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科研进展
生物入侵是仅次于生境破坏的全球生物多样性丧失第二大驱动因素,目前每年可造成超 4230 亿美元的经济损失,且危害程度仍在持续加剧。传统入侵生物学长期以 “物种地理起源” 为核心判定标准,聚焦跨越生物地理或政治边界的外来入侵植物,发展出天敌释放假说、新奇武器假说等经典理论,支撑了全球数十年的入侵防控实践。 然而,近年来的野外观察和研究逐渐发现某些本土植物也表现出了如同外来者的入侵行为:例如,原产于我国的瑞香狼毒从北方草原一直蔓延至青藏高原;原产于青藏高原林下或灌丛旁的舟叶橐吾大面积入侵邻近的高寒草甸(图1)。这些本土物种在原产地疯狂扩张,形成大面积单优势群落,改变周围植物组成、传粉关系、土壤环境和微生物群落组成,造成严重的生态系统退化,阻碍了当地的社会经济发展,表现出与外来物种类似的扩散潜力和入侵影响。但世界范围内的这类本土植物“入侵”现象却始终被主流研究与治理体系所忽视。于是,一个看起来有些反常的问题摆在研究人员面前:如果一个土生土长的植物表现出了典型的“入侵效应”,我们还应该仅仅因为它是“本地物种”,就把它排除在入侵生态学之外吗?其实,这个问题早已被重视,并已经争论了二十多年。
图1 青藏高原本土植物舟叶橐吾入侵草甸景观(摄:薛孝良) 早在2001年,来自美国佐治亚大学的两位生态学者Mark C. Scott和Gene S. Helfman在Fisheries上发表研究并提出了“native invasion(本土入侵)”概念,发现某些本土鱼类受到人类活动的影响后开始在当地水生生态系统中占据主要地位,像外来入侵那样威胁特有物种的生存。但这一概念在刚开始并未引发太多关注。直至2009年,Valéry等学者搜集众多本土案例证据支持了这一概念,并号召“外来性”不应成为“入侵”的前提,许多本土物种也具备“入侵性”。自此,越来越多的生态学者从本土入侵概念、术语和管理角度参与到这场讨论中。例如,2011年,有研究者主张,在保护和管理中,与其先根据物种的地理来源作出价值判断,不如首先评估它真正造成的生态影响。但传统观念认为入侵生物学之所以强调外来物种,是因为外来物种往往经历了跨越生物地理屏障、脱离原有天敌、缺乏与当地群落共同进化历史等特殊过程,这些机制本身就是入侵理论的重要组成部分。此后的十多年里,争论仍不断反复:有的认为本地种的突然暴发只是种群波动,不应该称为“入侵”;有的担心“本地入侵者”这一称呼会给本地物种附加过强的负面色彩,且可能误导管理;还有人提出“neonative”等新的术语,希望描述那些因为气候和土地利用变化而扩张的本地物种。 如今,在人类世背景下,气候变化与人类干扰持续加剧,外来植物入侵和某些本土植物的异常“入侵”现象只会越发频繁且严重,值得担忧的是,植物入侵的社会和生态影响也并未因长久以来的研究和干预而减弱,社会公众、学界和政策制定者亟须统一的入侵认知范式。为此,研究团队系统梳理了关于“本土入侵”的争议,在整合全球本土植物入侵研究证据的基础上,通过理论推演、机制对比与管理路径分析,构建了一套以生态影响为核心的植物入侵统一研究与治理框架。 为方便一贯的国家形式管理和政策实施,研究并未完全抛弃地缘政治边界,选择在保留 “本土与外来” 起源分类的前提下,明确将本土植物入侵纳入入侵生物学研究范畴,并给出了清晰的科学界定。基于此,研究将植物入侵划分为两类典型场景(图2):一是经典的跨境外来植物入侵,如虎杖、紫茎泽兰的跨国扩散;二是国内的本土入侵,其中的生态系统间本土入侵可作为局部尺度的预警现象,以填补传统防控体系对境内 “后院起火” 的治理空白。
图2 从地缘政治视角,基于生态过程和影响重新定义的植物入侵场景 此外,研究从驱动因子、扩散特征、共进化背景等多个维度,系统对比了外来与本土植物入侵的生态过程,证实在通常情况下,二者的扩散过程存在本质差异,无法直接套用同一套治理方案(图3)。外来植物入侵由人类直接引种或无意携带驱动,呈现跳跃式长距离扩散、多点独立爆发的特征,因与入侵地群落缺乏共进化历史,易通过天敌释放、化感新奇武器形成入侵优势;而本土植物入侵多由人类间接引发的环境变化驱动,沿生态梯度与生态交错带渐进式蔓延,物种与周边生物共享长期共进化历史,仅在原有环境约束被干扰放松时才出现种群爆发。研究同时指出,本土入侵受环境变化不确定性与生物互作动态的双重影响,预测难度显著高于外来入侵,现有物种性状模型难以准确预判其扩张趋势。针对本土入侵的诱因与生态特点,研究建立了 “影响优先、分型施策” 的系统化管理决策体系,以潜在本土入侵植物的净生态影响作为干预决策的核心依据,防止过度干预而适得其反,这有别于外来植物入侵治理体系中的 “发现即根除” 原则。
图3 外来植物与本土植物入侵的扩散途径对比及本土入侵植物管理框架 另外,研究进一步揭示,本土入侵植物通过地上、地下两个维度调控生态系统。地上层面通过高效资源竞争与繁殖干扰排挤本土物种,地下层面则通过释放化感物质选择性改造土壤微生物群落、改变养分循环,形成自我强化的植物—土壤正反馈,其中隐蔽的地下土壤遗留效应长期被管理者低估。针对上述这一机制特点,研究借鉴了较为成熟的外来植物入侵管理策略,并结合野外观测到的本土植物入侵现象,进一步提出了三种基于本土生物互作的可持续治理技术(图4):(1)植物—植物互作调控:筛选适配入侵生境的本土竞争性物种(如抗性优质牧草)进行高密度补植,通过种间资源竞争、化感拮抗压制入侵植物,从根源恢复群落的生物抵抗力;(2)植物—动物互作调控:利用本土专食性昆虫、大型草食动物的取食压力调控入侵种群,同时明确小型哺乳动物(如高原鼠兔)的双重作用,其打洞干扰可能促进入侵定植,需针对性管控;(3)植物—微生物互作调控:创新性提出碳氮协同管理(CNSM)策略。研究发现,土壤中的联合固氮细菌可以入侵植物释放的化感物质为碳源,一边降解 “化学武器”、打破入侵正反馈,一边提升土壤固碳与供氮能力。通过筛选功能菌株构建人工合成微生物群落(SynComs),可同时实现 “入侵治理+土壤肥力提升+碳汇增加” 的多重生态收益。
图4 基于本土物种间生物互作机制的本土入侵植物管理策略 该研究在支持“本土入侵”概念的基础上力图打破入侵生物学长期以来 “起源决定论” 的固有认知,呼吁将本土植物入侵纳入全球生物安全与生物多样性保护框架,为本土植物入侵的识别、风险评估与治理提供了较为系统的理论依据与实践路径,对人类世背景下的植物入侵治理与生态系统可持续管控具有一定的参考价值。研究中所提出的本土生物互作导向的防治思路,能有效规避传统生物防治引入外来天敌的次生入侵风险,其中的碳氮协同管理策略更为入侵生态系统的绿色恢复提供了一种潜在的技术方向, 该研究以Beyond Alienness: An Impact-centred Framework for Plant Invasions为题,在线发表于国际植物学期刊Plant Diversity。中国科学院昆明植物研究所硕士研究生薛孝良为第一作者,孙航院士、张亚洲副研究员为共同通讯作者,云南师范大学硕士研究生成涛参与了该研究。该研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究项目、国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目等项目的资助。 |
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