生物入侵研究国际进展与中国现状——基于CiteSpace的文献计量分析

生物入侵是造成全球生物多样性降低和生境变化的重要因素，并在世界各地造成巨大的经济损失与生态灾害，然而系统研究生物入侵的研究进展与趋势的文章却较少。基于Web of Science核心库、Scopus以及中国知网，运用CiteSpace知识图谱可视化软件，分析生物入侵的国内外研究进展。结果表明：（1）美国对生物入侵的研究起步最早（1970年），国外的文章数量在1990年后呈指数增长。国外研究机构及作者间合作强度大，形成以美国各大高校为中心的合作网络。国外注重生物入侵的驱动因素、压力及入侵状态的研究。近年来国外研究热点涉及入侵物种的种群动态、扩散机制、生态模型、岛屿入侵、风险评估、气候变化及国际贸易等，并越来越重视气候变化与多元驱动因素相互作用下的生物入侵，但对外来微生物和无脊椎动物的研究较少。（2）我国相关研究始于20世纪90年代，文章数量在2000-2010年间增长迅速。但国内研究机构及作者间合作强度较低，呈现多核心的分散合作关系。国内注重生物入侵的危害及缓解措施研究。研究热点有入侵途径、机制、危害、防治策略、全球贸易、气候变化与风险评估等，并越来越关注"一带一路"下的生物入侵及人工智能等科学防治手段。但是近十年，不同聚类的关注度和热度都在降低，对入侵驱动机制及预警监测的研究较为薄弱。（3）未来我国应当突出研究重点，与国际研究保持同步，强化全球贸易、气候变化与多元驱动因素相互作用下的生物入侵研究，构建生物入侵的驱动-压力-状态-响应的综合评估体系。基于对生物入侵研究进展的系统认知，可为我国科学防治生物入侵提供理论支撑。     

“主要入侵生物生态危害评估与防制修复技术示范研究”项目介绍

正随着国际交流的增加,物种扩散到新的地理区域更为便捷,一些外来物种在入侵地对当地的生态环境、经济、社会造成危害。《全球生物多样性展望》(2014)认为生物入侵是导致生物多样性丧失的第二大因素。我国是遭受生物入侵最严重的国家之一,已发现外来入侵生物560种,其中属于世界自然保护联盟(IUCN)公布的全球100种最具威胁的外来入侵生物的     

近十年中国生物入侵研究进展

生物入侵已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,成为了21世纪五大全球性环境问题之一。本文回顾了2000年以来,中国生物入侵研究领域尤其是入侵种的多样性与格局、入侵机制及生态学效应、管理与控制等方面所取得的重要进展,讨论了需进一步加强研究的领域,以期为进一步拓展该领域研究的广度和深度、为我国的生物入侵预警预防和科学治理提供参考。据初步研究,中国的入侵种数量已达529种,其中陆生植物、陆生无脊椎动物和微生物为主要入侵类群;原产地以北美洲和南美洲为主;经济发达和气候温暖湿润的东部和南部省份入侵态势明显较西部和北部省份严重;随着中国经济的进一步发展,生物入侵问题将可能更加严峻。外来种的成功入侵是其内禀优势、资源机遇和人为干扰共同作用的结果;其中,表型可塑性、适应性进化、天敌释放、种间互利或偏利共生和新化感作用等因素对入侵起到了关键作用。生物入侵已对中国土著生态系统的生物多样性和生态系统服务功能造成了严重影响,打破了生态系统的固有平衡,危害或威胁到中国的农林牧渔业生产、交通航运、环境、人类健康和公共设施安全。针对生物入侵的管理与控制,中国加强了包括检测监测、风险分析、生物防治、扩散阻断、根治灭除和生态恢复等技术体系的研究和实施,并初步控制了一些重要入侵种的扩张。中国生物入侵需要在全境性科学考察、生物入侵的遗传学、基因组学、生态系统影响、全球变化和管理与控制技术创新等领域进一步加强跨领域的交叉合作和系统研究。     

我国入侵昆虫研究进展

我国是世界上受外来入侵生物影响最为严重的国家之一。生物入侵已经成为威胁我国粮食安全、生态安全、经济安全的重要制约因子。调查发现,我国近20年入侵昆虫占已知入侵生物的70%,已对国家经济社会安全构成持续威胁。近年来,随着全球变化加快,入侵昆虫疫情不断突发,入侵昆虫扩散分布格局变化加剧。为此,总结梳理了建国70年以来入侵昆虫分布扩散特点、基础与应用研究进展,分析了未来面临的挑战,提出了相关管理建议。     

盐源县小高山林业有害昆虫红脂大小蠹风险性评估

[目的] 针对盐源小高山林业有害昆虫红脂大小蠹进行风险性评估，为该地区开展红脂大小蠹的防控、监测预警和风险管理提供依据。[方法] 采用多指标综合评价法、风险分析方法，对影响红脂大小蠹的分布、传入定殖扩散、潜在危害、受害寄主经济重要性、危险性管理难度这5个因素进行分析，经查阅文献，并综合考虑红脂大小蠹在"国外、国内和盐源小高山"的分布对综合评价值R的影响，通过调整地理分布在评估系统的权重，进而优化评估体系，提出风险评估量化指标体系，计算红脂大小蠹的风险性分值。[结果] 盐源县小高山红脂大小蠹的风险性分值为2.05，为高度危险发生害虫。[结论] 红脂大小蠹已对盐源县小高山地区的云南松林造成一定的危害，应加强监测预警，防控其危害进一步扩大，为林业生态安全提供保障。     

入侵植物互花米草——生物学、生态学及管理

近20余年来, 互花米草Spartina alterniflora Loisel.在我国沿海及河口滩涂快速扩散, 已成为我国海岸盐沼中最重要的入侵植物。本文介绍了互花米草的形态学、繁殖生物学、生物系统学、分布及全球范围内的入侵途径和历史, 探讨了互花米草与沿海滩涂非生物环境、生物环境之间的相互作用及人类活动在互花米草成功入侵中的作用, 并得出如下结论: 互花米草的成功入侵是在人类活动的影响下, 其入侵力(互花米草自身的生物学特性)与入侵生境的可入侵性(滩涂环境对入侵的抵抗力)相互作用的结果, 其入侵可能对被入侵地的自然环境、生物多样性、生态系统乃至经济生活带来一系列影响。最后, 提出对互花米草的控制只能通过早期预测并保持监控、一旦发现便及时根除的方法来进行。同时,我国应加强立法与相关知识的普及, 最大限度地降低互花米草乃至其他外来生物入侵的可能性。     

我国区域间生物入侵的现状及防治

区域间生物入侵是指国家内部不同区域间物种入侵所引发的危害。由于我国生态系统错综多样,国内人员、物品流动频繁且不易监控,因此区域间生物入侵危害已经十分严峻。本文主要以我国以及国外已有的区域间生物入侵事件为例,分析其主要的入侵途径、危害与防治措施。区域间生物入侵主要通过引种、运输、人为干扰等途径,可以造成土著种灭绝、基因污染、生物多样性降低等危害。全球气候变化、南水北调等大型工程建设以及海峡两岸交流等领域是今后我国区域间生物入侵研究的主要方向。     

气候变化背景下生物入侵研究态势的文献计量分析

生物入侵严重威胁生物多样性与生态系统健康,对全球环境、经济造成极大损失,而快速的气候变化显著影响外来生物的扩散和入侵进程。探讨气候变化背景下生物入侵研究态势能够从宏观上把握该领域的国际研究现状与热点,为深入理解外来种入侵机制和制定合理的防治策略提供参考。该文基于最近27 a间(1990—2016年)科学文献数据库Web of Science中科学引文索引扩展版(SCI-E)数据,利用TDA等统计工具对气候变化下生物入侵方面的研究进行了文献计量分析。结果表明:27 a间共发表论文1 736篇,论文数量整体保持增长态势,2009年开始进入快速发展阶段;该领域的研究涉及环境科学与生态学、生物多样性保护、植物学等多个学科;澳大利亚莫纳什大学Chown SL教授发文量最高(35篇);美国的总发文量(708篇)和高被引、高影响因子论文数量均居世界首位;发文量最多的研究机构是加利福尼亚大学(93篇),中国科学院发文量居世界第10位(27篇);Biological Invasions是刊文量最大的学术杂志;物种分布模型、生物多样性、全球变暖、风险评估等是近年来该领域的研究热点;中国共发表论文52篇,中国科学院是国内最大的发文机构,其中,动物研究所、武汉植物园、植物研究所的发文量居中科院科研系统前三名;中国在气候变化下生物入侵领域的高被引、高影响因子论文数量及国际合作强度亟待提升。未来需重点关注气候变化下生物入侵的预测与风险评估、生物入侵与生物多样性关系、入侵物种的系统进化、入侵生态系统的多营养级关系、海洋生物入侵、生物入侵与人类健康等问题。     

“保护兼容”理念源起、实践与发展

以国内外文献、报告、规划为原始材料,以"保护兼容"一词为核心,结合其使用语境,系统阐述在自然保护话语由"堡垒式"转向"社区保护"时,随着自然保护地功能与管理发生变化,人类活动的保护兼容性如何被重新发现并在自然保护实践中助力生物多样性保护。研究发现,"保护兼容"理念充分体现在景观尺度的土地利用连续体上;在生产性景观视角下乡村土地利用和传统农业系统进入自然保护领域;"保护兼容"理念以土地利用为基础下沉到乡村社区的资源管理、生计发展等多类型活动,以各种保护倡议和项目实现,并在发展中国家和发达国家呈现出不同特征。"保护兼容"理念既进行尺度扩展,探索区域内、跨行政区域乃至国家间多利益相关方参与、多类型土地利用贡献于自然保护扩展,也进行尺度下沉,倡导基于本土价值实现全球价值的保护理念。研究提出,全球在生物多样性保护中要进一步重视生产性景观和农业生物多样性保护,而发展中国家面对全球生物多样性保护紧迫目标时,需要坚持社区主体性和在保护实践中的主动性。     

编者按

外来生物入侵造成了巨大的经济损失和环境灾难,已引起国际社会与各国政府的密切关注,并成为现在和未来全球面临的需要解决的难题之一。要应对和防范外来有害生物的入侵,必须深入研究、揭示其入侵规律和机理,建立一套行之有效的预防、控制、阻击与管理技术体系。作为全球100种最具破坏力的入侵生物之一,源自南美洲的红火蚁Solenopisi invicta Buren自20世纪上半叶传入美国后,相继扩散蔓延侵入澳大利亚、新西兰、加勒比海、泰国、菲律宾等多个国家和地区。由于红火蚁食性复杂、习性凶猛、繁殖迅速、竞争力强大,入侵后短时间内易暴发成灾,对入侵区域的农林业生产、人体健康、生态环境和公共安全等均会造成严重危害。     

Larval development of the invasive charru mussel,Mytella strigata (Bivalvia: Mytilidae)

ABSTRACT

The South American charru mussel, Mytella strigata, was recently recorded in Singapore waters, possibly introduced into Southeast Asia through shipping. The mussels have rapidly spread across estuarine coastal mudflats. Adult mussels were collected, spawned in aquaria and larvae were successfully cultured to the juvenile stage in the laboratory. The larval morphology and development of M. strigata is described in this paper. D-shaped veligers were produced within 20 h of fertilization and were approximately 75 µm in shell length. These larvae were capable of settlement two weeks post fertilization. Given an adequate amount of food, they were able to grow up to 1 mm in shell length within 30 days. The larval shell of M. strigata possesses anterodorsal G2 hinge teeth as distinct wavy ledges, with a pitted resilial ridge clearly evident in the juvenile shell.     

中国新发现外来入侵害虫——南美番茄潜叶蛾(鳞翅目:麦蛾科)

2017年8月,在新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州露地鲜食番茄上发现一种鳞翅目害虫,以幼虫潜食叶肉、蛀食果实,经鉴定为南美番茄潜叶蛾。该害虫原产南美洲的秘鲁,2006年入侵欧洲的西班牙,截至2017年5月,已在南美洲、欧洲、非洲、中美洲和亚洲的80多个国家和地区发生,严重危害鲜食番茄、加工番茄和樱桃番茄/圣女果,产量损失最高可达80%～100%。本文提供了南美番茄潜叶蛾的危害情况及主要形态鉴定特征,提出了防范其进一步扩散危害的措施建议以及今后应开展的主要研究方向,包括植物检疫、发生分布调查、生物学生态学特性研究、天敌资源挖掘利用等,以为积极应对南美番茄潜叶蛾对我国农业生产安全的威胁提供参考。     

北美刺龙葵在中国的适生区预测

【背景】北美刺龙葵是一种全球广泛分布的恶性杂草,已被列入我国进境检疫性有害生物名单。近年来北美刺龙葵不断随进口货物传入我国,明确其传入途径和适生区对控制其入侵具有重要意义。【方法】采用GIS、空间统计学、Maxent生态位模型等方法分析了北美刺龙葵的传入途径与潜在分布区,并通过ROC分析法对模型进行检验。【结果】跨区域农产品贸易是北美刺龙葵全球扩散的驱动力与传入我国的主要途径。生态模型预测结果表明,北美刺龙葵在我国具有广阔的适生区,除黑龙江、吉林、内蒙古、青海、甘肃、西藏、四川西北部以外的区域都是其在我国的适生区,其中高风险区主要集中在东部和南部沿海、西南边境和新疆的部分地区。AUC值为0.789,表明本研究建立的Maxent模型的预测能力较强,能够很好地拟合物种已知分布的环境生态位。【结论与意义】北美刺龙葵在我国的传入风险极高。基于北美刺龙葵在我国的主要传入途径与潜在扩散媒介的时空分布,划定了重点监测的区域,建议对适生区内极易传入的高风险区如港口、机场、物流中转站、加工厂等开展早期监测预警,以预防其再次入侵与进一步扩散蔓延。     

入侵植物马缨丹研究进展

马缨丹原产于热带美洲,现已扩散至世界热带和亚热带地区,并严重威胁入侵地本地植物的生长。马缨丹因具有观赏价值而被我国大量引进,但由于疏于管理,发展成为入侵杂草,对我国农业、畜牧业及生态环境造成严重危害。目前对马缨丹的入侵机制还没有全面系统的认识。本文从马缨丹的生物学特性、入侵机制、生态学效应、防治与应用等方面进行综述,总结其研究进展,以期为马缨丹的防治工作提供依据。研究结果显示:马缨丹成功入侵的关键因素源于其独特的生物学性征;对农林业造成的危害的原因主要为它的化感作用;马缨丹的防治方法主要包括物理、化学和生物防治;马缨丹在防虫除虫、污染修复、药用价值等方面有所应用。此外,分析当前研究中的不足后发现,今后应加强马缨丹在自然环境中的适应机制、应用潜力、防治方法等的研究。     

水盾草入侵机制及防治对策

生物入侵是当今世界难题之一,成为维护生物安全和生态安全的共同挑战。水盾草作为一种流行的观赏水草,原分布于美洲中部,伴随人类商业、运输等活动迁移到世界各地,现已成功入侵了亚洲、欧洲和大洋洲等地区,也在我国长三角地区广泛分布。本文介绍了水盾草的生态习性、危害、入侵成因、防治与管理等方面,从生物学特征和生境分析其入侵机制。由于很强的繁殖扩散能力和对新环境的适应能力等特性,水盾草一旦定居,即迅速生长,争夺本地物种的生存空间和资源,对入侵区域的环境、生物、经济产生负面影响。适宜的气候条件、空生态位资源是水盾草入侵的外部环境因素。目前,多种物理、化学和生物控制方法用于管理水盾草,但治理效果不一,需要综合使用多种手段,重复干预以达到管控的目的。为防止水盾草在我国大面积泛滥,亟需开展基础研究,科学预测;针对可能入侵水域,研究提出早期发现和快速响应的综合管理措施,科学治理和管理水盾草。     

When Landscaping Goes Bad: The Incipient Invasion of Mahonia bealei in the Southeastern United States

Woodlots are forest islands embedded within an urban matrix, and often represent the only natural areas remaining in suburban areas. Woodlots represent critical conservation areas for native plants, and are important habitat for wildlife in urban areas. Invasion by non-indigenous (NIS) plants can alter ecological structure and function, and may be especially severe in remnant forests where NIS propagule pressure is high. Woody shrubs in the Family Berberidaceae have been well documented as invaders of the forest–urban matrix in North America. Mahonia bealei (Berberidaceae) is a clonal shrub native to China, and is a popular ornamental in the Southeastern United States. Mahoni bealei is listed as “present” on some local and state floras, but almost nothing is known regarding its invasion potential in the United States. We sampled 15 woodlots in Clemson, South Carolina, to assess the invasion of M. bealei and other woody non-indigenous species (NIS). M. bealei invaded 87% of the woodlots surveyed and species richness of NIS on these woodlots varied from 5 to 14. Stepwise-multiple regression indicated that less canopy cover and older M. bealei predicted greater abundance of M. bealei , and that not all subdivisions were equally invaded (P < 0.0001; r² = 0.88). The impact of M. bealei on native flora and fauna may be considerable, and it is likely to continue to spread in the Southeastern United States. M. bealei should be recognized as an aggressive invader in the Southeastern United States, with the potential for negative impacts on native flora and fauna.     

印加孔雀草入侵生态风险评估及其管理措施

【目的】印加孔雀草为菊科一年生草本植物,原产南美洲,现已在我国多个地区发现,局部呈现生态危害。分析印加孔雀草生态适应性特点,可以有针对地提出其风险指标体系和判断标准,确定其危险级别。【方法】对印加孔雀草的分布、危害情况及生物学特性进行调查,定性分析其生态适应性特点,定量分析评估其生态风险,确定其危险级别。【结果】根据风险指标体系准则层的赋值,其中入侵性R_1为83,适应性R_2为88,扩散性R_3为65,危害性R_4为84,计算得出印加孔雀草风险值(R)=8061,属于具有危害性和侵入性的物种。【结论】印加孔雀草为具有危害性和侵入性的物种,应严格禁止引入。由于该植物已经传入我国,应采取必要的应急措施,开展检疫、监测和灭除,防止其传入其他还未发生的地区。     

我国福寿螺入侵现状和防控研究进展

福寿螺原分布于南美洲,20世纪80年代作为一种水生经济生物引入我国,后因食味不佳被弃于水生环境,因其具有繁殖力高、适应性强、食性杂等特点,在我国多个区域迅速扩散入侵,已给农业生产、生态系统、人类健康等造成了严重的危害。文章对福寿螺入侵现状进行了深入分析与系统总结,介绍了现有福寿螺防控技术手段,重点阐述环境友好型福寿螺防控技术并对其进行了研究展望。目前,针对福寿螺防控实施的多种物理、化学和生物措施,治理效果不一,植物源生物控制技术因具有更高效、更经济、对非靶细胞更安全等优点,成为防治福寿螺的研究热点。然而此类研究多数集中于简单的毒杀效果试验,较少涉及毒杀机理、生殖系统等。本文旨在为全面了解我国福寿螺入侵现状、防控研究进展提供理论指导,为进一步探究福寿螺防控技术提供对策与新的思路。     

Predicting the current distribution and potential spread of the exotic grass Eragrostis plana Nees in South America and identifying a bioclimatic niche shift during invasion

Eragrostis plana (Poaceae) is a perennial grass introduced from South Africa to the state of Rio Grande do Sul in southern Brazil. Currently, it is considered an invasive grass in several regions of the world, including South America, where it has caused negative ecological and socio‐economic impacts. Ecological niche models, using bioclimatic variables, are often used to predict the potential distribution of invasive species. In this study we prepared two bioclimatic models for E. plana using the Genetic Algorithm for Rule‐set Production, the first based on data from its native region (South Africa) and the second on data from both the native and invaded (South America) regions. We then projected each model onto South America to identify regions vulnerable to invasion by the species, and compared our results with available records of the species in South America. Finally, we explored the model's predictions for the existence of a bioclimatic niche shift during the invasion process of E. plana in South America, using multivariate statistical analysis. The model created with native distribution data was only able to predict (with highly suitable habitat) the region of introduction of E. plana in South America. However, the current distribution, as well as the region of introduction of the species, was reliably predicted by the model created with data from both native and invaded regions. Our multivariate analysis supports a hypothesis of bioclimatic niche shift during the invasion process of E. plana in South America.     

Genetic bottleneck in invasive species: the potato tuber moth adds to the list

The level of genetic diversity within populations of introduced species has received increasing attention as an important factor influencing their survival and adaptive potential. We examined this issue with the Guatemalan potato tuber moth Tecia solanivora, an agricultural pest which has successfully invaded South America and the Canary Islands within the last 20 years. To analyse changes in T. solanivora genetic diversity, the mitochondrial marker cytochrome b was sequenced from individuals collected across its known distribution area. High haplotypic diversity was observed in Guatemala, whereas only three haplotypes have been found in Venezuela and a single one in the remaining invaded South American countries and the Canary Islands. Invasive haplotypes were not observed in our samples from Guatemala but are closely related to Guatemalan haplotypes. These results are consistent with the hypotheses that (i) either a few individuals were introduced into Venezuela leading to a strong initial genetic bottleneck, or selection pressure may have lead to the disparition of all but a reduced number of introduced haplotypes, (ii) a second bottleneck occured between Venezuela and Colombia, and (iii) the invasion of the Canary Islands originated from South America. We further reviewed the recent literature to compare this change in genetic diversity with those reported for other invasive species. We quantified the changes in genetic diversity between native and introduced ranges for 57 biological invasions. We found that the genetic homogenization in T. solanivora was among the strongest reported and discuss factors that can explain the success of invasive populations with low genetic diversity.