的，其主要原因是人为引进。人为引进分为有意识引进和无意识引进。（1）有意识引进：目前，人们的生活水平提高了，需求增加，思维活跃，为了某种目的而引进新的物种，如为了保护滩涂而引进的大米草，为了净化水质和作为饲料而引进的水葫芦等；（2）无意识引进：由于经济全球化，国际贸易加强，一些生物借助交通工具、运输的货物、旅游者等途径传入我国。这些生物传入后，经过一段时间的适应、生长、发育、迅速繁殖后才泛滥成灾的。这是外来生物入侵的一个重要现象，即“时滞”。如薇甘菊是20纪80年代传入我国，90年代才成灾的。水葫芦是1901年引进，在20世纪60年代成灾。针对这一特征，可以有效的预防生物入侵灾难的发生。2.2 地理分布特征及原因分析生物入侵现象在我国的分布很不均衡，呈现一定的区域特性。西北、青藏、内蒙区生物入侵现象很少。东北区和华北区主要入侵生物有豚草、白蛾等。西南区主要有飞机草、紫茎泽兰、空心莲子草等，飞机草从我国云南南部传入，现已广泛分布于云南、广西、贵州、四川的很多地区并以较快的速度向北推移。空心莲子草分布广泛，据1986年调查，仅四川的35个县，累计发生面积达34.7hm2，最高发生密度达339.6m2。华南、华中和华东区主要的入侵生物有大米草、薇甘菊、豚草、水葫芦、福寿螺、蔗扁蛾、松材线虫等。大米草从英、美等国引进，主要用于保护滩涂。几十年来，经过人工种植和自然繁殖扩散，已经大面积传播到我国南北80多个县、市的沿海滩涂上。有些生物分布很广，如豚草已经广泛分布于东北、华北、东南等15个省市，并形成了沈阳、南京、南昌和武汉4个扩散中心。水葫芦现已波及云南昆明、江苏、浙江、上海、福建、湖南、湖北、四川和河南南部。紫茎泽兰广泛分布于我国西南大部分地区，在其发生地总是以满山遍野密集成片的单优植物群落出现，导致原有植物群落的衰退和消失。一些物种目前分布范围不大，但呈现出逐渐扩大的趋势，且生物入侵传播速度很快。70年代侵入我国的一种原生活在美国的小麦蚊虫，30年间已遍及全国主要的小麦产区。美洲斑潜蝇自1994年发现，到现在已扩散到除西藏以外的全国各省。1995年在北京首次发现的蔗扁蛾，现在已传到海南、福建、南京等地。1998 年在山西首次发现的红脂大小蠹蔓延迅速，已波及河南、河北两省。现将我国生物入侵分布情况绘成简图（图1）。由图可知生物入侵的分布不均衡：生物入侵主要集中在华南、华东和华中区，华北和东北次之，西北区最少。入侵生物的数量随着纬度的增加而减少，其分布呈现出不规则的纬度地带性特征。这一点在国内未见报道，但国外已有研究。图1 我国生物入侵分布图所有入侵成功的生物都具有以下的共性：（1）所有的物种必须保持一定的数量；（2）物种具有扩张的能力；（3）物种具有一定抗干扰能力，适应性强。一个成功的入侵者要在一个新的生境顺利完成其生长、繁殖和扩散过程，不仅要取决于上述的生态生理特征，更重要的是取决于入侵地的生境特征。从大的环境看，中国幅员辽阔，地跨五个气候带（寒带、温带、暖温带、亚热带和热带），多种生态系统并存，为外来物种的生存提供了多种适宜的生境条件。从局部看，华南、华东和华中区气候湿热，物种丰富，多样性高，适宜外来物种的生存。华北区和东北区以及西北区气候上非冷即干，抑制了大部分生物生长。此外，华南和华东地区，多是沿海开放城市，经济搞活和改革开放的影响，使这些地区最先与国外交流，致使一些生物借助某种方式首先在这里登陆，并得以生长繁殖。生物入侵集中在华南和华中地区，应引起足够重视。3 生物入侵的危害外来有害生物侵入新的生态环境后, 在生态系统中占据适宜的生态位, 种群迅速增殖、扩大, 发展成为当地新的优势种, 这是一个生态学过程。生物入侵带来的直接后果是对人类社会经济的危害和生态安全的破坏。3.1 生物入侵对经济的影响。生物入侵给人类社会带来巨额经济损失。美国康奈尔大学的Pi-mentel等从经济学的角度得出, 生物入侵给美国造成的经济损失每年达1366亿美元。我国也是外来物种入侵造成严重灾害的国家之一, 据统计, 松材线虫、湿地松粉蚧、松突圆蚧、美国白蛾、松干蚧等森林入侵害虫每年发生与危害的面积约在150万hm2。稻水象甲、美洲斑潜蝇、马铃薯甲虫、非洲大蜗牛等农业入侵的害虫近年来每年发生的面积达到140160万hm2, 对本地生物多样性和农业生产造成了巨大威胁, 已经到了难以控制的局面。外来生物一旦入侵成功, 要彻底根除极为困难, 而且用于控制其危害、扩散蔓延的代价极大, 费用极为昂贵。1994年入侵我国的美洲斑潜蝇, 目前发生面积100多万hm2, 每年的防治费用就需4.5亿元。几种主要外来入侵物种造成的经济损失平均每年达574亿元人民币。3.2 生物入侵对人类健康的影响。当外来物种入侵以后, 就会扎根繁殖和不断扩张, 其导致的“环境污染”问题具有“侵染性”, 在一定情况下会暴发成灾。某些侵入生物是人类的病原或病原的媒介, 传入后造成大范围的疾病流行, 严重影响人类健康和生存。1991年由于外来船只上将受到污染的压舱水倾倒在秘鲁海港所引起的霍乱, 使美洲100多万人受到感染, 1万人死亡。此外, 南美国家为处理饮用水和修理下水道就耗费了2000多亿美元。随着全球活动加强, 这种流行疾病有可能再度发生。疟疾是人类生存的大敌, 它是由按蚊(Anophelesgambiae) 传播的疟原虫引起发病。1930年按蚊从非洲西部传入巴西东北部地区, 传入当年, 在仅有1.2万人口的15.5km2地区内就有1000余人感染疟疾。19421943年, 该病从苏丹传入埃及北部的尼罗河河谷地区, 死亡人数超过13万。3.3 生物入侵对生态系统的影响。生物入侵可在个体、遗传、种群、群落、生态系统等各个水平上产生影响, 造成物种濒危、灭绝, 生物多样性丧失, 并严重影响原有生态系统的结构和功能。生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础, 同时也是生态安全的关键。然而, 近年来, 生物多样性受到了严重威胁, 物种灭绝速度不断加快, 遗传多样性急剧贫乏, 生态系统严重退化,这些都加剧了人类面临的资源、环境、粮食和能源危机, 而外来物种对生态环境的入侵已经成为生物多样性丧失的主要原因之一。水葫芦严重破坏了滇池水生生态系统的结构和功能, 导致大量水生动植物死亡, 20世纪60年代以前滇池的主要水生动物、植物分别有68种和16种, 到80年代大部分水生植物相继消亡, 水生动物仅存30余种。原产中美洲的紫茎泽兰(飞机草)已遍布我国西南大部分地区, 生态系统受到严重的破坏, 原有植物群落迅速衰退、消失。海南岛地处热带, 生物种类丰富, 是我国生物资源宝库。但现在, 只要是飞机草(Eupatorium odoratum)入侵的地方, 其它本地物种就很难生长, 原因是飞机草可分泌有化感作用的化合物抑制其它草本植物发芽和生长, 排挤本土植物并阻碍植被的自然恢复。飞机草现在已经侵占了大量的农田和荒地, 使海南岛的生态系统以及生物多样性遭受严重威胁。外来种在其侵入区内, 除了直接的生存竞争对当地生态系统以及生物多样性进行干扰、破坏外,还以其他形式对当地生态系统产生影响。在南非,对14种引进的农作物造成严重危害的130多种害虫均系本地种, 它们原来并不取食这些农作物, 由于引进的外来植物促使这些本地种昆虫改变了食性, 从而造成了灾害。4 引起生物入侵的因素4.1 生物入侵传播途径。外来生物入侵的方式主要有两种: 自然途径和人为途径。生物入侵的自然途径是指在没有人类的介入,生物在生物区之间、大陆之间和岛屿之间远距离的传播也可能发生,但这种自然入侵只是小概率事件。有两种方式: 一种方式是自然界中的植物慢慢侵入到其他生态系统,有的通过根、茎、叶的繁殖,有的通过种子的传播,这种传播非常缓慢。另一种方式是通过自然媒介和动物媒介传播。自然媒介主要是指风和水流等; 动物媒介主要通过动物对植物的侵食和携带,将种子传播到另一个地区。生物入侵的人为途径是指因人类的活动而导致的外来生物的入侵,认为途径可分为有意传播和无意传播。有意引进某些物种是想为了保护生态环境,但到最后却无法加以控制,导致外来物种泛滥成灾。无意引进是指外来物种随陆地交通、海上运输或空运等由旅客或其他人员无意携带进入。人类传播已大大加快了生物入侵的速率,加快的幅度应以数量级计算,而且使许多生物能够到达靠自然传播无法到达的生境。4.2 生物自身的机制对生物入侵的影响。生物入侵并非一朝一夕就可以完成, 其过程是一个复杂的链式过程。外来种自身特性对入侵、定居、适应和扩散这4个阶段极其重要,其中第2阶段对入侵成功与否起关键作用。而第一个阶段传入期则是防止外来种危害的最佳时期,但这个时期比较短。首先,外来种在新的生态环境中对资源的竞争性强,能抗干扰且干扰后恢复力大,能在逆境中生存,易于入侵; 雌雄同体和孤雌生殖的种类、有广泛寄主的物种对受人类活动强烈干扰的区域和孤立的海岛比较容易入侵。4.3 新的生态系统。新的生态环境对生物入侵也非常重要被入侵的生态环境适宜入侵种,在新的生态环境里缺少了天敌及其它克制生存的生物因素,生物因子失控,如果有较多的生态空位,入侵物种就更加容易入侵。澳大利亚本来没有兔子,以宠物身份引进澳大利亚的兔子在百年后成了让当地人最头疼的物种之一; 樟木在国内成活都不大容易,可在澳大利亚却已经开始让那里的植物学家头疼。另外,生物入侵与生态系统稳定性有关,多年研究生物入侵的专家证明,入侵物种能够大规模肆虐的地区,往往也是人类活动较多、当地生态环境受到破坏比较多的地区,而象鼎湖山自然保护区等生态环境比较完整的地方,外来生物是很难入侵的。4.4 全球气温变化对生物入侵的影响。尽管目前要得出大气中CO2浓度的升高对入侵种影响的一般结论尚为时过早,但已有的研究表明,CO2浓度的升高可能减慢某些植物群落的演替恢复,从而加快外来植物的入侵过程;也有研究显示,在干旱的生态系统中,CO2浓度的升高有助于外来植物的入侵成功。气候的变化可能有利于能迅速改变其分布区或具有适应不同环境能力的外来入侵种。如果全球变暖达到13.5的话,目前仅入侵于南方的物种,其入侵区可能向北移,如入侵美国南部(如佛罗里达和肯特基)的野葛(Pueraria lobata)有可能向更北的地区入侵。4.5 引起生物入侵的其他因素(1)人们对生物入侵的认识不深,思想重视不够,有意无意地将外来生物带入境内。(2)立法没有跟上,对外来生物入侵缺乏有效的法律法规约束,缺乏科学有效的检测和检疫监管手段。(3)国家基础研究比较薄弱,对外来生物入侵带来的全面生态效应研究得不够。(4)使用现代生物技术培育出来的部分转基因生物,也有可能成为入侵生物。(5)媒体宣传和公共教育力度不够,公众的生态安全、生物安全和环境安全的生态环境保护意识还未深入人心。5 生物入侵的防治措施外来入侵生物一旦“登陆”成功，就很难从根本上消除。要根据外来入侵生物的强大生命力特性，研究其利用价值，“驯化”外来物种，这将有助于控制其蔓延和发展，并达到生态修复的目的。当前应加强以下措施来解决物种入侵问题：5.1 加强出入境检疫工作，制定外来入侵物种管理方面的法律法规和风险评价指标体系。进一步加强边境海关检验检疫工作，阻止新的入侵种入境。加强对入境的各种交通工具如列车、汽车、轮船和旅游者携带的行李以及各种货物的检查工作，防止无意带入外来生物。在全国范围内开展外来入侵物种调查，查明我国外来物种的种类、数量、分布和作用，建立外来物种数据库；分析外来物种对我国生态系统和物种的影响，建立对生态系统、环境或物种构成威胁的外来物种风险评价指标体系、风险评价方法和风险管理程序；逐步建立健全精干高效的外来入侵物种监测系统；加强对外来入侵物种危害性的宣传教育，提高对外来入侵物种的防范意识；加强对外来入侵物种识别、防治技术、风险评估技术、风险管理措施的培训。5.2 加强立法，并要严格执法。我国现有的出入境动植物检疫法、植物检疫条例等相关法律、条例有很多不完善的地方，缺少有关外来物种的预防、引进、控制等的专项立法，在防治过程中往往无法可依。在防止外来生物