生物入侵研究概况与发展趋势

付文杰

摘要综述了国内外研究生物入侵的概况,重点分析了今后研究生物入侵研究的发展方向及核心问题,以期为生物入侵研究提供参考。

关键词生物入侵;现状;发展趋势;核心问题

中图分类号S412;X176文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0149-01

生物入侵就是外来物种入侵并打败当地物种,反客为主,导致当地生态失衡,进而引发一系列的问题。大部分外来物种入侵暴发后,生长难以控制,其结果造成对生态环境的严重破坏,对农业、林业以及人体健康的严重危害。如江西省发现入侵的豚草、空心莲子草、水葫芦等,对农业生产负面影响巨大。据统计,我国有外来杂草107种,主要外来害虫32种,主要外来病原菌23种,每年造成的损失巨大。近10年来,新入侵我国的外来生物至少有20余种,平均每年新增约2种[1]。外来生物入侵我国频率加快,蔓延范围扩大。我国每年对美洲斑潜蝇一项的防治费用就需要4.5亿元。世界许多国家因外来物种入侵造成的经济损失都很惊人,美国每年损失1 500亿美元,南非损失800亿美元[2]。

1国内外研究概况

1.1国外研究回顾

对于生物入侵的研究,国外科学家早在1958年就出版了《动植物入侵的生态学》一书。此后,各国科学家陆续开展了许多有关外来动物、植物、微生物、海洋生物等各个方面的研究。但真正引起科学家广泛关注与研究的则是在20世纪80年代后期,特别是近20年来,对外来入侵生物的研究从宏观的预防与控制策略、有效可行的控制和管理技术体系到微观的分子生物学与生态学、生态遗传学、协同进化及控制技术与生态修复的机制等,均成为广泛研究的热点与焦点,并有较高层次和较深水平的研究。在国际生物多样性公约(CBD)原则的指导下,GEF针对各缔约国对外来入侵生物的预防与管理提出了9条指导性原则。1996年由SCOPE、IUCN和CAB International共同组织的全球入侵生物项目开始实施以来,在发展外来入侵生物的最佳预防与管理策略指南、组织实施国际合作项目的研究等方面取得了卓有成效的成果。

1.2国内研究现状

我国对外来入侵生物的研究主要体现在以下几个方面:一是对外来种的检疫、除害处理研究较多,但对病原微生物的快速检测技术、外来生物狙击的系统技术研究较少;二是在文献资料的基础上,对外来入侵生物的综合风险分析研究较多,但对实际的个案试验风险评估模式和体系的研究较少;三是对外来入侵种的危害性研究较多,对潜在的危险外来种入侵的预警、扩散与传播机制研究较少;四是对外来的主要病虫害的分布、危害、生物生态学特性、控制技术等研究料多,对入侵生物学、入侵生态学及暴发机制的研究较少[3]。总之,我国对外来入侵生物的研究处于刚刚起步、积累经验和资料的阶段,有待于向不同层次、更高水平和多学科交叉的实验与理论研究的方向发展。

2研究的发展趋势及核心问题

危险性外来入侵生物研究过程有别于本地有害生物的研究。一般来讲,外来物种指超出其自然分布范围以外的种群。外来生物的入侵一般分为传入、定居与种群建立、潜伏、扩散、成灾几个阶段。由于外来生物的入侵呈现出一个有序的过程,因此各个阶段的研究应根据各个阶段的特点各有侧重。

2.1传入前或传入过程中的预防与预警

阻止外来有害生物建立种群是防御外来生物入侵的第1道防线。有效地防止外来生物入侵的首要问题是如何进行科学的预测。由于传入途径的多样化,以及不同生物种具有不同的生物学特性,很难用某一通用模式来预测和解释各类外来生物入侵的方式和潜在的危害。外来种入侵随着国际贸易往来的增加而增加。预警能力的建设在预防和预测外来种的入侵中显得更具有重要的科学地位和现实意义。众多研究表明,依据物种的系统发育限制因子:生活史特征、入侵种原产地与入侵地生物气候相似性、入侵种的生物学特性和遗传多样性在原产地与入侵地的分化特性、入侵种与本地种种群近缘种间存在的差异、入侵种的传播方式等因子可预测入侵种可能的分布范围与危害,因此发展早期预警系统是提高预防与预测准确性的首要关键科学问题。在早期预警系统的引导下,发展快速的检测技术,建立快速的狙击系统是防御不可缺少的一部分。

2.2定殖与种群建立过程中生态学与遗传的“前适应性”机制

对有详细记载的外来物种成功传入的分析表明,大部分的传入或引进是不成功的,传入种只有1/10的概率建立种群成为偶见种,偶见种中又只有1/10的概率成为常见种,在此之中,又只有1/10机会成为有害生物。传入过程中繁殖体的存活与死亡、入侵种群的环境忍耐程度、环境的可容纳性、本身所具有遗传特征等共同决定是否成功入侵。其中,遗传特性是影响定殖与建立种群的一个重要因素。遗传差异决定入侵成功与否及入侵效应,是遗传特性与入侵生物学特征相互作用的结果。有关这方面的研究前景广阔,但迄今为止,还没有研究证实或鉴别到有利于入侵的单个基因。

然而,有研究表明在初始入侵与定殖过程中,生态过程的影响比遗传过程更重要。因此,在定殖与建立种群的过程中,遗传过程与生态过程哪一个更具相对而言的重要性?成功入侵如果受遗传变异的影响,遗传差异在多大程度上决定其入侵效应?如果外来种丧失其遗传多样发生性与变异,是否会限制定殖及其入侵成功?目前的研究还不能完全回答这些问题。因此,外来种是否具有遗传的“前适应性”以及如何与生态学过程相互作用,即外来种入侵应力的综合研究,是成功定殖与建立种群过程中的关键问题。

2.3潜伏与扩散传播过程中生态学与遗传的“后适应性”机制

外来物种定殖后到扩散传播及其后的暴发成灾一般均有几年甚至几十年或更长时间[4]。如引进的天敌昆虫释放后几年查不着踪影,经过一段时间后,突然发现种群激增。但没有证据说明其原因:是遗传变异与生态适应能力的结合所致,抑或是由于Allee效应使种群构建的速度太慢。不过,在一定的遗传特性背景下,生态学特性,特别是繁殖特性是决定种群快速构建的重要因素。当然,最初的潜伏期可能需要遗传上的调整,一个小的遗传变异可产生很大的生态影响。已经有证据表明杂交在入侵中遗传改变是很重要的,杂交可导致入侵后快速的遗传变化。但其他的遗传变化是否同样快速发展,尚不清楚。一是遗传变异在生态时间内常常是不可测定到的;二是遗传改变是很小的,生态上的重要变化是可测的;三是进化是在一个很长的时间期内发生的(最快的估计是每100年进行1%)。对昆虫而言,如果在最初建立种群的几个世代内有很强的选择压力,则可能导致快速进化。从比较生态遗传学的角度,研究已入侵种与原产地种的遗产差异有可能解释一些遗传学上的问题。建立种群后的扩散传播:一方面取决于外来种的扩散能力与繁殖对策,另一方面取决于快速的生态“后适应性”。

2.4暴发成灾过程与生态系统的可入侵性机制

美国科学家对外来生物入侵的分析资料表明,外来入侵种中只有很少部分产生严重的生态影响;所有群落都是可入侵的,但大部分是人为造成;入侵种在原产地并不一定是重要有害生物,但在入侵地往往引起巨大的生态与经济损失,如美洲斑潜蝇在我国的分布与危害就是典型的例证。研究表明:不同环境中的群落,其抵御或接受入侵的生态学过程存在极大的差别。新近提出的生态位机会理论,从资源机会、逃避天敌的机会、环境机会的角度讨论了三者之间相互作用的关系。外来物种的入侵机制的研究是相当复杂的,不是一个简单的生物学抑或生态学特性就能解释的问题,而是在不同层次上的多学科(生物学、生态学、遗传学、生物物理学、生物地理学、生物气候学、种群动态学、群落学、系统学等)相互融汇、相互交织、共同影响和作用的学科群理论。深入研究能对外来生物入侵过程中的预测与预防、根除与灭绝、控制与管理、生态控制与修复的实践提供坚实的理论基础和依据。

3参考文献

[1] 刘刚.我国外来生物入侵呈现加重趋势[J].农化市场十日讯,2007(36):33.

[2] 阮雪莲.生物入侵的若干问题[J].科技信息(学术研究),2008(21):64-65.

[3] 冯爱卿.外来入侵生物研究新动态[J].广东园林,2008,30(5):79-80.

[4] 赵宝福,徐震,姚惠斌,等.应对外来生物入侵的几点建议[J].天津农学院学报,2008,15(2):51-55.