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生物入侵是指某种生物从原来的分布区域扩展到一个新的(通常也是遥远的)地区。
在新的区域里,其后代可以繁殖、扩散并维持下之为“生物污染”。
生物入侵分有意和无意两种。
外来生物在其原产地有许多防止其种群恶性膨胀的限制因子,其中捕食和寄生性天敌的作用十分关键,它们能将其种群密度控制在一定数量之下。
因此,那些外来种在其原产地通常并不造成较大的危害但是一旦它们侵入新的地区,失去了原有天敌的控制,其种群密度则会迅速增长并蔓延成灾。
而自然界里生态环境中存在着食物链,天敌之间相互制约,一旦某种生物人为绝灭和人为引入,都会产生一系列难以想象的后果。
所以国外有学者将盲目引种与生境的缩小和碎裂。
过度捕杀,物种绝灭的次生效应列为引起物种绝灭的四大原因,并形象化地称为“魔鬼四重奏叫”。
我国外来有害生物入侵形势十分严峻。
2005年3月,国家环保总局公布了第一批已形成严重危害的外来入侵物种,分别是紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草,豚草、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲,蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国自蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙等。
据估计,仅这些有害外来生物就使我国农业林业生产每年损失574亿元12l。
随着生境片断化,渣滓的次生植被常被入侵种支解、包围和渗透渗出。
使本土生物种群进一步破碎化,造成一些植被的天伦繁殖及遗传漂变。
有些入侵种可与同属近缘种、以致差异属的种(如加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)不光可与同属植物杂交,还可与假蓍紫菀(Asterptarmicoides))杂交。
入侵种与本地种的基因交换可能导致后者的遗传腐蚀。
在植被规复中将外来种与近缘本地种混植就会导致遗传腐蚀。
二.生物入侵产生的原因
2.1盲目引种
并不是所有的物种迁移或引入都会产生危害,而且许多新品种的引入确实解决了生产生活中的实际问题。
例如:
1859-1900年间,澳大利亚笔尾松鼠被引入新西兰,就成为了新西兰毛皮业的财富之源;
然而,大多数的引种在带来经济效益的同时,却给人类带来了更大的灾难。
例如,20世纪50年代我国引入水葫芦,主要是为猪提供饲料的。
随着饲料工业的发展和生猪喂养方式的改变,再采用含水量高、食用成分少的水葫芦饲料,其投入与产出已经不成正比,于是昔日人人争抢的水葫芦,如今便异化成了避之不及的环境公害。
专家认为盲目引种是造成生物入侵的最主要的原因。
2.2海洋业
一是海洋垃圾:
随废弃的塑料和其他人造垃圾漂浮的海洋生物每天都在向南极洲和一些热带岛屿进犯,并对当地的物种造成威胁。
据海洋生物学家表示,软体动物、蛀船虫、珊瑚虫这些寄居类动物如今正附着在漂浮的垃圾上漂进新的地区,对那些地区的物种造成危害,并开始改变那里脆弱的生态系统。
二是海洋压舱水的排放:
20世纪初,压舱水代替了固体压舱物,这无意中为水生生物在世界围的散布提供了极大的便利。
轮船变成了一个满载各种微型生物的“水族箱”,它们在世界围输送货物时,不断地运输和储存这些水生生物。
由于一些尚不清楚的原因,越来越多的与压舱水直接相关的异地种侵入事件在20世纪的最近几十年里时有发生。
2.3旅游业
很多的物种入侵是由于旅游者的携带而引起的,游客从全球各地带来各种的物种,其中就包括有异地的植物、动物、微生物。
这些物种被游客有意无意地留在当地的生存环境中,对当地的生物入侵起到了不可忽视的作用。
2.4国际贸易
最近10余年来,随着全球贸易额的不断增加、国际运输的集装箱化和车船飞机的速度加快及大型化,促进了鲜活植物产品贸易,也最大程度地增加了有害生物存活的可能性,从而提高了有害生物在国际间传播入侵的机会。
例如美国白娥入侵亚洲,就是由于在二战后,日本木材奇缺,美国原木大量倾销日本,美国白蛾也就由此进入亚洲,进入中国;
松材线虫传人中国、光肩星天牛(ALB)传人美国等都是由于国际贸易而引起的。
同时种苗产业国际化与国际交流频繁更加快了病虫的入侵与扩散。
三.外来生物入侵途径
外来生物入侵途径大致包括有意识引进入侵、无意识引进入侵、自然入侵和辅助入侵4类。
3.1有意识引进入侵
有意识引进入侵是指人类出于食用、观赏、饲料、引种等目的引进新物种,该物种在新的生态环境生长,定殖并迅速扩散而成为优势种群,对该生物境的其他种群构成生存威胁。
例如水葫芦,作为观赏花卉从南美引入我国,以后又发现它可作为猪的饲料,并可净化水域重金属元素污染而广为种植,但因为它繁殖力强、生长迅速,遍布一些河道和湖泊,结果成为恶性杂草。
90年代洱海引入13个外来鱼种,定殖后与土著种争食、争产卵场所及吞食土著种的鱼卵等,破坏了原有生态系统的平衡。
目前当地原有土著鱼类中有5种已陷入濒危状态。
上世纪40年代,澳大利亚昆士引进一种蔗蟾蜍以对付甘蔗田里的害虫,如今这种蟾蜍对本地物种构成威胁,并以每年50多公里的速度蔓延,踪迹遍布澳大利亚100多万平方公里的土地。
福寿螺原产于南美亚马逊流域,上个世纪70年代末,水产养殖业者将之当成美食引进到,后因其肉质太松而失去市场,养殖户纷纷弃养,将其抛进水沟、池塘,现已成为我国危害水稻等作物的恶性水生动物。
3.2无意识引进入侵
无意识引进是指物种随贸易、运输、旅游等活动而传入,传入后适应新的环境而定殖危害。
例如亚洲虎蚊随汽车轮胎进入美国。
来自美洲的松材线虫随国际贸易中使用的木质包装传入中国,在、、和一带对松树造成严重危害。
中国蟹随远洋船舶进入俄罗斯伏尔加河,其吃掉鱼虾、扯烂鱼网、危及拦河大坝的安全,进而威胁到莫斯科河原有的生态平衡。
玉米根叶甲是原产北美洲的玉米根部害虫,该虫随美国军用飞机和玉米饲料、玉米棒的调运由美国传入欧洲。
3.3自然入侵
自然入侵指生物靠自身的扩散传播能力或借助于自然力入侵,微甘菊和美洲斑潜蝇入侵我国便是典型的实例。
3.4辅助入侵
辅助入侵事例不多,但有不断增长趋势,主要是由于人类不经意及至恶意行为或自然气侯等生存条件变化,造成生物入侵或原有生物疯长,进而威胁生态环境的物种平衡。
例如2005年缉私部门从粤港澳流动渔船上查获走私入境近5000只蛇鳄龟,蛇鳄龟素有“龟中霸王”之称,适应性强、性情凶猛,专家指出其扩散后很有可能会导致本地龟类等类似生物因为食物缺乏而造成生存危机,甚至会破坏生物链,引起生态灾难。
2005年,“卡特里娜”飓风和“丽塔”飓风摧毁了美国南部1360万立方米的海岸阔叶林,为乌桕树的生物入侵开辟了道路,美国生态学会研究人员发现,乌桕树生长迅速,对于病虫害的恢复能力很强从而影响了本土植物的生长,长时期乌桕树将成为美国南部海岸的主宰并重建森林体系。
穿越生物地理区的运河、隧道、道路等,也可能导致原先是隔离的生物区系混在一起并威胁本地生物多样性的安全。
四.生物入侵的危害
外来入侵种的危害主要表现在以下三个方面:
造成巨大的经济损失,对生态系统和生物多样性的破坏,对人类社会和健康的影响。
4.1造成巨大的经济损失
虽然不是所有引入的物种都会成为入侵种,但是即使只有很少比例的外来种成为入侵种也会对经济造成巨大的损失。
农业部总经济师朱秀岩近日透露,目前已有400多种外来物种“全面”入侵我国,例如:
水葫芦、豚草、大米草、薇甘菊、风眼莲、大戟、北美车前、北美鬼针草、紫茎泽兰,鱼类等的入侵就造成了大量的经济损失和生物多样性的破坏。
在国际自然保护联盟公布的全球100种最具有威胁的外来生物中,入侵我国的物种有50余种,其中11种主要外来生物每年给我国造成的经济损失高达570亿元。
1901年,水葫芦的入侵造成我国每年用于治理水葫芦灾害的费用都在5亿元以上,仅占一年就要从水体中打捞出80万吨水葫芦。
4.2对生态系统和生物多样性的破坏
“外来种入侵是造成当前世界生物多样性丧失的最主要原因之一,入侵种通过负反馈循环与生物多样性丧失相互增强,从而更加速了全球受威胁生物群区的灭绝速率。
入侵种已经严重威胁到本土的动植物物种、种群、生态系统的结构和功能以及全球和地方的经济.“物种引进是导致生命形式灭绝的最根本原因,外来种入侵对生态系统的干扰可能是对生态系统最严重的影响。
生物入侵是导致美国生物多样性丧失的两大主要原因之一,仅次于生境破坏。
根据研究预测,在不久之后将变成最主要的原因(MartinEnserink1999)。
4.2.1对生物多样性的破坏
是我国鱼类种类最为丰富的省份,然而从20世纪60年代起,人们出于产业经济的目的,两次大规模地移殖和引进外地类。
第一次是在1963一1970年间引进“四大家鱼“等经济性鱼类,并带进麦穗鱼和虾虎鱼等非经济性鱼类;
第二次较大规模引进是在1982一1983年,把太湖新银鱼和间下鱼等引进滇池、星云湖等湖泊。
现在原有的432种士著鱼类中,近5年一直未采集到标本的约有130种,约占总种数的30%I另外约有150种鱼类在60年代是常见种,现在已是偶见种,约占总种数的34.7%t余下的152种鱼类,其种群数量也均比60年代明显减少。
在过量捕捞、水利工程、围湖造田、外来鱼类,这4个导致鱼类濒危的因素中,外来鱼类是导致土著鱼类种群数量急剧下降的最大因素。
滇池蝾塬的灭绝也与滇池引入外来种有密切的关系。
4.2.2对生态系统的影响
生物入侵对生态系统造成的影响包括:
与本地种争夺资源,威胁本地濒危物种及其他野生生物的栖息地及食物资源,使本地种数量下降或改变食性;
造成物种替换;
使食物链混乱,与本地种杂交,改变遗传多样性与完整性(如大米草),传播疾病。
它对生物多样性、生态系统的稳定性,以及所有物种都赖以生存的自然界的平衡,造成了长期的威胁。
而且由于生物入侵是在全球的尺度上发生,因而,它还有造成全球植物区系和动物区系均匀化的趋势。
4.3对社会和人类健康的影响
生物入侵造成的社会影响表现在以下多个方面:
中断电力,农业用地减少。
谷物污染,传播疾病,增加管理费用,阻塞灌溉系统,建筑物倒塌,濒危物种数量下降,干扰生态系统,引入寄生虫疾病,导致自然火灾的发生频率和密度改变。
某些入侵生物时人类病原和病原的媒介,传入后可能造成大围的疾病流行,严重影响人类健康和生存。
豚草、三裂叶豚花粉是引起人体过敏性症状——枯草热的主要病原,空气中每立方米有豚草花粉40一50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。
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。
5.入侵举例
古今中外由于有害人类健康和农业生物的安全,给人类带来的灾难是十分沉痛的。
19世纪的中叶,爱尔兰从南美引进的马铃薯(土豆)带有晚疫病,导致马铃薯全部枯死,饿死150万人,成为人类史上“生物人侵”造成的最大悲剧。
1859年,英国移民托马斯,奥斯汀给原来投有兔子的澳大利亚引进了24只欧洲野兔。
由于野兔在这里没有鹰、孤独等夭敌。
它们至今已繁衍了6亿多只后代,这些兔子常常把数万平方公里的植物啃光,导致澳大利亚畜牧业遭受了巨大损失。
人们想尽办法,筑围墙、打猎、捕捉、放毒饵等,兔灾仍然无法消除。
后来生物学家从美洲引进一种靠蚊子传播的病毒,才有力抑制了兔子的泛滥成灾。
正如世界自然保护同盟2000年2月在瑞士通过的《防止因生物入侵而造成的生物多样性损失》中指出的那样:
“千万年来,海洋、山脉、河流和沙漠为珍惜物种和生态系统的演变提供了隔离性天然屏障。
在近几百年间,这些屏障受到全球化的影响已变得无效,外来入侵物种远涉重洋到达新的环境和栖息地,并成为外来人侵物种。
”经济全球化和贸易与旅游的大幅增长,为物种偶然的或有意的传播提供了比以往更多的机会。
五.人类应对生物入侵应采取的措施
外来生物入侵问题引起了世界各国政府及相关国际组织的高度重视,其预防策略已成为研究的焦点,涉及生物学、生态学、遗传学、管理学等多门学科。
从我国已知的入侵实例来看,50%的外来入侵植物是作为有用植物引进的,25%的外来入侵动物是有意引进的,绝大部分的生物入侵事件都与人类活动直接或间接有关,因此慎重对待外来物种的引入,可以说是防止生物入侵最为至关重要的方法。
据悉,国家环保总局、中国科学院等有关部门目前正在着手建立外来物种引入风险评估体系,有关部门正加强基础研究和早期预警工作,编制外来有害生物入侵,防止发生新的生物入侵。
建立、健全相应的法律制度是防外来有害生物入侵的有力手段。
目前,我国还没有一部针对外来生物入侵的专门法规,以往发布的法律法规由多个不同的部门分别执行,在防治外来生物入侵问题上权责不明,难以有效解决和控制外来物种入侵的问题。
除完善法律制度外还应加强各部门的监督管理工作,建立相应的危机管理机制和快速应急反应体系,统一领导,明确责任,协调农业、林业、牧业、渔业、海洋、检验检疫、环保等各部门、各行业联动联防。
具体可采取的措施如下:
5.1清除
当某一物种初到新地时,试图全面根除是可能的。
这种手段虽然极端,但已经被南非的很多国家采用了。
例如世界围的鼠害,到目前为止,世界上有80多个岛屿已经清除了老鼠。
但大多数情况下,试图清除是行不通的。
而且,没有一个国家建立了完整的数据系统来确定是否新引进了某一物种,并且这一物种是否有侵略性。
然而,我们都知道,只有在发现及时,立即采用有效手段和全面参与的情况下才有可能根除入侵物种。
所以这种措施在实施时有很大的局限性。
5.2防治对策
5.2.1实行全面检疫,阻止外来种的偶然入侵
检疫是为防止危险性有害生物传出或传人某个国家或地区所采取的预防性措施.14世纪中叶,欧洲的威尼斯国为阻止黑死病、霍乱、黄热病等疫病传人本国,对要求人境的外来船舶和人员采取了进港前一律在锚地停滞、隔离40d的防措施,后来逐渐运用到阻止动植物外来种传播方面,出现了动植物检疫.1994年乌拉圭回合贸易谈判最终达成的(实施动植物卫生检疫措施协议),已成为一部国际检疫法。
1999年在举办世界园艺博览会期间,我国共检疫国外参展植物763批次、683140株,草坪165279m2,肥料8100kg,木包装7件.截获有害生物162批次,发现有害生物160多种,并进行了及时的处置。
5.2.2采取全面的生态评估和监测,防引进品种的入侵。
美国夏威夷为了消灭害虫,从非洲南部引进了一种玫瑰色蜗牛,谁知55年后,它竞将15—20种土生土长的蜗牛伙伴消灭得干干净净。
为了改善牧草的营养结构,美国西部引进了纤维含量较高的胡枝于,结果它疯狂地繁殖、蔓延,致使原本能养活9万头奶牛的牧场寸草不生,最后被荒弃不用。
在中国的、广西和南部大面积种植的巴西橡胶林,种植面积最大时达到1亿株,40多万公顷。
大面积的天然林被毁,代之以巴西橡胶占绝对优势、土壤板结、物种多样性匠乏的生态系统。
所以这些出于良好愿望导致的灾难性后果提示人们,在进行人为引种前必须认真作好全面的生态评估,并进行引种后的跟踪监测。
5.3.1化学防治
对外来物种的化学防治(包括诱饵、驱赶剂和毒药)通常被认为不可取,因为众所周知的广谱杀虫剂对环境和人类健康的影响。
但据美国国会透露,有一些新型化学杀虫剂只对某一种或几种害虫起作用,不会影响人类健康。
但是,这些化学杀虫剂非常贵,而且需要反复使用,易使害虫产生抗药性。
所以化学防治也只是在一定的程度上才有效可取。
5.3.2机械防治
机械防治有些时候是可行的。
例如,在佛罗里达,手工除蜗牛就是根除非洲大蜗牛时使用的方法。
但对于大多数生物来说,是无法进行的。
而且,机械防治的成本很高,对发展中国家也不现实。
5.3.3生物防治
生物防治被认为是继化学防治和机械防治之后最有吸引力的方法。
现在我国泛滥的水葫芦,生物学家也找到了一种水葫芦的天敌——象甲。
专家在实验室中发现:
被放置了象甲的水葫芦,植株明显变小、叶子变小、茎干变细、分支减少,水葫芦的整个生长过程受到抑制。
但象甲吃完水葫芦后,是否还会去吃其他的植物,是否会造成再次“引狼人室”?
然而,生物防治确实是目前生物学家想到的最合理的方法,当然它的很多方面仍然需要做进一步的研究。
5.4总的来说,应做到:
(1)加强立法,并要严格执法。
现有的动植物检验检疫等相关条例有很多不充分的地方,在防止外来生物入侵方面要单独立法,从源头做起,从初期做起,使法制健全。
如,外来物品引入时要论证,夹带的植物、水果都要通过法律规严格检验并追究相关人员责任。
同时,要对人们加强教育,提高认识,使其有守法意识。
(2)加强国际合作。
通过信息网络、参加国际研讨会进行讨论和交流,看各国外来生物入侵趋势,对目前世界上造成危害较大的动物,植物、昆虫要格外提高警惕,防患于未然。
外来物种对于这个国家来说是入侵,对于那个国家是原产地。
原产地国家对于该物种的认识和治理的办法,对于被入侵国来说是可以借鉴的经验。
我们要借鉴某一国家治理某种入侵生物的方法和经验。
(3)提高警惕,要有前瞻性。
一旦预测到什么物种近几年来可能会入侵某地区,就要及早了解,早采取措施,防止传入,并做好一旦进入我国,就要快速控制和治理的准备。
六.目前我们在生物入侵方面研究取得的重要进展和成果
目前有相当部分的生物入侵研究集中于对入侵生物的有效管理与制上。
近十年来利用生物控制手段来管理入侵生物的专著有所增加。
生物控制的原理建立在利用天敌的作用,是关于生物入侵机制研究的运用。
某些生物在入侵地的泛滥成灾是由于缺乏天敌的存在。
全球围,利用生物控制手段管理、治理入侵生物的成功例子不胜枚举。
自1913年以来,南非引进63种生物控制的天敌物种,成功控制了44种入侵植物种,其中25%的入侵种不需用其他控制方法,36%的入侵种被有效地控制。
可是,近年来也有日益增长的对生物控制手段的质疑与争论,其主要原因是用于生物控制的引进天敌对非入侵物种的危害。
引进的天敌还可能给引进地得到生态系统的食物链结构带来不良影响。
为此,很多生态学家认为生物控制威胁本地种、非入侵物种赫尔生态系统食物链的动态。
他们认为用于生物控制的生物都有害于生态系统,除非有确切证据证明其无害。
传统的生物控制只能用作迫不得已的最后一种对策。
例如,在美国加州Davis有32种蝴蝶,其中14种完全依赖外来植物种作为宿主繁殖,绝大多数的蝴蝶种利用引进的植物种,如果要除去所有的外来物种,Davis将失去约40%的蝴蝶。
这说明,外来物种入侵改变了生物食物链关系。
Davis的蝴蝶本土要依靠湿地生境,由于自然生境的大量减少它们将栖息地从湿地转向城市近郊,那里分布着大量的外来植物。
这种变化了的昆虫—植物宿主依赖关系给保护生物学、生态系统恢复及入侵生物学提出了新的棘手问题,从保护蝴蝶的角度,入侵植物是好,还是不好?
目前普遍采用的控制外来入侵植物的方法主要有机械去除和火烧;
化学方法有使用杀虫剂、除草剂等。
对这些化学的方法也有很多争议,主要是对生境和非入侵植物的伤害。
6.1近十年来,对生物入侵的机制、物种潜在的入侵性的研究取得了较大的进展。
而且这些研究具有较强的针对性,为预测物种的入侵性提供依据,减少有一引进可入侵物种的可能性,有利于防止其侵入。
“全球竞争假说”(对于某些有意引进物种,它们即便可能不具有任何可导致入侵的生活史、形态、生理、和分子遗传特点,也可能成为入侵物种,对引入地造成危害。
其原因可能仅仅是引进的数量巨大)新式武器假说(物种引进后因为天敌缺乏等原因发生快速进化,采用化感物质等作为新武器与本地植物竞争)天敌释放假说、生物抗性假说、引入后进化假说等等,但是以上假说在目前都存在着相当大的争议,人们在生物入侵这条路上仍然要有很长的路要走。
6.2目前,植物和土壤生物环境的相互关系研究受到重视,强调土壤微生物、真菌、和病毒等对生物入侵、植物群落和物种多样性以及群落幼苗更新等的重要性近期研究表明,植物地下环境的天敌(如病毒、昆虫、草食动物等)对某些物种的入侵起到了决定性的作用。
土壤微生物对入侵植物具有重要的影响(正或负)。
引进的动物和植物能因此躲避开75%的寄生虫和病原微生物,而新碰到的寄生虫相对比较少。
因此,生物的控制和管理天敌都应考虑土壤环境,新环境缺乏某些特定的病原体、寄生虫和捕食者给引进植物的定居、扩散。
扩提供了机会。
6.3Wolfe和Klironomos(2005)发表在BioScience上的论文综述了土壤环境与生物和入侵植物之间的研究进展与今后的研究方向。
他们从两方面辩证地阐述了入侵植物对土壤群落的效应及土壤生物群落对入侵植物的影响。
对于前一方面,即入侵植物对生物群落的效应主要分析了入侵植物通过改变枯枝落叶的数量、质量及产生的时间等来改变土壤生物的组成与结构。
另一方面,土壤生物群落的功能对入侵植物亦有重大影响。
这方面的研究主要集中在土壤生物群落的某些部分如何影响入侵过程,以及促进或抑制外来植物的入侵的群落特点。
七.生物入侵研究的展望
7.1入侵物种特性研究——如何预测入侵物种,防止入侵生物的进入,是一个重要的环节。
各省、地区及整个国家应有对引进物种,特别是引进农作物和园林花卉等的风险评估机制,严格制定进出口政策,加强生态安全的研究及政策的制定,生物入侵一旦发生往往难以彻底清除,或者清除的代价很大。
因此在引进外来植物之前,首先要分析其入侵特性,从而预先识别入侵物种,以求避免或者减少引进入侵物种造成的损失,但到目前为止,关于物种的入侵机制和预测模型还存在争议,毫无疑问,入侵物种的特性研究将仍是生态入侵生态学的一个研究热点,这方面的研究将在深度和广度上继续推进
7.2典型恶性生物入侵物种的生物学研究通过典型恶性入侵物种的生物学研究不但可以为这些典型恶性入侵物种本身的防治提供科学基础,而且是入侵植物特性研究的最佳案例
7.3生物入侵的危害防治和生物控制研究,关于入侵物种的生物控制存在许多争议和许多正面和负面的例子。
入侵种的生物控制具有重要作用,甚至可以考虑用外来物种控制入侵物种。
但也有研究表明。
用来生物控制的昆虫反而可能促进植物释放化感物质,而且生物控制可能对本地物种产生重要影响。
另外生物控制可能因为间接作用具有较大的潜在风险因此生物控制虽然是一个很有希望的长期有效的防控手段,但还存在很多风险和研究空白,还需要更多深入的研究。
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