05第五章 生物入侵及其意义

章生物入侵及其意义一、生物入侵的概念当一种生物体进入以往未曾分布过的地区，并能繁殖延续自己的种群，即可称为生物入侵。即某种生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象。二、生物入侵的过程1、依附媒介或载体2、抵达3、定居4、扩散5、最终平衡三、生物入侵的模式(一)自然入侵完全没有人为影响、物种在定居地区域自然分布的扩展。这是现代史上非常罕见的。如环颈鸽。(二)人类辅助的入侵由人类改变了环境，入侵者在这已改变了的环境中自然传播并扩展其分布区域。如鹭鸶。(三)屏障去除后的入侵天然屏障被人类破坏而去除，生物体能自然穿越而引起的分布扩展。这一类方式是淡水生物入侵的最常见的模式。如七腮满鳗。(四)人类运输引起的意外入侵浮游生物、植物种子、微生物、老鼠等，通过交通运输工具、货物到达入侵地。如栗树锈病等。(五)由动物园或养殖场、植物园逃逸或遗失出去的入侵这一类型常依赖人类的运输。入侵者的特点是：生物体本身至少对新环境有中等程度的适应能力。这一类入侵在对人类有价值的大型物种中很常见，如葛藤、仙人掌、兔子、狐狸、牛蛙等。(六)有意引进人为的、有意图的引进物种，这一类很多：狩猎种：驯鹿或渔业种；林业种：桉树；牧业种：肯塔基早熟禾；渔业促进种：塘虾；驯化种：欧椋鸟；生物控制种：某些微型黄蜂；发生最多的生物入侵是由人类活动直接或间接造成的。因而，生物入侵也完全可以看作是人类所造成的全球变化之一。四、生物入侵案例1、澳洲仙人掌美洲人将仙人掌冠以“刺梨”之美名；广泛分布于南、北美洲，有的种类长得像树木一样高大，且开出各种鲜艳的花；十九世纪后期澳洲人将几株仙人掌作为观赏植物引进公园，很快向牧区蔓延；十九世纪末期，已有1000万英亩牧场的牧草被仙人掌取代；1925年，全澳有6000万英亩牧场受此灾，一般的草地完全长满了仙人掌，大牧场主们几乎破产。2、尼罗河中的凤眼莲水生直立草本植物。茎极短，叶子表面光滑，形状为卵形或圆形。叶柄中部以下膨大成“葫芦状”的气囊，故人们又叫它“水葫芦”。借气囊的浮力凤眼蓝可漂浮在水面上；原产于美洲，繁殖迅速，生长快，可作饲料和沤绿肥。本世纪初，有人把巴西的凤眼莲带到埃及。在阳光充足、温度适宜的尼罗河中猛烈增长，以致使流经苏丹、埃及的河道完全被堵塞，蚊蝇大量孳生，发电机无法转动，当地人称这些之为“水上恶魔”。3、斑马怡贝北美生物入侵的典型例子。来自欧亚大陆，通过船舶的压舱水传入后在北美的河流、湖泊和运河中迅速繁殖和蔓延、扩散。它们覆盖河床和湖泊底部，乃至饮用水和工业用水的入口。到二十世纪末，被迫用于清理管道入口处斑马怡贝的费用累计达2500亿美元。4、大米草禾本科，多年生草本植物；耐盐、不怕水淹、生长快、营养价值高；十九世纪末期，由英国生物学家培育；二十世纪六十年代我国成功引进，山东黄河口、江苏盐城等地种植。绿化、保护海滩，净化海洋，亦作为饲草，人称“海滩宝”；仅几十年过后，大米草现已成为覆盖整个海滩、无法清除的“毒草”。5、加拿大的美国牛蛙牛蛙的学名，在拉丁文里就是“准备吃光所有东西”的意思。　　上世纪30年代，首次被引进加拿大的英属哥伦比亚省，当时人们的想法就是为了吃它们肥美的双腿。因养蛙场的工作出现漏洞，一些牛蛙逃了出去。这些巨大的牛蛙已经成为当地一害，从小树蛙到水鸟，碰到什么吃什么。　　牛蛙已经将温哥华以北大约120公里的堪伯雷湖里的水鸭吃光了。在此之前，这个湖泊区非常迷人，人们可以见到各种珍奇水鸟，水鸭子在湖边嬉戏。自从牛蛙在这里安家落户后，一切都变了，人们已经听不到水鸟的歌声，只能听到牛蛙低沉的嗓音。　　　加拿大的许多地区都发现了牛蛙的踪迹。现已造成了严重的环境问题，因为牛蛙的胃口非常大，走到哪吃到哪，严重破坏了当地的生态平衡。　　牛蛙逃离养殖场后，就意味着所有控制它们的方法都失去作用。当初，因青蛙数量在减少，就把牛蛙放进了当地的湖或池塘里，认为可杂交以帮青蛙繁衍，结果相反，因为当地湖泊或池塘里的那些红腿蛙，正是牛蛙最喜欢吃的东西。　　每只雌牛蛙能产大约13000个卵，所以只要有一对牛蛙逃走，它们很快就会繁衍出一个大家族。五、生物入侵的后果生物入侵是一个相当复杂的问题，多半在开始期无影响或有价值，但到一定程度有可能对当地原有物种产生威胁，甚至使原区域的物种灭绝。且往往在人为因素有意引进产生生物入侵的情况中，都是怀着一个美好的、善意的愿望而进行的。1、危害人类的健康大多数传染性疾病本身在其主要分布区域都是人类传播的生物入侵者。天花几个世纪前，对于北美印第安人就是外来的致命的入侵者，象现代西方人看艾滋病一样。亚洲虎蚊其幼体随销售的旧汽车轮胎里的残留雨水带入美国，于二十世纪八十年代成功定居，到1992年已分布到美国的25个州。虎蚊可吸大多数哺乳动物和鸟类身上的血，是登革热和其他人类疾病病毒的载体，且是马脑炎(致人和动物死亡病毒)感染的载体。2、经济与物质财富斑马怡贝北美的城市与工业新近一例代价昂贵的生物入侵；金苹螺(台湾)于水稻生态系统中。最初由南美洲带入，金苹螺种群生长极快，通过灌溉渠道飞速传播，并大量侵食水稻幼苗，因而进口金苹螺付出了昂贵的代价。这种螺现已遍及东南亚各国。据菲律宾统计，农场主由于使用农药、手摘、补种和采取相关措施后的收入减少引起的总损失达数亿，相当于菲律宾用于进口大米费用的25~40%。3、生态系统效应一个物种的入侵可改变整个生态系统的结构与动态，如亚洲蛤蜊在旧金山市海湾，斑马怡贝在五大湖的入侵，根本上改变了群落的结构和功能。每平方米附生的个体可达一万多个，完全替代了其它生物。这样，通过取食清除了水的浮游生物，并间接地改变了生态系统特性，包括食物网结构、营养循环和沉淀速率。(1)入侵对个体的影响生物个体在面临捕食者或竞争者时，生长或生殖率下降。(2)对遗传的影响入侵种对本地种的遗传影响可以是间接的，也可以是直接通过杂交和基因渗透。①产生一种新的、有入侵性的杂合体基因②产生不育的杂合体，与本地种竞争资源③产生一群杂合体和广泛的基因渗透，通过基因污染而导致本地种的灭绝。(3)对种群动态的影响许多测量种群参数的标准方法都可以用来测量入侵的影响，包括丰度(年龄或大小)、分布、结构或种群增长率。(4)对群落的影响测定入侵对群落的影响时，常用物种数目这一指标，严重的入侵将导致生物多样性的下降，如引入澳大利亚北部的含羞草将数千亩的开阔湿地转变成灌木丛，伴之失去了一些特异的本地动植物。(5)对生态系统过程的影响①资源库或供应率②动、植物资源的获取率③干扰体系4、生物多样性效应生物入侵降低生物多样性。5、物种灭绝物种，具有遗传性。目前，具有遗传特性的种群正以前所未有的速度灭绝，是不可逆转的一种变化。而生物入侵对种群的消亡起着至关重要的作用。自1890年以来，已知有40种鱼类灭绝，其中有27种是由于非本地中的引入而引起的。6、生物入侵改变本地种的特性外来物种在其侵入区内，除了直接存在的竞争对当地生物多样性进行干扰外，还以其它形式对当地生态系统产生影响。南非，对14种引进的农作物造成严重危害的的130多种害虫均系本地种，它们本来不取食这些作物，而是由于引进的外来植物促使这些本地种改变了食性。六、外来生物入侵产生的原因外来种入侵发生的原因不清楚，多从入侵者的角度和被入侵的生态系统分析。(一)生态空位假说在一个稳定的生态系统中，每一岗位上都已经有了一个物种，即俗语“一个萝卜一个坑”。如某个地方少了一个“萝卜”，而外来“萝卜”正好适合这个坑时，入侵也就产生了。(二)生物因子假说外来入侵种在新的区域得以生存和繁殖，不是因为入侵种本身具有的某些特性所致，而是由于它们偶然到达了不具备天敌或其它生物限制的新环境，因而快速扩散并造成灾害。这是解释外来种成功入侵最直接的假说，可促使人们在入侵种原产地寻找其天敌来进行生物控制。(三)“时滞”现象指入侵性外来生物从在新的环境里开始定居到种群开始快速增长和迅速扩大“占领区”之间的时间延迟期(潜伏期)。产生“时滞”的原因：1、最初定植环境并不适宜生存，扩散到适宜的生长环境需要时间2、天然屏障阻挡或人为的限制3、种群太小尚未引起人们注意4、处于种群扩大临界点前5、产生适应新环境的新基因性的遗传变异需时间6、等待生境的变化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，能将其种群密度控制在一定数量之下。侵入到新区域，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。自然界生态环境中存在着食物链、天敌之间的相互制约，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。盲目引种、生境的缩小和碎裂、过度捕杀及物种绝灭的次生效应，是引起物种绝灭的四大原因，国际上形象化地称为“魔鬼四重奏”。七、生物入侵研究动态及发展人类活动而导致物种传播障碍的消失是一个全球性的现象，且分布在从基因到群落、生态系统和景观的各级水平。生物入侵应被看作是当代主要的全球环境变化之一，也是导致局部和全球本土生物多样性丧失的祸首之一。生物入侵成功的原因，即与入侵者本身的生物学、生态学特征有关，也与本土群落的脆弱性有关。研究生物入侵的原因之一，是因为许多入侵种已变成了严重的有害生物；外来有害生物为什么能够广泛的传播？入侵造成的危害会达到何程度？目前的研究还停留在就事论事阶段，只有少数初步规律的总结；需要人们对可能发生的生物入侵做出预测：哪一种外来种会变成入侵种？那些生态系统或区域会被入侵？生物入侵的影响程度？入侵种的扩散态势？八、侵入中国的外来生物及危害究竟有多少外来种侵入中国，到目前为止，尚无确切的统计。1、松线虫原产于北美，是松材线虫寄生于松树体内而导致树木迅速死亡的一种毁灭性灾害，被称为“松树的癌症”，松树一旦感染，患病后没有任何拯救措施，当年得病当年死亡。1982年首次发现于南京中山陵，现已扩散到江苏、安徽、广东等省，受害松林面积达4万hm2，死亡数目超过100万株。2、一枝黄花：来自加拿大，花店作为花卉销售，品名“黄莺”，又叫“幸福草”，是植物杀手。具有极强的繁殖能力，一株植株可形成2万多粒种子，与其它植物争夺阳光、肥料，直至其它植物死亡，严重破坏入侵地的植被生态平衡。　　3、水葫芦：我国引进水葫芦，原被作为动物饲料广为种植。水葫芦引入滇池以后，疯长成灾，以至于滇池内连绵1000公顷的水面上全部生长着水葫芦，其它大部分水生植物种类相继消失。广东、江苏、浙江、福建、上海等省市每年打捞水葫芦，就要花费掉一亿多元。4、紫荆泽兰：公认的世界性害草，被国家环保总局列为最危险的外来入侵物种。高一至两米，茎部为紫色，白色小花，种子能像蒲公英一样随风飘散，适应力和繁殖能力极强。有它在的地方，其它植物难以生长，像一个“绿色杀手”，使所到之处成为一片“绿色沙漠”。争夺空间、养分：紫荆泽兰挤占其它植物的养分和空间，抑制庄稼和其它植物的生长。能沿着公路、河流、农田顺风飞长，对生态的平衡破坏很大。入侵120天后，土壤中的速效氮、磷、钾分别下降56%-96%、46%-53%、6%-33%，导致土壤肥力严重下降，土地严重退化。天然草场被入侵三年后覆盖程度可达90%以上，牧草几乎消失。引起疾病：紫茎泽兰带冠毛的种子和花粉能引起马属动物哮喘病；种子上带钩的纤毛被牲畜吸入后直接钻往气管和肺部，引起牲畜组织坏死和死亡；用紫茎泽兰的茎叶垫圈、栏或下田作沤肥，可引起牲畜蹄子腐烂、人的手脚皮肤发炎。5、豚草：原产北美，于上世纪30年代随种子交换和货物传入。根特别发达，吸水吸肥能力大大超过禾谷类植物，使庄稼减产或颗粒无收，被称为“植物杀手”。花粉引过敏、肺心病、哮喘和诱发枯草热病。九、防止外来入侵的措施(一)加强立法、并严格执法(二)加强国际合作(三)提高警惕，要有前瞻性