食蚊鱼生态入侵的研究进展

食蚊鱼原产于中、北美洲,由于被认为可用以控制蚊子,而于20世纪初被世界各地大量引种,现已成为全球性分布的外来入侵种之一。尽管食蚊鱼的控蚊效果尚存争议,但有一点却成不争事实,即该外来入侵种已经对世界各地的土著物种（无脊椎动物、鱼类和两栖类等）、生态系统以及水体环境都构成了巨大的影响。本文从食蚊鱼的生物学特性、入侵机制、控蚊效果和生态效应等4方面对目前有关该外来入侵种的研究结果进行了归纳和总结,并为该物种的管理和控制提出了建议性策略和措施,以期为中国的外来入侵种研究及其管理和控制提供基础资料及参考依据。     

基于现代物种共存理论的入侵生态学概念框架

在入侵生态学60多年的发展历程中, 生态学家提出了多种多样的假说来解释生物入侵的机制。这些纷繁复杂的假说在丰富我们对生物入侵认知的同时, 也给入侵生态学概念的整合带来了困难。其中, 外来种和土著种是否存在生态学差异, 以及这种差异如何影响生物入侵, 是入侵生态学研究和争论的焦点问题。现代物种共存理论通过将外来种和土著种的生态学差异划分为生态位差异和适合度差异, 为入侵生态学概念的整合提供了新的视角。依据该理论, 外来种可以通过两种策略实现成功入侵: 一是扩大与土著种的生态位差异, 二是提高自身相较于土著种的适合度优势。因此, 外来种-土著种的生态位差异和适合度差异共同决定了入侵的成败与危害程度。通过对经典入侵假说进行梳理, 我们发现大部分假说都可以在该理论框架下进行解读, 不同假说的主要差别在于强调不同生态学过程对生态位和适合度差异的影响。同时, 这一理论框架很好地解释了为什么外来种-土著种的亲缘关系和性状差异会对生物入侵产生复杂的影响, 为达尔文归化谜团的和解以及外来种-土著种功能性状的比较研究提供了新的思路。目前, 现代物种共存理论还处于快速发展的阶段, 依旧存在很多不足, 但将其运用到生物入侵的实证研究中将是入侵生态学今后一个重要的发展方向。     

外来种入侵的生物学与生态学基础的若干问题

外来物种的入侵及其所造成的危害已越来越为人们所认识。一个外来物种入侵一个新的生境无疑要具备一定的条件 ,尽管目前对这种条件的研究还只是初步的。首先从其自身来说 ,需要有足够的入侵性 ,这可以认为是入侵种的生物学基础 ,可能表现为具有多倍性、一定的遗传变异、杂合性或表型可塑性 ,以及不同的交配系统等 ;其次一个物种的入侵成功还取决于入侵生境的可入侵性 ,这可以认为是入侵种的生态学基础 ,而新的种间关系的形成 ,尤其是入侵种与其他种类的互惠共生关系的建成是关键。本文主要介绍了有关入侵种的生物学和生态学基础中的一些最新进展 ,希望有助于我国学者对相关研究内容的开展以及对有害外来种入侵的防治     

“世界100种恶性外来入侵物种”在我国大陆的入侵现状

[目的] 明确世界自然保护联盟公布的“世界100种恶性外来入侵物种”在我国大陆发生分布现状,为我国制定外来入侵物种管控对象和分级管理对策提供依据。[方法] 基于在线数据库系统、文献报道以及外来入侵物种本底调查结果,采用分类统计方法,对物种的分类地位、原产地、在我国的入侵状态及其所在的生态系统进行分析。[结果] 世界100种恶性外来入侵物种已有82种在我国发生分布,包括本地种33种、外来入侵种32种、外来非入侵种16种,以及未明确入侵状态1种。其中,32种外来入侵种包括陆生无脊椎动物8种、哺乳动物2种、鱼类2种、两栖动物1种、爬行动物1种、水生无脊椎动物2种、陆生植物9种、水生植物4种、真菌1种、卵菌1种和病毒1种。以上物种主要分布在东南沿海地区和西南地区,而较少分布在西北地区和东北地区;约75%物种分布在农田、城镇、森林和湿地4类生态系统。[结论] 建议外来入侵物种管理部门重点关注尚未在国内发生分布的18种潜在外来入侵物种,并列入国家外来入侵物种相关管理对象,严防其传入与扩散;严密监控国内已发生且具有潜在危险的外来物种,防止其向可能入侵的生态系统边缘扩散;继续对在国内已发生的外来入侵种实施区域性分级控制管理措施。     

可利用资源波动对外来种入侵的抵抗性

生物入侵带来的生态和经济危害引起了人们的广泛关注。在入侵生态学研究方面,生物多样性与生物入侵之间的关系长久以来成为群落可入侵性探讨的焦点。Elton经典假说认为,物种多样性越高对外来种入侵的抵抗能力越强,许多模型或野外试验都支持这一假说。但现在越来越多的试验对此提出了异议,各种假说纷纷出现。究竟生物多样性会不会影响外来种的入侵?假设两种不同的群落结构(功能群),设计6种外来种入侵土著群落的情景分析不同多样性及相同多样性下外来种的入侵状况。结果发现,在多样性相同的情况下,两种群落对外来种入侵的抵抗力不同。外来种成功入侵等比群落,却被倍数群落排斥在系统之外。进一步分析表明这主要是由于可利用资源的波动引起的,即Davis提出的"资源机遇假说"。在相同的物种多样性下,由于倍数群落的特殊结构,整个群落所占有资源远远大于等比群落资源比率。因此,外来种在等比群落中更易找到合适的入侵机会。而在物种多样性不同的情况下,由于物种多样性与已占有资源的变化是成正比的,因此,混淆了多样性与剩余资源可利用性对外来种入侵的影响。     

海洋外来物种入侵生态学研究

海洋外来物种入侵已成为最为严重的全球性环境问题之一。海洋生态系统类型多样、环境复杂,其生物入侵的监测、控制与管理难度相对较大。我国对陆地外来生物的入侵已开展了较为深入的研究,但对于海洋外来生物的入侵研究仍处于起步阶段,对其入侵监测、入侵机制、入侵危害的程度以及防治等问题缺乏基础数据。本文在分析国内外海洋外来生物入侵现状的基础上,概述其入侵生态学研究形势及相关成果,包括海洋外来物种的入侵途径、入侵过程、入侵生态效应以及全球变化对入侵的影响等。海洋外来生物的入侵可能对海洋生态系统造成直接或间接的影响,如种间竞争破坏生态环境、与土著种杂交造成遗传污染、病原生物及有毒藻类导致海洋生态灾害加剧等。此外,从政策和法规、入侵风险评估、监测和公共宣传教育、生物信息系统和有效管理机制等方面提出对我国海洋外来物种入侵的防治策略。本研究为我国海洋外来物种的进一步研究提供了参考。     

我国国家级自然保护区主要外来入侵植物分布格局及成因

自然保护区在生物多样性保护中起着关键作用,然而也面临外来物种入侵等诸多压力。基于72个已调查国家级自然保护区外来入侵植物数据,重点分析生态环境部发布的四批外来入侵物种名单中已有分布的35种外来入侵植物分布格局及其影响因素。研究发现72个国家级自然保护区平均记录有（7.78±0.47）种外来入侵植物,MaxEnt模型预测结果表明98.69%的国家级自然保护区面临外来植物入侵风险。低纬度地区（8.07±0.73）和中纬度地区（9.64±0.56）国家级自然保护区外来入侵植物数量显著高于高纬度地区（4.53±0.88）,且不同类型国家级自然保护区外来入侵植物差异不显著。温度和降雨量是影响外来入侵植物在自然保护区分布的关键因素,且影响不同生活型外来入侵植物分布格局的关键因素不同：温度对一年生草本、藤本和灌木的分布解释量极为显著,保护区建立时间、温度、降雨量和海拔共同影响多年生草本植物在国家级自然保护区的分布。研究结果表明国家级自然保护区外来入侵植物调查与监测还存在很大的空白,未来需要进一步加强自然保护区外来入侵植物研究,并提升外来入侵植物的监管能力。     

近缘种比较研究在植物入侵生态学中的应用

为什么有些物种能够成功入侵而有些物种却入侵失败？这是一直困扰入侵生态学家的问题。人们已从不同角度开展了研究, 其中包括不同物种之间的比较。然而以往对不同物种进行比较时往往忽略了亲缘关系对比较研究的影响, 使得出的结果不具可比性。将入侵种与其近缘的土著种或入侵能力不强的外来种进行比较则能够排除亲缘关系带来的影响, 使结果更加具有说服力。现有资料表明近缘种比较已广泛应用于菊科、禾本科、松科等科入侵植物的研究, 探讨与这些植物入侵有关的生物学特性以及生境的可入侵性、入侵的预测和入侵控制等入侵生态学的核心问题。本文综述了入侵种与其近缘种比较在研究生物入侵几个重要问题中的应用, 包括物种的入侵性、群落的可入侵性以及入侵种预测研究, 并分析了近缘种比较研究的发展方向。     

不同土壤水分和养分条件下喜旱莲子草与同属种生长状况的比较研究

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵已在中国造成巨大的生态和经济损失。为揭示喜旱莲子草成功入侵的生态机制并预测其种群扩张趋势及其与环境因子的关系, 作者比较了喜旱莲子草与其同属的外来弱入侵种刺花莲子草(A. pungens)以及土著种莲子草(A. sessilis)在不同土壤水分、养分条件下的生长状况。结果显示: 在高水高肥条件下, 喜旱莲子草的生物量要高于刺花莲子草和莲子草, 而在低水低肥条件下却不如这两个同属种; 弱入侵种刺花莲子草在低水条件下的生物量要高于强入侵种喜旱莲子草和土著种莲子草, 说明植物的入侵性受环境条件的影响。另外, 强入侵种喜旱莲子草形态学性状的可塑性较高, 在各种条件下都具有较高的比叶面积, 暗示这两个指标可作为莲子草属外来植物入侵性的预测指标。     

外来入侵物种管理中的排序体系研究进展

外来物种入侵是继生境破坏之后的第二大世界性的环境问题, 如何实现外来入侵物种分级, 对其进行有效管理是一个世界性的难题。研究总结了国内外外来入侵物种的排序体系, 从三个方面归纳了目前的排序系统: 1)针对所有入侵以及潜在入侵物种开展综合风险评估, 以此为基础提出防控管理清单; 2)针对已建群的外来入侵物种, 围绕不同管理目标进行入侵物种的排序, 包括以降低外来入侵物种对生物多样性影响为目的的外来植物排序、以生物防治为控制手段的外来物种排序、基于土地利用的种群管理排序; 3)针对区域管理提出外来入侵物种分区管理。认为外来入侵物种的入侵性、生态危害、分布范围、潜在分布和控制技术是实现排序的关键因素, 指标的选择与确定依赖于管理目标的设定。我国亟需确定外来入侵物种的优先控制区域, 并针对不同优先控制区域内外来入侵物种开展排序工作。     

The global invasion success of Central European plants is related to distribution characteristics in their native range and species traits

Aim Determining which traits predispose a species to become invasive is a fundamental question of invasion ecology, but traits affect invasiveness in concert with other factors that need to be controlled for. Here, we explore the relative effects of biological traits of plant species and their distributional characteristics in the native range on invasion success at two stages of invasion. Location Czech Republic (for native species); and the world (for alien species). Methods The source pool of 1218 species of seed plants native to Central Europe was derived from the flora of the Czech Republic, and their occurrence in 706 alien floras all over the world was recorded, distinguishing whether they were listed as an ‘alien’ or a ‘weed’ in the latest version of Randall’s ‘Global compendium of weeds’ database. The latter type of occurrence was considered to indicate species ability to invade and cause economic impact, i.e. a more advanced stage of invasion. Using the statistical technique of regression trees, we tested whether 19 biological traits and five distributional characteristics of the species in their native range can be used to predict species success in two stages of invasion. Results The probability of a species becoming alien outside its native distribution range is determined by the size of its native range, and its tolerance of a wide range of climates acquired in the region of origin. Biological traits play only an indirect role at this stage of invasion via determining the size of the native range. However, the ability of species to become a weed is determined not only by the above characteristics of native distribution, but also directly by biological traits (life form and strategy, early flowering, tall stature, generative reproduction, number of ploidy levels and opportunistic dispersal by a number of vectors). Species phylogenetic relatedness plays only a minor role; it is more important at the lowest taxonomic levels and at the later stage of invasion. Main conclusion The global success of Central European species as ‘weeds’ is determined by their distributional characteristics in the native ranges and by biological traits, but the relative importance of these determinants depends on the stage of invasion. Species which have large native ranges and are common within these ranges should be paid increased attention upon introductions, and the above biological traits should be taken into account in screening systems applied to evaluate deliberate introductions of alien plants to new regions.     

遗传多样性与外来物种的成功入侵: 现状和展望

遗传多样性被认为是影响外来种入侵成功的重要因素之一。研究表明, 尽管外来种在入侵过程中可能受到奠基者效应的影响, 但是多次引种、种内或种间杂交等过程使得许多外来种在引入地的遗传多样性水平未必会显著低于原产地, 从而使得外来种可能通过快速进化来适应引入地的新生境。然而, 高水平的遗传多样性并非成功入侵的必要条件, 遗传变异的匮乏对一些外来种的入侵能力没有明显的影响, 甚至在一些生物入侵案例中, 遗传多样性的降低反而促进了入侵成功。针对遗传多样性与入侵成功之间的复杂关系, 本文在评述外来种遗传多样性的研究现状的基础上, 分析了遗传多样性对外来种的短期入侵成功和长期进化的影响机制, 从方法角度探讨了目前研究中存在的若干问题, 并对如何推进入侵生态学研究提出了一些看法。正如一些学者提出的, 入侵生态学需要与生态学其他分支整合起来, 才能加深对生物入侵及其相关的生态和进化过程的理解。     

Q型烟粉虱在中国的入侵生态过程及机制

外来种的入侵生态过程及机制是入侵生物学重要的研究内容, 相关领域的案例分析对入侵生物学学科构建具有重要的理论意义, 对于入侵生物的防控具有重要的实践价值。但迄今中国对外来种的入侵生态过程及机制案例分析较少。而近10年来中国学者对重大入侵昆虫Q型烟粉虱Bemisia tabaci的研究为这方面的分析提供了可能。基于上述因素, 本文以Q型烟粉虱为例, 追溯了Q型烟粉虱成功入侵中国的生态过程, 总结了该昆虫成功入侵的生态过程特征, 从种群遗传结构、 生态因子及人类活动等方面解析了该虫成功入侵的机制, 展望了Q型烟粉虱入侵生物学未来的研究方向。我们认为, Q型在中国的入侵生态过程具有传入隐蔽、 扩散快速、 危害严重等特点; Q型烟粉虱成功入侵中国涉及Q型烟粉虱种群遗传学基础、 生态因子及人类活动等多种因素, 其中杀虫剂在中国的大量使用对Q型取代B型的驱动作用可能是Q型烟粉虱在中国成功入侵的重要因素。     

Assessing the cryptic invasion of a domestic conspecific: American mink in their native range

Control of invasions is facilitated by their early detection, but this may be difficult when invasions are cryptic due to similarity between invaders and native species. Domesticated conspecifics offer an interesting example of cryptic invasions because they have the ability to hybridize with their native counterparts, and can thus facilitate the introgression of maladaptive genes. We assessed the cryptic invasion of escaped domestic American mink (Neovison vison) within their native range. Feral mink are a known alien invader in many parts of the world, but invasion of their native range is not well understood. We genetically profiled 233 captive domestic mink from different farms in Ontario, Canada and 299 free‐ranging mink from Ontario, and used assignments tests to ascertain genetic ancestries of free‐ranging animals. We found that 18% of free‐ranging mink were either escaped domestic animals or hybrids, and a tree regression showed that these domestic genotypes were most likely to occur south of a latitude of 43.13°N, within the distribution of mink farms in Ontario. Thus, domestic mink appear not to have established populations in Ontario in locations without fur farms. We suspect that maladaptation of domestic mink and outbreeding depression of hybrid and introgressed mink have limited their spread. Mink farm density and proximity to mink farms were not important predictors of domestic genotypes but rather, certain mink farms appeared to be important sources of escaped domestic animals. Our results show that not all mink farms are equal with respect to biosecurity, and thus that the spread of domestic genotypes can be mitigated by improved biosecurity.     

Are alien fish a reliable indicator of river health?

1. The ability of many introduced fish species to thrive in degraded aquatic habitats and their potential to impact on aquatic ecosystem structure and function suggest that introduced fish may represent both a symptom and a cause of decline in river health and the integrity of native aquatic communities. 2. The varying sensitivities of many commonly introduced fish species to degraded stream conditions, the mechanism and reason for their introduction and the differential susceptibility of local stream habitats to invasion because of the environmental and biological characteristics of the receiving water body, are all confounding factors that may obscure the interpretation of patterns of introduced fish species distribution and abundance and therefore their reliability as indicators of river health. 3. In the present study, we address the question of whether alien fish (i.e. those species introduced from other countries) are a reliable indicator of the health of streams and rivers in south‐eastern Queensland, Australia. We examine the relationships of alien fish species distributions and indices of abundance and biomass with the natural environmental features, the biotic characteristics of the local native fish assemblages and indicators of anthropogenic disturbance at a large number of sites subject to varying sources and intensities of human impact. 4. Alien fish species were found to be widespread and often abundant in south‐eastern Queensland rivers and streams, and the five species collected were considered to be relatively tolerant to river degradation, making them good candidate indicators of river health. Variation in alien species indices was unrelated to the size of the study sites, the sampling effort expended or natural environmental gradients. The biological resistance of the native fish fauna was not concluded to be an important factor mediating invasion success by alien species. Variation in alien fish indices was, however, strongly related to indicators of disturbance intensity describing local in‐stream habitat and riparian degradation, water quality and surrounding land use, particularly the amount of urban development in the catchment. 5. Potential confounding factors that may influence the likelihood of introduction and successful establishment of an alien species and the implications of these factors for river bioassessment are discussed. We conclude that the potentially strong impact that many alien fish species can have on the biological integrity of natural aquatic ecosystems, together with their potential to be used as an initial basis to find out other forms of human disturbance impacts, suggest that some alien species (particularly species from the family Poeciliidae) can represent a reliable ‘first cut’ indicator of river health.     

Molecular genetic approaches to elucidate the ecological and evolutionary issues associated with biological invasions

Biological invasions may cause serious damage to the native environments and threaten the native biodiversity. Molecular genetic approaches have been found to be powerful tools for investigating the ecological and evolutionary aspects of biological invasions because the genetic structure and level of genetic variation of an invasive species are changed following its invasion. The present article reviews the use of molecular markers in addressing various aspects of invasive species. The application of these techniques has shown that many invasive species are actually "cryptic" species – species whose uniqueness is only recognizable at the genetic level. An estimation of the actual number of invasive species is essential when evaluating its ecological and economic impacts. Molecular genetic approaches have also enabled the source populations of invasive species to be identified. Reconstructions of invasion histories are crucial to preventing future invasions and conserving the native biodiversity, while comparisons of genetic variations between the native and introduced populations provide valuable opportunities to elucidate the mechanisms of rapid adaptation demonstrated by many invasive species.     

近十年植物入侵生态学重要研究进展

外来植物入侵对本地生物多样性、生态安全、社会经济发展和人类健康造成了严重威胁。因此, 探究植物入侵机制及其生态效应对我国生态可持续发展具有重要意义, 也是植物入侵生态学的主要研究内容。过去10年, 生态学家开展了大量研究, 取得了丰硕成果, 为推动入侵植物防控与生物多样性保护提供了理论指导。为深入解析外来植物入侵机制, 为其防控管理提供依据, 本文从以下3个方面综述了植物入侵生态学重要进展: 首先是外来植物生物学特性、生物和非生物环境对植物入侵的调控作用; 其次是外来植物入侵对本地生态系统的影响; 最后介绍了外来植物入侵的类比研究范式——本地植物入侵, 以及多组学技术在入侵生态学研究中的应用。基于这些研究进展, 本文展望了该领域的未来发展趋势, 包括: (1)研究对象从单一物种扩展到多物种比较; (2)研究地理范围从局域尺度扩大到纬度梯度格局; (3)入侵机制从单一理论验证到综合阐释多个假说。     

广东省主要水系外来水生动物初步调查

【背景】广东省是我国遭受外来生物入侵最严重的地区之一,许多外来水生动物在广东省的河流均有分布,但有关其具体分布和数量缺乏系统研究。【方法】通过野外调查的方式对广东省鉴江、韩江、潭江、西江、北江、东江等水系的外来水生动物的分布和数量进行了初步调查,并对调查到的外来水生动物的生态学特征和入侵机制进行了初步研究。【结果】共调查到13种外来水生动物,包括巴西龟、尼罗罗非鱼、莫桑比克罗非鱼、奥利亚罗非鱼、下口鲶、革胡子鲶、食蚊鱼、麦瑞加拉鲮、露斯塔野鲮、斑点叉尾鮰、大口黑鲈等11种脊椎动物和福寿螺、克氏原螯虾2种无脊椎动物;其中以福寿螺、巴西龟和3种罗非鱼的分布最为广泛。【结论与意义】几种外来水生生物主要通过水产养殖、观赏渔业和生物防治引种入侵;典型的"R"策略者、对环境具有较强耐受力的生物、杂食性鱼类更容易成功入侵。     

外来种入侵的不确定性动态模拟

外来种的入侵性和生境的可入侵性是研究生物入侵机制的两个关键因素。总结多数学者的研究成果,认为外来种的拓殖率(迁移率或繁殖率)、死亡率及在新生境中的竞争力是衡量外来种能否入侵成功的内在实质。从全新的角度出发,将引入的外来种看作是对原有生态系统的一种干扰,并在此基础上结合Tilman的多物种共存模型提出了外来种干扰模型。模拟发现外来种在入侵时具有明显的不确定性。拓殖率小的外来种在新的生态系统中由于不能适应环境无法成功定殖,被排斥在系统之外;相反,拓殖率足够大的话,外来种由于自身优势具有很强的入侵性,在几年或几十年的时间内就会成功地在新的环境中建立种群并拓殖入侵,影响了当地物种的生存及原有生态系统的稳定。研究还发现,物种入侵也存在一定的不确定性,入侵不一定会一直持续下去,或许在百年或几百年的时间内入侵种会突然灭绝,原生态系统又恢复到原来的水平。     

线粒体细胞色素氧化酶I (mt COI) 序列分析揭示扶桑绵粉蚧复合种存在隐存谱系

过去约20年间扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis Tinsley在许多国家造成严重危害。近年来该害虫传入我国, 对农业生产构成严峻威胁。外来入侵物种的快速准确鉴定是科学研究及其管理的基础。本研究对来自海南三亚和陵水地区的扶桑绵粉蚧的线粒体细胞色素氧化酶I （mt COI）测序并与美国佛罗里达州的扶桑绵粉蚧序列进行了比较。系统发育树表明该物种存在两个遗传支系, 即海南支系与佛罗里达支系; 这两个支系的遗传距离约3%。这是利用mt COI分子标记对我国扶桑绵粉蚧的首次分子鉴定. 这些结果提示：（1）扶桑绵粉蚧可能是至少含有两个隐存谱系或姊妹种的复合种; （2）新入侵我国海南三亚和陵水地区的扶桑绵粉蚧是该复合种内的一个隐存谱系或物种, 且海南三亚和陵水种群可能不是来自美国佛罗里达州。扶桑绵粉蚧隐存谱系的发现对于该物种的分子鉴定及其入侵生态学研究具有重要意义。