物种入侵及其后果

物种入侵及其后果,云南大学人文学院历史系,2014级王彤,一、近十年来生物入侵的研究综述二、生物入侵的概念及途径三、生物入侵的历史及现状四、生物入侵的原因及危害五、生物入侵的控制方法,一、近十年来生物入侵的研究综述,1、生物入侵的研究概况自“动物生态学之父”CharlesElton的TheEcologyofInvasionbyAnimalsandPlants一书1958年出版以来，全球外来物种入侵的关注度与日俱增。鉴于物种入侵对入侵区的生态环境、社会经济和人类健康造成了严重的威胁，这一问题受到各国政府、国际组织、社会公众和科学界的广泛重视，已成为21世纪五大全球性环境问题之一。近10余年来，全球科学家在生物入侵研究方面投入了巨大的努力，并取得了丰硕的成果，这不仅为我们遏制现有入侵物种的进一步蔓延提供了依据，而且为我们将来抵御新的物种入侵提供了有效的措施。我国是一个生物多样性的大国，景观、气候，生态系统类型的多样性，造成了很多外来物种容易在我国领土上长期定殖。特别是近30年来我们经济始终处在高速发展时期，与世界各国和地区的交流不断增多，进一步加剧了外来物种入侵中国的数量和频率。由此造成了我国当前,入侵种的数量相当庞大。影响也日趋严重。出于国家公共安全的整体需求，我国科学家从20世纪90年代起，逐渐重视物种入侵研究。我们高兴的看到，虽然我们物种入侵研究起步较晚，但受到各级政府对这一问题的重视，近10年来，中国在这一领域已取得了巨大进步，获得了诸多的重要进展，在国际物种入侵舞台上也有一定的地位。2008年以来,我国科学家出版了入侵生物学(万方浩等,2011a)、生物入侵:预警篇(万方浩等,2010)、生物入侵:检测与监测篇(万方浩等,2011b)、生物入侵:生物防治篇(万方浩等,2008a)、生物入侵:管理篇(万方浩等,2008b)等一系列专著。这些专著的出版,以及近年来我国科学家在生物入侵领域内获得的诸多研究进展,标志着中国的生物入侵研究已形成了较为全面和丰富的研究体系。当前,具有区域特色的生物入侵研究模式和入侵生物学学科框架已逐渐形成(万方浩等,2011c)。,同时,我们很欣喜地发现,在我国科技界的共同努力下,截至2010年,中国的生物入侵科学论文数量已在发展中国家排名第二(Nuez然而,我们对其深层次的认识还处于初期,尚存在诸多悬而未决的问题,譬如,如何科学地预见生物入侵(Williamson,1999)、物种的入侵与进化的关系(Allendorf外来种在新的区域扩张和移殖过程中的进化动态,以及与入侵相关的遗传变异式样,即遗传多样性对外来种的短期入侵和长期进化的影响机制;外来种与土著种的相互利用(如取食、寄生、互利、偏利等)选择与适应过程及其机制;外来种在入侵区的进化所导致的生态系统对全球气候变化响应的动态及机理。(3)入侵种的基因组学:入侵种的基因组学是一个新兴的研究领域,它利用基因组学方法研究与外来种入侵性相关的分子基础和表达调控机制,甄别入侵性的基因型,进而在基因组水平上揭示外来种入侵性产生和进化的分子机制。重点解决以下3个科学问题:与外来种的入侵性,密切相关的基因或基因型的发现;这些基因或基因型增强外来种入侵性表达的机理;在基因组水平上外来种的入侵性(特征)实现进化的途径(尚蕾等,2010)。(4)生物入侵的生态系统影响:生物入侵的影响及危害是制订入侵种管理政策的重要依据之一。过去10年来,我们对生物入侵的影响认识,在很大程度上还滞留在其引起的农、林、牧、渔业的产量与质量的损失和防治费用这样的阶段。因此,我们建议,在今后一段时间,有必要从多尺度、多个生态系统出发,针对更多的外来种(包括植物、动物和微生物)入侵对森林、草原、农田、海洋和淡水生态系统等的影响展开系统、深入的研究。(5)生物入侵与全球变化主要过程的相互作用:生物入侵并非独立事件,而是与全球变化其他问题同时袭来。可以说,几乎所有全球环境变化的主要过程(如全球气候变化、土地利用和土地覆盖变化、环境污染、荒漠化与生物多样性丧失等)都与生物入侵相互作用。,因此,针对当前全球变化及外来种入侵的现状,有必要在不同层次上,系统研究全球环境变化对外来种的入侵性、土著生态系统的可入侵性以及生态系统面临的潜在后果(李博和马克平,2010)。二、物种入侵的概念及途径1、物种入侵概念的起源与提出物种入侵是指从自然分布区通过有意或无意的人类活动而被引入，在当地的自然或半自然生态系统中形成了自我再生能力、并给当地的生态系统或景观造成明显损害或影响的物种，是已经或可能危害经济、环境或人类健康的非本土物种。物种入侵也称生物入侵，此概念最早由美国Elton于1958年提出，现在成为全球性环境问题，这一问题在中国也日益突出。,2、物种入侵的途径一是有意引进。一些外来物种是因为经济原因而被引进的，主要是认为的。当今时代，随着社会的开放，国际贸易和旅游业的发展，物流的剧增，外来物种被有意引进和传播，地理隔离的障碍作用也被削弱，这必将影响当地的生态系统，甚至是成千的本地物种陷入灭绝的境地。如食人鱼原产南美，以其攻击人和牲畜的凶残本性的著称，而且其繁殖能力极强，性格及其残暴，牙齿锐利，食人鱼群可以在十分钟内将一头牛撕咬得只剩下一堆骨骸，并且对环境适应能力强，一旦在某一流域达到一定规模时，就会在水中大量“屠杀”其它鱼类，造成不可估量的损失。2002年，在中国也出现了食人鱼。二是无意引进。外来物种随包装箱、海轮、入境旅客携带进入国内，如松突圆蚧最初是“隐藏”在进口的杉材中进入我国，先是在广东沿海，随后扩展至华南、华东并向北蔓延，所到之处松树连片枯萎，到20世纪90年代初，蔓延达到72万公顷。1998年，原产美国的湿地松粉蚧随进口的一批松树穗条传入我国，迅速蔓延。我们人类把各种有机体从,一个地方运到另外一个地方，特别是通过现代化的全球运输和旅行，人类应对外来入侵物种问题负有很大的责任。三是自然飘落。植物的种子随风或河流移落到别的地方，或是被鸟吃掉以后带到另外一个地方。飞机草、薇甘菊就是通过自然因素入侵我国的，目前已经给云南和广东造成损失。近年来，随着我国草产业的迅速发展，转基因植物的安全性评价刚刚起步。如果抗除草剂基因、抗虫基因等一旦发生漂移，就存在形成“超级杂草”的危险。3、从外来物种到入侵物种的过程在引入地，外来种的命运有两种，一种是外来种不能适应当地的环境，或受到本地种的排斥，种群不能自我维持。另一种情况则相反，外来种在当地建立起了可自我维持的的种群，称之为居留成功。居留成功的外来种如果只是停留在引入地，没有扩散到相邻的地区，当地的群落外貌不会有显著改观，生物系统的功能也能保持相对的稳定，这是的外来物种成为非入侵物种，如果居留成功的外来物种种群数量急剧,增加，并不断向四周地区蔓延扩展，将会对当地的生态系统的结构和功能造成明显的损害，这时外来物种就会变成入侵物种。如下图所示：,外来物种演变成入侵物种过程中，有几类重要的特征：一是转化的每一步都只有一小部分进入到下一阶段，最后变成入侵物种的的只占外来种的非常小的一部分。据一份调查，外来种到达新的领域后，其局域灭绝的几率非常高，即使有的外来中偶尔能存活下来，其后代维持几个世代也许会群种消亡。只有经历了各种严酷的“筛选”的归化种，这是的外来种才会变成入侵种。二是由外来种演化成入侵种可能是一个相当长的过程，相当多的外来种在种群数量剧增和扩散之前要持续数十年，而不会引起人们的关注。这方面著名的例子是引入到美国控制舞毒蛾的舞毒蛾噬虫霉在引入后的79年间几乎销声匿迹，直到1989年才重新出现。三是人类的耕作和生产管理通常促进了外来种的居留。这种生产管理是指保护弱小群种免受干旱、严寒、被取食等各种不利因素的影响，人类活动增加了外来物种的机会和频率，使外来种在引入地可以战胜种种环境灾害。,三、生物入侵的历史及现状,1外来物种入侵的历史自大约3815亿年前地球原始海洋中诞生第一批原始生命以来,生物进化的历程极其复杂,产生了数以千计的物种。经过长期的地质历史和进化过程,我们生存的星球各种生态系统都生长着不同类型的植物、动物和微生物。人类出现在非洲;10多万年前,人类扩展到欧洲和亚洲;4-6万年前在澳大利亚出现人类;约1.52万年前人类进入美洲;大约1000年前人类最远到达了太平洋地区。人类这一物种是侵入其他地区的很好例证,并且传播迅速。例如,第一批来到美洲的亚洲人带来了狗,玻利尼亚人航海时携带着猪、芋头、白薯等至少30种物种。其中对火的使用改变了生态系统,并致使其他一些物种灭绝。至少在几百年前,军队也是物种从一地迁往另一地的重要载体,其中一些转变为入侵性物种。军队传播新疾病的事实是众所周知的,麻疹就是由早期的征服者从欧洲带入美洲的;而梅毒却是以相反的方向:从美洲到欧洲。1887年以前,非洲还没有遭到梅毒感染,但随着意大利人的入侵,此病毒出现在厄立特里亚,1888年,传入埃塞俄比亚,不到10年,该病,毒传遍整个非洲大陆。欧洲在北美、澳大利亚、新西兰以及其他地方实行殖民统治,一直寻求创建和自己大陆相似的生活条件,正因如此,把物种的引入推向了一个新时代,他们带来的物种包括小麦、谷物、黑麦、牛、猪、马、绵羊和山羊。由于人类早期运输不便,这些物种在当时并没有产生太大的影响。自从蒸气轮船被普遍使用后,水上的大门敞开了,而1820-1930年间,有5000多万欧洲人移民到遥远的海滨,随之带来了大量的动植物,丰富了当地的植物群和动物群。后来,中国人、印度人、印度尼西亚的华人、非洲人和其他地区的移民也把相似的物种带到他们在欧洲、澳大利亚和美洲的新家园。2、我国近几十年来物种入侵现状自20世纪80年代以来，我国外来入侵物种日益猖獗，据调查，我国现有外来入侵种共529种,其中植物、动物、微生物分别为270种、198种和61种。物种数最多的类群为陆生植物、陆生无脊椎动物和微生物。,值得注意的是,最近的研究发现,中国的外来陆生草本植物总数就多达800种,只是其中65%的物种其入侵性尚不明确。因此,推测我国境内入侵种的实际数量可能远大于目前已列入编目的数量。、植物：我国对外来植物入侵种类的调查始于20世纪90年代中期，据丁建清教授在1995年对植物的初步统计，发现至少有58种外来植物对我国林业带来了危害。强胜等在2000年调查发现，我国外来杂草有108种，其中被认为是全国性的或地区性的有15种。主要入侵的植物有：水花生、豚草、紫茎泽兰、薇甘菊、北美一枝黄花、大米草、毒麦、水葫芦、飞机草、节节草、苏丹草、宿苜草、野茼蒿等。、动物：目前危害我们农林业的外来动物大约有40种。害虫类包括美国白蛾、松突圆蚧、稻水象甲、湿地松粉蚧、美洲斑潜蝇、松材线虫、蔗扁蛾、马铃薯甲虫等。其他外来动物如原产于南美的福寿螺、原产于东非的东非大蜗牛、原产于南美的獭狸，食人鱼等。,、微生物：与入侵的动植物相比，我国对外来微生物的调查更为少见。目前对农业危害较大的微生物病害有12种。如甘薯黑斑病、马铃薯癌肿病、水稻细菌性条斑病、玉米霜霉病、大豆疫病等等。四、物种入侵的原因及危害1、物种入侵的原因一是“内禀优势假说”。该假说认为,外来种在传播和扩散的过程中,某些内禀的优势特征(如形态、生理、生态、遗传和行为等)决定了其入侵行为的产生。这可能是因为相对于土著种,具有内禀优势的外来种在进化中获得了更多的变异,从而具有耐受更广泛的环境条件、利用更多资源类型并抵抗大量潜在天敌控制的能力或性状,最终在竞争中获得了优势。在我国成功入侵的外来种,大都可以部分地用“内禀优势假说”来解释。如,B型烟粉虱(BemisiatabaciB-biotype)的成功入侵,受其寄主广泛、繁殖能力大、抗药性强对逆境环境具有极强适应性等独特的内禀优势驱动。二是“资源机遇假说”。“内禀优势假说”虽然充分肯定了外来种本身的内禀优势在入侵中的作用,并且在统计意义上来讲,它可以较好地解释绝大多数外来种的入侵性;但必须注意到,在入侵形成的过程中,除了外来种本身需具备入侵的特性外,资源的可利用性亦应起到关键作用。也就是说,群落的可入侵性与可利用资源的多少紧密相关。例如,稻水象甲在我国浙江稻区的入侵成功,便证明了“资源机遇假说”的正确性。在浙江,生境和食料条件是影响稻水象甲种群数量扩张的关键因子,浙江水稻产区稻田边的山坡为稻水象甲的越冬提供了庇护,而田埂上生长的杂草则为该虫提供了较好的早期食源和产卵环境杂草的存在可能起到了桥梁寄主的作用。三是“人为干扰这一人类的主观作用”。譬如,互花米草的入侵,除了自身优势以外,很大程度上是因为我国海岸带盐沼生态系统中土著高等,植物的多样性低、人类活动干扰频繁和环境的变化等有利于其生长和繁殖，尤其是长江河口频繁出现的咸水侵入和我国东海岸的高强度围垦更是助推了该入侵种的定居和扩张。总的来说,干扰的作用一方面可能为先锋入侵种的奠基提供了途径和机会;另一方面更为外来种传入后提供了空余生态位机遇,使外来种在与土著种的竞争中,更有可能接触到和利用到现有的资源,或通过干扰消灭了竞争者,从而直接或间接地帮助了外来种的入侵。2、物种入侵的危害、造成生态破坏和生物污染。外来物种成功入侵后，大量繁殖，迅速生长，难以控制，造成生态环境破坏，形成生物污染。20世纪6080年代，我国为保护滩涂，从英美等国引进大米草，经过自然繁殖和人工种植，在我国北起辽宁锦西县，难道广东电白县80多个县市的滩涂上都有分布，近年来，大米草在一些地区疯狂扩散，难以控制，破坏了近海生态环境，造成沿海养殖的多种生物死亡，阻塞航道；影响海水交换，导致水质下降并诱发赤潮，与沿海滩涂植物竞争生存空间，导致大片红树林死亡。,、生物多样性消失。外来物种如果生存和繁殖能力强，则会压制和排挤本地物种，形成优势种群导致生物多样性消失。云南昆明滇池1000公顷水面上近100%覆盖着水葫芦。20世纪60年代前，滇池有水生植物16种，水生动物68种，到了80年代，大部分水生植物相继消亡，水生动物只剩30余种。、农林业损害：许多外来生物造成农作物和牲畜死亡，对农林业生产造成巨大威胁。这些外来生物的入侵仅对农林业造成直接经济损失每年达574亿元。每年因松材线虫、美国白蛾等害虫危害森林150万公顷,豚草、微甘菊、飞机草等大肆蔓延，造成农业损失惨重；稻水象甲、非洲大蜗牛、美洲斑潜蝇等危害农作物140万公顷。1994年美洲斑潜蝇入侵我国目前发生面积1000万亩，每年防治费用4.5亿元。、威胁人类健康：豚草、三裂叶豚花粉是引起人体过敏性症状枯草热的主要病源，空气中每立方米有豚草花粉)4050颗，人就会感染枯草热（秋季花粉症）美国每年豚草病患者1460万人，加拿大有80万人。江西医学院第一附属医院!每年收诊2000多花粉过敏者，其中近,半数是豚草花粉引起的。五、生物入侵的控制方法1、人工防治方法依靠人工，捕捉外来害虫或拔除外来植物。人工防治适宜于那些刚刚传入、定居，还没有大面积扩散的入侵物种。我国人力资源丰富，人工防除可在短时间内迅速清除有害生物，但对于已沉入水里和土壤的植物种子和一些有害动物则无能为力；高繁殖力的有害植物容易再次生长蔓延，需要年