我国鼠害学科发展现状与展望

王 勇, 刘晓辉, 王 登, 刘少英

(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所，长沙 410125；2. 中国农业科学院植物保护研究所，杂草鼠害生物学与治理开放重点实验室，北京 100193；3. 中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193；4. 四川省林业科学研究院，成都 610081)

鼠类是重要的植食性哺乳动物之一,其摄食活动和行为对人类生产活动和健康都能产生很大的影响。由于其种类多,且数量巨大,造成的危害不仅涉及国家粮食安全、生态安全,还与人民健康安全密切相关。全国农业技术推广服务中心统计汇编数据,2011年-2020年,我国平均每年农田鼠害发生面积2 757万hm2, 因鼠害造成的田间和农户储粮损失超70亿kg;因鼠害导致的粮食作物与经济作物损失最大可达到收获量的 30%;鼠类为害的农户数每年超过1亿户[1];在粮食储存期间害鼠造成的损失也非常大,全国农业技术推广服务中心对11个省的抽样结果显示,农户户均储粮鼠害损失高达89.14 kg[2]。每年因鼠害造成草场受灾面积3 644.69万hm2[3],此外,鼠类可以传播包括鼠疫、流行性出血热等在内的近60种人畜共患病[4]。常发和高发鼠传疾病包括流行性出血热、钩端螺旋体病和包虫病等[5]。

气候变化和人类生产活动是害鼠频繁暴发危害的两个最主要原因。气候变暖导致的害鼠种群繁殖期延长和繁殖代数增加,栖息地范围扩大,都直接或间接地与鼠害暴发有关。人类活动是引发鼠害的另一个关键因素。农区节水灌溉、免耕、温室大棚、农林果蔬复合种植等新型农业技术的推广与应用为鼠类的生存和繁殖提供了更为优越的条件,连年过度放牧造成的草原大面积退化导致植被更替向着有利于鼠害发生的方向发展。

国家需求的重大调整给鼠害学科提出了新的挑战:一方面国家粮食生产和疾病控制要求采用以灭杀为主的应急性防控措施;另一方面,天然草原功能定位的转换,要求采用以“生态优先”为主的鼠害治理策略。然而,针对粮食生产、疾病防控和草原保护而进行的鼠害控制是无法截然分开的。粮食生产、牧草生产和疾病控制需要将鼠类更严格地控制在较低密度,从草原生态保护的角度出发,则需要考虑生态系统的生态服务功能,防控害鼠,不仅仅是经济阈值,更为重要的是生态系统中的生态阈值。针对这些鼠害治理需求的矛盾以及鼠害学科发展面临的主要问题,“生态优先”和“精准监测”正在逐步成为鼠害治理领域的主流发展策略之一。

1 我国鼠害学科发展现状

1.1 啮齿动物基础生物学

1.1.1种类、分布和危害区系

在系统发育研究方面,首先理清了我国鼠兔科动物的系统发育关系,澄清了一些种的分类地位。发现鼠兔科起源于青藏高原腹地,并随着周边区域的抬升或者冰期的到来而向寒冷区域扩散[21];白腹鼠属起源于青藏高原东南部[22];鼢鼠类起源于我国横断山系南部[18]。其次开展了我国田鼠亚科啮齿动物的起源、演化与系统发育研究,首次解决了中国田鼠亚科族级、属级和种级的系统发育关系[23]。发现中国横断山系是全球田鼠亚科最丰富的区域,该区域田鼠亚科分为东、西两大支系,两个支系的起源与900万年前2次欧亚大陆北部向横断山系的迁徙事件有关,横断山系成为该2个支系祖先的避难所,在800万-500万年前,两个支系由于喜马拉雅造山运动经历了快速适应辐射和进化的历程。松田鼠属于700万年前起源于青藏高原,它们和毛足田鼠属Lasiopodomys有共同祖先,随着青藏高原的隆升,祖先发生了分化,一支适应高寒和湿润气候,留在了青藏高原,一支适应干旱环境,扩散到中国北部和中东地区,进而扩散到欧洲[14]。松田鼠的快速演化发生于500万-300万年前,喜马拉雅造山运动、雅鲁藏布江的形成和与帕隆藏布的连通事件、高山的阻隔对松田鼠不同进化支的独立种化起到关键促进作用。另外还有一些基于线粒体或者少数几个核基因针对我国啮齿类开展的系统发育研究[8,10,12,24]。这些研究的结论可能不完全准确,但对于我国啮齿动物的分类与系统发育研究是很有益的。

1.1.2主要区域害鼠群落结构变化

区域性的鼠类群落结构变化是一个地区害鼠暴发危害的重要因素之一,优势鼠种的变化打破了原有种间的相对平衡,使其数量剧增,并造成危害。在这方面,中国科学院亚热带农业生态研究所在洞庭湖区对东方田鼠Microtusfortis进行了长达30年的研究,近期的研究分析了影响湖滩小兽群落的一些相关因素,探讨了群落形成机理,取得一些阶段性进展[25-30]。对小兽群落主要成员的水生运动适应能力分析可以全面评估环境对鼠类群落结构的影响,拥有相应水生运动能力的鼠类只能适应相应水环境条件[31],如大水面洪水、小水面池塘稻田等,若鼠类所处生境的水环境条件格局发生时空变化,则其群落也会发生相应的演替。广东省农业科学院冯志勇团队对华南地区农业害鼠进行了多年研究,结果表明:黄毛鼠Rattuslosea是华南农区的优势鼠种及主要害鼠,约占农区鼠类数量的50%～80%,生物量约占农区鼠类总生物量的40%～60%[32]。而板齿鼠Bandicotaindica个体大,其数量占比约为10%～30%,但生物量占比高达30%～50%。这两种鼠的生物量之和占华南农区鼠类总生物量的80%以上,是该地区主要的农业害鼠。随着农村城镇化和种植结构的调整,板齿鼠的数量显著增加并呈现北扩的趋势,家鼠类如褐家鼠R.norvegicus和黄胸鼠R.tanezumi在农田的栖息分布也有所增加,而黄毛鼠的优势度下降,导致农业鼠害明显加重,对粮食作物、油料作物及瓜果类蔬菜的危害较大。20世纪60-70年代小家鼠曾在新疆农区暴发成灾,随褐家鼠进入新疆,逐步取代小家鼠成为新疆农区优势鼠种[33-34]。中国科学院动物研究所张知彬研究员带领的团队在科技部科技基础资源调查项目“农牧交错区有害动物多样性调查(2019FY1003)”的支持下,对我国华北、东北地区与内蒙古接壤的农牧交错区,共6省125个旗县进行了调查,采用统一的规范和标准,针对华北和东北地区农牧交错区按照100 km×100 km的网格,共建立了172网格化抽样与重抽样调查体系,目前项目还在进行中,项目的完成可摸清该区域内啮齿动物的空间分布、栖息环境、种群数量、为害状况,同时建立DNA条形码快速鉴定系统,可实现调查数据的网络共享,对于该区域的害鼠发生、危害和指导防控都具有十分重要的作用。

1.1.3主要危害鼠种种群数量暴发及其调控机制

在农区重大害鼠褐家鼠的入侵暴发机制、洞庭湖区东方田鼠种群数量暴发机制等方面取得了重要进展。褐家鼠环境适应性极强,1975年,褐家鼠随铁路侵入新疆[35],2018年以来在南疆4地州暴发成灾。中国农业科学院植物保护研究所刘晓辉研究员团队对从新疆地区捕获的162只褐家鼠开展了线粒体基因分析,并与我国其他23省份的616只褐家鼠,世界其他国家的111只褐家鼠和51只自交系大鼠的线粒体基因进行比对分析。结果表明,南疆地区捕获的褐家鼠47.1%的个体来源于欧洲,43.7%的个体来自北疆种群的扩散,5.7%的个体与印度、美国及日本有较高的同源性(数据整理中,待发表)。据分析,欧洲褐家鼠主要为典型指名亚种,与我国兰州地区褐家鼠为甘肃亚种明显不同,所以南疆地区褐家鼠基本可以确认为外来入侵种。洞庭湖区东方田鼠种群数量变动机制研究结果表明,湖滩是东方田鼠的最适栖息地,每年汛期,湖滩被淹,大量东方田鼠迁入农田,对作物造成严重危害,其危害程度取决于迁入农田的东方田鼠数量[27]。随着人类大型工程的实施,洞庭湖生态环境的变化,湖滩植被的演替,黑线姬鼠Apodemusagrarius种群数量有逐年增多的趋势[29]。中国农业大学王登团队构建整合种群模型(IPM)分析了贵州省4个县超过30年间气候因子对黑线姬鼠种群月密度、繁殖相关的种群动态参数的影响。结果发现,贵州省黑线姬鼠种群数量在过去30年间总体呈下降趋势;模型结果表明,30年间,当地春季温度升高,降低了雌性黑线姬鼠的怀孕率,进而导致了黑线姬鼠种群数量的下降。但春季温度升高对不同地区种群数量影响的作用效应存在差异。该团队还对全国38个农区县级监测点捕获的褐家鼠体型大小与空间上温度变化的关系进行分析,揭示了由于褐家鼠分布区跨越广阔的温度带,其体型随纬度降低而显著增大[36]。由于体型大的个体具有更高的存活力和繁殖能力,根据褐家鼠的体型空间变化规律,他们预测,南方的褐家鼠寿命更长和繁殖能力更高,种群大发生的概率更高。

刘晓辉团队研究了布氏田鼠Lasiopodomysbrandtii种群的周期性发生规律[37],发现光周期是布氏田鼠种群繁殖调控的首要影响因素,对温度变化具有上位效应,研究结果为布氏田鼠及其他典型季节性繁殖鼠类的精准预测预报提供了重要理论支撑[38-39]。中国科学院动物研究所王德华团队发现肠道菌群可以通过脑肠轴通路调控鼠类繁殖,特定肠道菌群可以调控布氏田鼠、长爪沙鼠Merionesunguiculatus等鼠类关键基因表达进而影响鼠类繁殖状态,为鼠类新型控制技术研发提供了重要线索[40-43]。甘肃农业大学花立民团队研究了高原鼢鼠Eospalaxfontanierii等鼠类与草原植被多样性关系,证明鼠类在改善草原土壤理化性质以及高寒草甸植被生长及演替的重要生态学意义及价值,为草原鼠害治理生态阈值的探索与制定提供了重要支持[44]。

1.2 害鼠监测预警技术研究

害鼠监测技术主要着眼于通过调查害鼠种群密度的变化,建立害鼠种群密度变化与环境因子的相互关系,实现鼠害发生的预测预报。在这方面,除了传统的害鼠监测方法外,运用现代信息技术对害鼠的监测取得了长足进步。

害鼠种群数量智能化监测技术取得了重大突破,围绕鼠类传统监测方法效率低、准确度不足等核心问题,开展了无人机低空遥感、物联网智能终端识别等监测技术的研究,为突破鼠害治理的核心瓶颈问题提供了支撑。在害鼠图像识别算法、终端监测设备、大型监测网络平台上取得了重大突破,张知彬团队和青岛清数科技有限公司合作,成功研发出鼠类智能标记重捕设备,在草原和林区运用取得了较好的效果[45];在农区害鼠物联网智能监测网络方面,全国农业技术推广服务中心与青岛清数科技有限公司合作,建立了害鼠智能监测的物联网终端设备,构建了基于图像的害鼠种类、年龄结构、种群数量和活动频次识别等的国家级农区害鼠智能监测平台和害鼠种类数据库,做到了害鼠种类自动识别、群落结构、年龄结构、种群数量变化等与危害预警相关的数据自动收集、处理、上报等自动化管理[46-48]。草原鼠害监测终端设备也取得了一批自主产权产品授权发明专利(如,一种基于深度学习模型的草原鼠情识别与量化方法和鼠情记录仪,专利号:202210454046.5),并结合草原鼠害监测站网络体系构建开展了应用推广,结合草地植被及天敌种群等草原生态系统进行整体监测,对于解决草原鼠害的监测难题、研究与制定生态阈值、推进生态优先的草原鼠害治理起到了重要的支撑作用。在川西草原,四川省草原科学研究院与青岛清数科技有限公司合作,针对川西草原危害严重的鼢鼠和鼠兔,通过无人机拍摄取样、自动传输、图像自动识别等技术,实现了对草原鼠害的智能监测功能[49]。同时,建立了川西草原鼢鼠和鼠兔危害数据库,实现了对草原鼠害、植被状况、斑块等自动处理,可为草原生态保护提供科学支持。刘晓辉团队针对内蒙古地区草原鼠害发生特征及鼠害监测环节存在的问题,利用无人机、手持机等技术对布氏田鼠等鼠洞图像进行智能识别,为突破草原鼠害监测效率低、准确度不够的瓶颈提供了支撑。刘晓辉团队与新疆林草局治蝗办合作,开展了黄兔尾鼠Eolagurusluteus发生面积、鼠密度、鼠洞凸斑与植被变化、天敌数量变化的全生态系统化智能监测体系研发,在环新疆准格尔盆地筹建了黄兔尾鼠智能监测网络体系。王登团队利用无人机多光谱遥感图像结合卫星环境特征遥感图像,建立了草原群居性害鼠洞口密度与环境特征指数值间的定量关系模型,进而预测出草原上大尺度区域内每单位分辨率面积(如30 m×30 m=900 m2)内的目标鼠洞口数量,获得了相应地表分辨率的草原鼠洞口数量分布图[50],解决了目前使用的大尺度空间草原鼠害发生情况人工或无人机遥感调查以点带面,粗糙评估的窘况。

1.3 害鼠危害定量评估技术研究

鼠类在整个作物生长周期内都能造成危害,不同阶段的危害对最终收获产生的影响不一,将害鼠种群数量、时间动态和作物生长动态对产量的影响结合建模,可以获得整个作物生长期内的危害量,但其多涉及目标鼠种种群动态过程及作物生长动态过程中的多个指标,精确及大范围调查的难度非常大,目前还没有成熟可靠的数学模型,对于模型的合适度评价最终还得依赖实际产量调查。王登团队在我国玉米主产区设立了捕鼠器+围栏系统(trap-barried system,TBS),研究了TBS设置距离对玉米总产量、单株玉米产量及玉米植株密度的影响,发现玉米总产量和植株密度均随距TBS距离的增加而显著降低,直至150 m左右时,达到对照样地水平;距TBS不同距离处的玉米平均单株产量无显著差异。这说明害鼠对玉米地的危害主要发生在苗期,鼠害造成玉米植株的减少是产量降低的直接原因[51]。

1.4 种群数量动态建模技术研究

害鼠种群数量动态和预测预报一直是相关学者关注的重点之一,王登团队实地收集了贵州省29年(348个月)的黑线姬鼠种群月监测数据,建立了由夹捕数据模型和种群生态经验模型组成的捕获率数据贝叶斯分层整合模型。通过迭代的方法模拟了温度、降雨和作物类型等因子变化对鼠类种群数量的影响,实现定量预测黑线姬鼠种群数量的月动态。建立的模型能够逐月定量预测未来一年每个月的种群密度,提前6个月预测的各月密度,准确率超过90%。该模型还显示,黑线姬鼠种群动态受到温度、降雨变化、农业生产系统改变的综合影响[52]。该研究首次实现了对黑线姬鼠种群未来1～12个月逐月密度定量预测预报,可为鼠害的前置防控提供决策依据。

1.5 鼠害防控技术研究

1.5.1化学防控技术

利用化学药物防控害鼠在我国历史上鼠害暴发的治理工作中发挥了不可替代的作用。在全球气候变化、人类活动对生态环境造成很大影响等多种因素影响下,我国鼠害呈现多地局部暴发的态势,如东北、新疆、内蒙古、海南和两广地区的害鼠密度一直居高不下,对农林草等各个行业造成严重危害。在未来较长的一段时期内,鼠害的化学防控仍将是应对鼠害暴发不可或缺的技术手段。目前我国登记的杀鼠剂有效成分仅包括7种抗凝血杀鼠剂,2种不育剂,及1种生物制剂。抗凝血杀鼠剂具有低毒、安全等多种优点,是世界上应用最为广泛的杀鼠剂种类。在这方面,已有详细综述,本文不再赘述[53]。

1.5.2物理防控技术

物理防控技术虽然可以避免化学杀鼠剂造成的危害,但大部分物理防控技术应对大面积鼠害防控的局限性很大,目前我国大面推广使用的物理防控技术只有TBS灭鼠技术这一种。

TBS技术的基本原理是利用鼠类有沿着物体边缘行走的习性,紧贴其途经的屏障边缘线设置陷阱,捕获小型啮齿动物的一种方式,可以实现连续性长期性的捕鼠效果。农业农村部全国农业技术推广服务中心牵头的我国各级鼠害监测点以及王登研究团队,开展了大量TBS技术在害鼠监测中的应用研究。TBS与传统夹捕法监测法相比,更贴合农田害鼠自然种群的特征,在获得与传统夹捕法基本相同鼠密度变化特征的同时,能够更真实地反映害鼠种类及种群构成。同时,拟合我国地方农业生产特征,进行了大量的改进,在不影响捕鼠效率的前提下,便于田间操作。由于该技术可同时实现害鼠控制及种群密度监测,因此具有非常重要的应用价值。但该技术本身对害鼠种群数量有干扰,可能将影响准确建模。这一问题还有待在未来的研究中加以解决。在鼠害绿色防控技术方面,TBS技术得到了进一步推广应用,并取得了量化控制效果评价等重要进展,为TBS技术进一步科学应用提供了重要支撑。

1.5.3生态防控技术

鼠害的发生本质上是一种生态失衡的体现。利用生态系统中各物种间相互依存、相互制约的关系,将目标区域的鼠密度维持在一定范围的技术方法,是最理想的鼠害治理技术。该技术的发展高度依赖包含鼠在内的生态系统生态学等基础研究的发展,定量生态系统各因子改变量与害鼠种群数量变动的关系目前报道很少。王登团队2020年-2022年期间,在青藏高原典型区域祁连县高寒草甸试点实施草地免耕补播、春季休牧、人工饲草料基地建植等改良措施。该措施在提高草原生产力和草牧业生产效益,增加农牧民收入的同时,还保护了草原生物多样性,实现了草-畜-人草地生态系统协调发展,降低了当地害鼠的种群密度,2022年休牧样地优势鼠种高原鼠兔的洞口密度较2021年最多下降了58.7%[50]。

1.5.4杀鼠剂残留及抗性研究

1.5.4.1抗药性及其监测技术研究

随着抗凝血灭鼠剂的长期使用,黄毛鼠的耐药性显著提高并出现区域性抗药性,其中珠江三角洲普遍出现了对第一代抗凝血剂的抗性种群,江门市新会区黄毛鼠的抗性率高达45.24%。刘晓辉团队联合冯志勇团队,对我国过去30年来褐家鼠抗性特征进行了分析,发现我国褐家鼠抗性一直保持在较低水平,通过对抗凝血杀鼠剂靶标基因Vkorc1的多态性变化特征分析表明,我国褐家鼠种群缺乏高抗多态位点及实际上的轮换用药策略,是目前褐家鼠保持抵抗性水平的主要原因,并且提出轮换用药对于抗性发生的预防和治理具有重要意义。通过亚致死剂量多代饲养发现,非致死剂量抗凝血杀鼠剂的应用可以诱导褐家鼠抗性的发生;通过对不同地区不同害鼠种类Vkorc1基因演化特征分析发现,缺乏绿植荒漠地区的鼠类具有天然的高耐药特征[54-55]。这些结果对于指导杀鼠剂的科学应用具有重要理论和实践价值。

1.5.4.2杀鼠剂安全性研究

随着观念的变化,对生态环境的关注和保护越来越受重视,对于化学药物使用的安全性也备受关注,王勇团队针对目前使用广泛的抗凝血杀鼠剂溴敌隆开展了其在土壤中的残留和在非靶动物体内代谢方面的研究。结果表明,溴敌隆在土壤中的残留量随时间的变化而变化,从第1～第43天,其在土壤中的含量处于逐渐增加的趋势,之后开始下降,在第88 天时浓度降到最低,这说明溴敌隆在土壤0～15 cm的土层中完全降解大概需3个月左右。同时,在不同的土壤层中,溴敌隆的含量随时间的变化也有差异,在0～5 cm土壤层中在第23天时残留的浓度最大,在5～10 cm土壤层中在第43 天时的浓度达到最大,在10～15 cm的土壤层中在第58 天时的浓度达到最大,表明溴敌隆在土壤中的残留和不同的土层有关,同时也说明随着时间的增加,该杀鼠剂逐步下沉到土壤深层[56]。

炔雌醚等是张知彬研究员团队开发的鼠类不育剂,在我国对多种鼠类开展了不育控制技术研究,取得了较好的效果。该药物的使用对于非靶动物是否有影响也受到广泛关注,王勇团队用该药物对家鸡的安全性研究表明,以对鼠有效控制剂量的15～150倍给药,对家鸡没有致死性,且对家鸡各生理指标的影响均呈时间和剂量相关性,对于雄性试鸡而言,炔雌醚仅会降低雄性生殖激素睾酮在血清中的含量,且各给药组睾酮的下降趋势均不会持续超过30 d;高剂量炔雌醚给药和生殖激素的短暂下降均对雄性其他生理指标没有显著影响。炔雌醚对雌性试鸡的影响较雄性大,用药后30 d内,炔雌醚会显著抑制雌鸡繁殖器官卵巢和输卵管的生长发育,造成血清中雌性生殖激素促卵泡素和雌二醇水平紊乱,给药浓度越高,所需的恢复时间越长,高剂量用药后繁殖器官脏器系数可以在135 d内恢复到正常水平[57]。

2 国内外研究进展比较

2.1 害鼠生物学基础理论研究

近年来,我国鼠类治理学科与国际前沿领域存在较多的交叉发展,某些方面已经引领国际相关领域发展。如“全球变化生物学效应国际研究计划”(BCGC)由国际动物学会发起,是国际生物科学联合会(IUBS)核心项目,目前已实施10余年,具有重要的国际影响,并荣获国际生物科学联合会突出贡献奖(IUBS Award),应邀参与联合国IPCC第6次报告撰写。2021年启动国家基金委重大项目《鼠类对全球变化的响应与适应机制研究》,项目主要围绕气候和环境因子变化、鼠类种群动态、寄生生物相关关系及调控机制展开,研究内容涉及宏微观多个层面的国际前沿热点。项目涉及的肠道微生物与鼠类能量代谢、繁殖、种群动态等属于哺乳动物微生物学国际前沿热点研究领域。鼠类响应和适应气候和环境变化的微观生物学机制研究所涉及表观遗传学与生态学、进化生物学的相关内容,也一直是国际前沿热点领域。鼠疫杆菌等寄生生物与鼠类种群关系,由于直接涉及人类健康安全,也是传统的国际热点研究领域。

鼠类种群数量动态不仅是害鼠监测预警的基础,也是鼠害学科控制技术研发的基础。国内外关于鼠类种群动态的研究,初期大多集中于种群数量年际和季节变化的规律描述。后随着统计方法和分析手段的发展,分析外界因子及人类活动等对种群长期动态的影响机制研究逐渐增多,这类研究结果的精确性主要与目标种群监测数据的可靠性及数据统计方法的有效性密切相关。国外鼠类种群动态研究的数据主要基于标记重捕法获得,该方法监测到的种群数据能够直接计算种群出生率、死亡率等关键参数,其用于构建复杂数学模型的有效性要远高于国内常用的夹捕法数据,揭示的种群动态规律及其发生机制准确性也高于夹捕法数据。就监测数据分析研究看,国内外对鼠类种群数据的数学建模能力也差距明显。国外对种群规律的研究主要采用种群指数增长模型、逻辑斯蒂模型、矩阵模型及生命表分析模型等,这些模型的建立需要种群监测数据,包含详细的个体信息,而这类数据主要依赖标记重捕法获得,国内由于缺乏这类长期监测数据,采用这些模型分析鼠类种群动态的研究很少。目前国外研究外界因子对动物种群动态影响机制的数学建模发展趋势是根据当前所观察到的样本信息结合研究者已有的专业知识和经验进行建模,即贝叶斯估计和假设检验模型[58-59]。国内对纯模型的研究很少涉及,将贝叶斯模型建模用于鼠类种群动态机制的研究有所涉及,但此类研究很少。

随着人们对全球气候变化的关注,各种野生动物成为人类研究全球气候变化对动物影响的焦点。通过研究环境因子变化对野生鼠类繁殖调控、环境应激调控的影响,科学家们解析了动物对环境因子响应神经通路、分子机制等基础理论。欧美科学家将鼠类,尤其是已经实现驯化的实验室品系作为模式生物进行应用和研究,主要集中在宏观生态领域和生物保护领域,除了少数几个种类,较少关注鼠类野生种群的数量动态等深层调控机制。而我国出于鼠害控制的需求,害鼠野生种群数量及其动态一直是害鼠生物学研究的核心领域,除了宏观生态学领域关于害鼠种群动态与外部环境因子变化相关的研究,以逐渐积累的这些宏观数据为基础,害鼠种群动态调控的内在生理遗传机制也是正在兴起的主要领域之一。与国外相关领域相比,我国学者基于历史数据的有关害鼠种群动态与环境变化关系的分析在国际上具有相当高的影响力,这些研究都表明我国在宏观生态基础研究方面的能力。而在微观领域害鼠基础生物学研究方面,尽管存在研究领域关注点的差异,总体上我国相关领域的研究还处于起步阶段,存在很大的发展空间。国外利用完善的实验室条件以及鼠类驯化品系稳定的表型,在鼠类繁殖调控机制方面取得了重要进展,但从有害鼠类治理角度关注季节性繁殖调控的研究还很少,对其繁殖调控机制用于害鼠防控的研究基本没有,对于野生种群的繁殖特征及种群动态机制尚缺乏系统研究。

我国建立了完善的鼠害治理体系,开展了大量的鼠害治理实践活动,使得我国鼠害治理研究处于世界前沿。在害鼠生态学、生理学等方面积累了大量数据,并且近年来研究越来越深入和细化。然而与国外相比,很多历史数据不规范、不连续和存在断层,很多基础生物学及理论研究方面还流于表层数据,远不够深入。目前,即使在世界范围内,用分子生物学、表观遗传学等新方法、新理论解析宏观生态学现象的研究尚属前沿的研究领域,目前尚无太多的研究报道。正是由于国内外鼠害理念与实际需求的差异,为我国在害鼠生物学领域的研究发展提供了新的契机,与逐步完善的鼠害治理理念以及治理实践相结合,为本领域原创性和开拓性的成果提供了空间。

2.2 鼠害监测及预测预报技术

鼠害预测预报是鼠害治理决策的依据,鼠害监测及预测预报技术研发一直是鼠害应用研究的核心之一。虽然我国是鼠害治理实践最为活跃的国家之一,但是鼠害精准预测预报,尤其是中长期预测预报,一直是短板。基础数据的采集与积累,以及基础数据的质量,是影响我国鼠害精准预测预报的主要瓶颈之一。如我国局部地区,积累了长达30年以上的鼠害监测历史数据,然而近年来鼠害预测预报精准建模中发现,数据的质量,如科学性、精确度、相关影响条件的记录等方面的不足,影响了建模质量。与国外相比,很多历史数据还嫌粗糙与缺乏规范,同时我国农业生态环境多样,总体上还缺乏标准化的相关基础数据的采集、录入体系。近年来,随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展,并将其技术开发应用到害鼠监测方面,我国已处于国家领跑地位,全国农业技术推广服务中心建立了国家级的“全国农区鼠害物联网智能监测大数据平台”,可实时监测和掌握各监测点的害鼠发生情况,这些新技术的研发和运用,都证明我国学者已经具备了相关能力。

2.3 鼠害治理及应用技术

鼠害治理相关研究主要集中在亚洲、非洲的发展中国家。近年来,生态安全成为鼠害治理研究的重要关注点。在国家生态文明建设需求下,基于“生态优先”的鼠害治理策略正在成为我国林业、草原鼠害治理的基本发展方向,对高效智能监测技术和环境友好型治理技术的需求日益提高,将是引领我国鼠害治理技术与产品研发的主流方向之一。

鼠害治理行动中的统一部署和规模化实施,保证了我国鼠害治理的高效性。在与国外同行的交流中,我国先进的鼠害治理规划是最吸引国外学者的领域之一。与长期的鼠害实践经验积累相对应,尽管还缺乏从0到1的突破,但从1到9的创新还是取得了很大的进步。依据多样的农业生态系统所研发的各种单项技术,如改进的TBS技术;适用于不同环境的毒饵站;不育治理技术等等,这些技术同样吸引了国外学者的目光。但从研究发展的角度,很多方面与欧美国家相比也存在较大的差距。

在欧美发达国家,对包括啮齿动物在内的野生动物的管理以及研究具有更加严格的立法,在研究中使用鼠类等野生动物都具有非常严格的管理条例。在包括鼠害在内有害生物治理策略制定中,生态环境的保护往往被放在第一重要的位置。而与欧美发达国家相比,由于我国粮食生产的压力,对鼠害容忍度阈值较低,这也是我国鼠害实践活动最为活跃的根本原因。随着人类生态意识的增强,生物多样性越来越受到人类的关注,生物多样性的高低指示着一个生态系统健康发育的程度,鼠类作为哺乳动物最大的类群,其生态学功能不容忽视。

3 存在的主要问题、发展趋势

3.1 存在主要问题

3.1.1鼠害的防治阈值

随着我国社会、经济的发展,人们满足物质需求的同时,对人类生存的环境越来越重视。 “绿水青山就是金山银山。良好生态环境既是自然财富,也是经济财富,关系经济社会发展潜力和后劲。”这一理念蕴含着“生态阈值”的概念,生态阈值包含生态系统服务功能的阈值、生物多样性保护阈值、生态系统管理阈值。总而言之,生态阈值可以理解为人类实现自然资源可持续利用的理论和数据依据。

鼠类是特殊的有害生物类群,除了对粮食安全(包括牧草生产)及生物安全的直接威胁,同时鼠类暴发将直接威胁生态系统安全,但是过度灭杀的鼠害控制技术也将直接威胁生态系统安全,鼠类作为食物链的最底端物种,为其他捕食动物提供大量的食物来源。因此,从生物多样性保护等生态角度来看,过度杀灭将逐渐导致比鼠类暴发更加不可逆的生态恶果。因此,单纯经济阈值已经无法满足当前鼠害的可持续防控,尤其是草原和林业区域鼠害防控策略及标准的制定,要同时考虑粮食安全、生物安全、生态安全和生物多样性保护。我国鼠害发生现状表明,鼠害防控将一直是保障我国粮食安全、生物安全和生态安全不可或缺的需求。然而我国鼠害防控生态阈值的研究目前几乎还处于空白阶段,如何在现有经济阈值的基础上,更加深入和客观地评价鼠类在不同生态系统中的功能,推进我国鼠害防控的科学性是亟待解决的首要问题。

3.1.2鼠害监测技术

监测技术是鼠害预测预报、鼠害防控策略制定、防治效果评价等鼠害治理各个环节的基础。生态阈值的制定需要对相关生态因子长期精确大数据的获取与分析,也对鼠害监测提出了更高的要求。如鼠害防控生态阈值需要在鼠类种群密度变化监测的基础上,依据鼠害监测防治目标对相关联的因素同步进行观测获取,如植被变化、天敌种群数量变化等。不同生态系统中鼠类种类差异巨大,在各自生态环境中的功能截然不同,从而导致对鼠类监测的需求也截然不同。如害鼠行为及密度特征差异、不同农区鼠类为害特征差异以及不同草原区鼠类生态功能差异等,这些差异都对鼠类监测提出了极高的个性化监测需求。

将经典的鼠类种群生态学模型与快速发展的数学统计模型结合,定量预测鼠类种群的未来动态可为对其前置管理提供决策依据是鼠害监测技术发展的最重要目标。当前急需加强获取鼠害监测数据的科学性及标准化建设,并加强数据分析建模能力建设。

3.1.3鼠害防控技术

鼠害防控的思路和方法从单一的杀灭害鼠向生态友好型鼠害防控理念和技术发展。天敌防控类的招鹰架技术、物理防控类的TBS技术、化学防控类的不育技术和以毒饵站为代表的杀鼠剂施用技术等,都是具有代表性的生态友好型技术。然而,从我国鼠害发生的现状和防控需求来看,尤其是草原和林业地区对生态优先的需求,生态友好型技术的缺乏依旧是我国鼠害防控技术发展的主要短板之一[60-61]。

3.2 发展趋势

3.2.1用生态学的发展观治理鼠害

生物安全、生态安全需求是影响鼠害学科发展方向的核心因素,在鼠害治理理论层面,“生态阈值”成为鼠害治理策略制定的最主要因素之一。尤其在天然草原,过度灭鼠将导致比鼠害暴发更为严重的不可逆的生态灾难,制定合理的鼠害治理“生态阈值”是科学治理草原鼠害,实现草地资源可持续利用的必由之路。然而“生态阈值”的制定需要以鼠害发生规律及为害特征为核心数据兼顾植被、天敌等涉及草原生态平衡的多种因素。我国草原类型多样,主要害鼠种类发生规律截然不同,同时我国对草地资源利用需求压力大,目前我国鼠害相关研究及数据积累尚远远无法满足鼠害治理“生态阈值”的制定。因此,围绕鼠害治理“生态阈值”制定为目标的鼠害发生规律及应用技术研究,将是未来5年以至更长时期鼠害治理学科的战略需求和重点发展方向。

3.2.2害鼠生物学的基础研究

立足于中国特有的生态环境多样性、复杂性和鼠种特点,寻找有代表性的和特殊性的害鼠为研究对象。从生态系统整体出发,研究害鼠群落演替规律、种群数量暴发和成灾机理,揭示种群繁殖调控机制。针对环境与基因互作开展研究,采用先进的生理学、分子生物学、表观遗传学等先进微观技术,尤其是分子调控通路上深入解析鼠类繁殖调控通路,寻找主要基因及其表观调控模式、遗传机制,深入解析害鼠发生规律与环境变化的关系,为鼠害治理技术研发、综合治理措施制定等提供理论依据及支撑,达到害鼠防治的目的。

3.2.3建立健全基于大数据物联网的害鼠智能监测系统

高效准确的监测技术是鼠害发生规律研究、鼠害发生动态监测、鼠害预测预报、鼠害治理策略制定及鼠害防控实施和效果评估的基础和依据。针对我国目前鼠害监测预警技术的现状,从整体上实现我国害鼠种群动态监测数据采集、录入、分析、输出与共享的标准化,从源头做起,在保证数据质量的前提下,实现数据采集的系统化和长期化,建立长期的标准化、数字化、智能化、自动化的鼠害监测预警体系。

3.2.4鼠害防控技术

针对鼠害局部性暴发特征以及粮食安全和生物安全不可避免的应急性鼠害治理需求,在未来很长时期内化学防治仍将是鼠害治理不可或缺的方法。鉴于化学杀鼠剂(包括不育剂)不可避免的广谱作用,如何通过提高化学防治的靶向性提高杀鼠剂应用的安全性是鼠害治理技术与产品研发的主要发展方向之一。研发以“生态优先”为导向,以非灭杀性技术为主的鼠类种群调控技术与产品,将是草原鼠害治理技术与产品研发的重要发展方向。针对鼠传疾病发生主要通过体表寄生蚤类等为媒介的传播途径,在科学控制鼠类宿主种群数量基础上,针对鼠传疾病传播途径阻断的相关技术与产品也将是草原鼠害治理技术与产品研发的重要发展方向。开展杀鼠剂环境残留、鼠种特异性杀鼠剂研发等,有效降低杀鼠剂对环境的影响,更大地发挥杀鼠剂、不育剂等在害鼠种群调控中的作用。