外来植物的入侵机制及其生态风险评价

1 引
言
性很小, 所以防止外来物种造成危害的关键是要阻 止可能成为入侵种的外来生物的传入。因而研究哪 些物种会成为入侵种 , 一旦入侵会在何处造成危害 以及造成何种危害就至关重要, 需要对物种入侵进 行预测和风险评价工作。 2001 年 10 月中国正式立项开展对外来物种的 生态学效应和风险防范技术的研究[ 10] 。国家环境 保护总局 2003 年初步发布了5关于加强外来入侵物 种防治工作的通知6 ( 环发 [ 2003] 6 号 ) , 指出, 防治 外来物种首先要逐步建立起引进外来物种的环境影 响评价制度, 对所引物种进行科学的风险评估。在 指出针对外来入侵物种防治工作中的重大技术难题 时 , 国家环境保护总局又强调/ 特别要重视引进外来 物种环境影响评价方法0 。 因此, 针对外来植物入侵特点, 在工程项目环境 影响评价的基础上, 运用风险评价方法对外来植物
生态学杂志 Chinese JoHale Waihona Puke Baidurnal of Ecolog y
2006, 25( 8) : 983~ 988
外来植物的入侵机制及其生态风险评价*
马 晔
* *
沈珍瑶
摘 要 外来植物入侵已成为严重威胁生 态系统 健康发 展的全 球性问 题 , 预 防优于 治理 , 对外 来植物 进行 生态风险评价可有效地防御和降低入侵风险。本文基于生态 风险评价 理论 , 通 过对外来 植物入侵 特性和过程的 分析 , 探讨了外 来植物入侵 生态风险 的评价方法。 将评价程序 分为风险 源分析、 风险受 体评价、 暴露 与危害评 价、 风 险综合评价 和风险管理 对策 5 部 分 , 初 步建立了 风险源评价 指标体系 , 以 及度量生态损失和生态风险的指标和公式 , 进而 得出外来植物入侵综合生态风险评价的方法。 关键词 外来植物 , 入侵 , 生态风险评价 , 评价方法 Q948 文献标识码 A 文章编号 1000- 4890( 2006) 08- 0983- 06 中图分类号
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入; º由旅客、 轮船的压舱水、 运输的货物无意携带 而进入; » 通过风力、 水流等自然传入。入侵植物的 形成有一个漫长的发生、 发展和产生危害的过程, 一 般要经历引入、 暂居、 逃逸生长、 入侵、 产生危害 5 个 阶段。植物引入栽培后, 首先在相对适宜的自然或 人工条件下暂时定居下来, 随着对环境条件的不断 适应和环境本身的不断变化, 在自然力量或人为作 用下, 这些植物可能逃离栽培环境而在当地自然条 件下生长繁殖, 形成野生或半野生种群。入侵种一 旦发生了大面积的危害是非常难于控制的。 21 2 外来植物入侵的特征及影响因素 21 21 1 外来植物的生物学特性 植物外来种的生 物学特性对其入侵、 生存和扩展极为重要。有些物 种的适应性和耐性强 , 其入侵潜力就大 ; 外来种的繁 殖能力和繁殖方式对入侵是否成功也很重要, 如以 地下茎等方式进行无性繁殖, 可避免或少受火等干 扰 ; 外来植物如靠种子繁殖 , 且种子具有易传播、 发芽率高 , 种群增长速度快等特点 , 都有利于外来植 物的入侵扩展; 另外, 对资源的竞争力强, 抗干扰能 力强, 且干扰后恢复力大的外来植物也容易发生入 侵。 21 21 2 入侵种与本地种之间的相互作用 外来植 物进入新栖息地 , 就要面临本地物种的压力, 只有在 与本地物种的相互作用中取得优势的外来植物才能 定植、 扩增种群进而实现入侵[ 7] 。如: 缺乏天敌 , 外 来植物在新环境中如果缺乏原栖息地自然天敌的制 约, 就很可能会迅速扩张 , 其繁殖的后代常按几何级 数增加, 最终爆发入侵。此外 , 易发生入侵的外来种 与处于相似生态位的本地种相比 , 有较高的竞争能 力, 通过排挤本地种而成功入侵。 21 21 3 新栖息地的生态环境特征 新栖息地的环 境对外来种的影响较大, 如果遭受入侵的环境与外 来植物原栖息地相似 , 外来种入侵的成功率就大些 ; 如果生境相差大 , 只有那些较高适合度的物种才可 入侵成功。近年来国内外许多研究表明, 类型多样
( 北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重 点实验室 , 北京 100875)
Exotic plant invasion and its ecological risk assessment. M A Ye, SHEN Zhenyao ( State Key L aborator y of W ater Env ir onment Simulation , School of Env ir onment, Beij ing Nor mal Univer sity , Beij ing 100875 , China) . Chinese Jour nal of Ecology , 2006, 25 ( 8) : 983~ 988. Ex otic plant invasion is an urg ent global issue that thr eatens the sustainable development of ecosystem health. Its prevent ion is more effectual than treatment, and thus, the study of its ecological r isk assessment could help us to pr event and r educe the invasion risk mor e effectively. Based o n the theory of ecolog ical risk assessment, and throug h the analyses of the character istics and processes of ex otic plant invasion, this paper discussed the methodolog ies of the ecological risk assessment of exo tic plant invasion. T he assessment procedure w as con sisted of risk source analysis, receptor analysis, exposure and hazard assessment, integr al assessment, and w orking out of management measures. T he indicator system of risk source assessment as w ell as t he indices and formulas applied to measure the ecolog ical loss and r isk w ere established, and t he method for comprehen sively assessing the ecolog ical r isk o f ex otic plant invasio n w as worked out. Key words exotic plant, invasio n, ecological risk assessment, assessment met hod.
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马
晔等 : 外来植物的入侵机制及其生态风险评价
985 虑到评价对象的特殊性 , 总结出外来植物入侵生态 风险评价可大致包括以下环节: 风险受体评价, 风险 源分析 , 暴露与危害评价, 风险综合评价、 风险管理 对策。 31 21 1 风险受体分析 ¹ 受体的选取。受体即风 险承受者 , 在风险评价中指生态系统中已受到或可 能受到的来自风险源的不利作用的组成部分 , 它可 能是生物体 , 也可能是非生物体 [ 16] 。在进行生态风 险评价时 , 通常选取那些对风险因子的作用较为敏 感或在生态系统中具有重要地位的关键物种、 种群、 群落乃至生态系统类型作为风险受体。 由于外来植物入侵往往会对本地物种造成严重 影响, 使 其种类和数量减少, 物 种多样性降低。另 外 , 外来植物成功入侵后, 大量繁殖, 造成生态环境 破坏, 形成生物污染。因此 , 本研究将外来植物引入 地所在的生态系统作为评价受体, 考虑到外来种入 侵一旦发生 , 危害范围往往会扩散, 故应适当地扩大 风险受体范围 , 分析其风险特征, 包括栖息地类型、 当地动植物的生物多样性、 植被覆盖率、 自然或人为 干扰情况以及气候和土壤条件等等。 º生态终点。生态终点是与受体相关联的一个 概念, 指生态系统受风险因子的作用而导致的结果。 对于生态风险评价, 终点必须是具有生态学意义或 社会意义的事件, 它应具有清晰的、 可操作的定义, 便于预测和评价 。外 来植物入侵风 险评价可能 的生态终点包括本土物种的灭绝, 群落物种多样性 的减少 , 土壤肥力下降和水分减少, 当地典型生境的 退化和消失等。 31 21 2 风险源分析 风险源分析是指对可能对生
984 入侵进行生态风险评价, 确定风险的性质、 程度以及 可能造成的损伤 , 再进行风险管理 , 平衡引种和生态 系统健康的关系 , 对确保社会、 经济可持续发展具有 重要的理论和实际意义。 2 外来植物的入侵机制 21 1 外来植物入侵的发生过程 外来植物的入侵途径有 3 种: ¹ 人为有意地引
* 国家重点基础研究发展规划资助项目 ( 2003CB415204) 。 * * 通讯作者 收稿日期 : 2006- 01- 04 接受日期 : 2006- 04- 18
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近年来, 随着国际贸易和旅游业的发展, 越来越 多的物种将被引入, 外来物种入侵的机率大大增加 , 生物入侵已逐渐成为制约城市、 区域经济和社会可 持续发展的主要障碍。其中, 植物入侵是研究生物 入侵问题的主要对 象。据农业 部最新统计数 字显 示, 目前中国已经有 380 种入侵植物 , 40 种 入侵动 物, 因为外来物种入侵造成的直接和间接损失每年 达到 1 198176 亿元, 占到国内生产总值的 11 36% 。 外来植物严重威胁着本地自然资源、 生物多样性、 生 态环境以及农林牧渔业的生产 , 而且这种破坏是长 期的、 持久的。因此 , 应对外来植物进行生态风险评 价, 从而为危害的预测和风险管理提供有效手段。 生态风险评价是近十几年逐渐兴起并发展的一 个研究领域。目前 , 国内外学者对此研究多集中在 污染事故、 自然灾害所造成的生态风险方面。由于 生物入侵的危害严重, 且一旦爆发成害根除的可能
生态学杂志
第 25 卷
第8期
的生态系统( 包括森林、 草原、 农田、 河流、 湿地和城 市等) 可为生物提供充裕的生态位, 外来物种很容易 找到生存、 繁衍的环境 , 增加了入侵的可能性。 外来物种入侵与群落的生物多样性有关 , 群落 的生物多样性高, 对空间和资源的利用率较高, 相对 生境空位少 , 外来物种较难入侵 ; 反之, 如果当地生 态系统种植结构单一, 群落的生物多样性较低, 则外 来种易入侵 , 因为外来种一般是多食性的 , 它们的适 应性更强。 栖息地受到一定程度的干扰也有利于生物入侵 的发生。干扰分为自然干扰与人为干扰 , 都易在群 落中形成空的生态位, 降低本地种的丰富度, 使对不 良环境有较大忍受力的外来种在竞争中获得优势。 另外 , 现在生态学理论证明 , 气候、 土壤等全球 性变化也影响着生物入侵。例如 , CO2 的浓度很大 程度上影响着入侵生物特别是入侵植物的生存和繁 衍能力, 此外 , 氮素沉积的增加也有利于生物入侵, 特别是对外来植物的入侵 。 21 3 外来种容易侵入的区域 研究表明 , 依据外来种的传入途径和入侵种自 身的特性, 外来植物在下列生境容易生存 , 成为危害 严重的入侵种[ 1] : ¹ 生态环境较简单的岛屿、 水域、 农田、 牧场。这些生境物种多样性低 , 单位面积物种 种类和数量均较少 , 自然抑制力也低 , 因而竞争力不 强 , 天敌数量少, 外来种容易生存 ; º重要的港口、 口 岸附近 , 铁路、 公路两侧。外来种经货运传入往往首 先在港口、 口岸附近/ 登陆0 , 遇到适宜的环境条件就 开始建立小的种群进而扩散 ; 火车、 汽车携带的外来 种容易在铁路、 公路两侧定居、 扩散; » 人为干扰严 重的森林、 草场。稳定的森林、 草原生态系统受到严 重的人为干扰, 如乱砍滥伐、 过度放牧, 导致生态系 统退化、 生物多样性下降, 给外来种的入侵创造了良 好的条件 , 另外 , 人类活动也可直接带来外来种; ¼ 受到火灾、 洪水等突发性 自然干扰破坏后 的生境。 这些生境的生态系统由于受到严重破坏 , 物种组成 和群落结构变得简单 , 入侵种极易迅速占据大量的 生态位而成为优势物种。 21 4 外来植物入侵的主要危害 外来种入侵是导 致物种多样性丧失的威胁之 一 , 仅次于生境破碎化的影响[ 17] 。外来种同本地种 竞争食物或直接杀死当地物种, 会造成本地种的灭 绝 ; 另外 , 外来植物竞争、 占据本地物种生态位, 使本 地种丧失栖息地, 失去生存空间 , 从而大量死亡, 群