生态环境学教案(3)

2019-08-30 15:02

分布范围以外或在没有直接或间接引入或人类照顾之下而不能存在)的物种、亚种或以下的分类单元,包括其所有可能存活、继而繁殖的部分、配子或繁殖体。

生态系统是经过长期进化形成的,系统中的物种经过上百年、上千年的竞争、排斥、适应和互利互助,才形成了现在相互依赖又互相制约的密切关系。一个外来物种引入后,有可能因不能适应新环境而被排斥在系统之外,必须要有人的帮助才能勉强生存;也有可能因新的环境中没有相抗衡或制约它的生物,这个引进种可能成为真正的入侵者,打破平衡,改变或破坏当地的生态环境。

在全世界濒危物种名录中的植物,大约有35%至46%是由外来生物入侵引起的。最新的研究表明,生物入侵已成为导致物种濒危和灭绝的第二位因素,仅次于生境的丧失。 并非所有的外来物种都是有害的。长期以来,我国从境外引进了许多优良的动植物种类,比如红薯来自爪哇、玉米来自墨西哥、烟草来自巴西、橡胶来自东南亚、油菜来自地中海、向日葵来自美洲。这些外来物种为我们创造了巨大的经济价值,并未对环境生态造成不良影响。只有少数强悍的外来物种才会造成生态入侵的恶果。科学研究揭示,所有被引入的外来物种中,大约有10%的种类能在新的生态系统中自行繁殖,其中又只有大约10%能够成为外来入侵种,即仅有约1%的被引入的物种成为外来入侵种,造成生态灾害。 二、 生物入侵危害实例

20世纪80年代初,随木材贸易从美国侵入的红脂大小蠹1999年在山西省暴发,使山西省1/3的油松林在数月间毁灭。入侵我国东北、华北、华东、华中的豚草,入侵西南地区的紫茎泽兰,入侵广东的薇甘菊,在我国华东、华中、华南、西南地区作饲料引进的空心莲子草与水葫芦及沿海省区引进的大米草等的蔓延已经到了难以控制的局面。

云南是我国鱼类种类最丰富的省份,然而自1963年~1970年和1982年~1983年先后把鲢、鳙、青、草―四大家鱼‖ 和太湖银鱼等引进滇池、星云湖等湖泊以来,现在云南原有的432种土著鱼类中,近乎绝迹的约有130种;约有150种常见鱼类,已成稀有种;余下的152种鱼类,其种群数量比60年代明显减少。滇池蝾螈的灭绝也与引入外来鱼种有密切关系。

澳大利亚原来没有兔子,1859年墨尔本动物园引进24只欧洲家兔,供人观赏。1863年动物园遭火灾,部分幸存的家兔逃逸成为野兔,由于自然条件优越,野兔迅速繁殖,数量剧增。到20世纪50~60年代,野兔几乎遍布整个澳大利亚,和牲畜争夺牧场和食料,致使澳大利亚养羊业几乎衰退100年。

我国近年来,松材线虫、湿地松粉蚧、松突圆蚧、美国白蛾、松干蚧等森林入侵害虫危害的面积每年已达150万公顷。水稻象甲、美洲斑潜蝇、马铃薯甲虫、非洲大蜗牛等农业入侵害虫每年严重发生的面积达140~160万公顷。1994 年开始入侵的美洲斑潜蝇,目前在全国蔓延面积达 100 多万公顷,每年的防治费用需 4.5 亿元人民币。据不完全统计,每年因几种主要外来入侵物种造成的经济损失高达574 亿元人民币。 三、部分外来入侵种介绍

国家环保总局2003年公布了已对我国造成严重灾害的16种重要外来入侵物种,它们是:水葫芦、紫茎泽兰、薇甘菊、大米草、空心莲子草、豚草、毒麦、飞机草、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、红脂大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。

假高粱是谷类作物、棉花、苜蓿、甘蔗麻类等30多种作物田里的主要杂草。它不仅使作物产量降低,还是高粱属作物的许多害虫和病害的寄主。它的花粉可与留种的高粱属 作物杂交,给农业生产带来很大的危害,被普遍认为是世界农作物最危险的杂草之一。它能以种子和地下茎繁殖,是宿根多年生杂草,一株植株可以产28000粒种子,一个生长季节能生产8公斤鲜重的植株和170长的地下茎。1平方公里面积上的所有地下茎总长度可达86~450公里,能萌发的芽数可达1400万个。假高粱的 地下茎是分节的,并且分枝,具有相当强的繁殖力。即使将它切成小段,甚至只有一节,它仍不会死亡,并且在有利的条件下,它还能形成新的植株。因此,它具有很强的适应性,是一种危害严重而难于防治的恶性杂草。此外,它的根分泌物或者腐烂的叶子、地下茎、根等,能抑制作物种子萌发和幼苗生长。假高粱的嫩芽聚积有一定量的氰化

物,牲畜取食时易引起中毒。

牵牛花为旋花科 牵牛属一年生缠绕草本,原产热带美洲,是外来入侵物种之一,被牵牛花覆盖或缠绕的植物,会因为无法进行光合作用而窒息死亡。它早就被植物学家定位为―森林和绿地的美丽杀手‖。

入侵植物应用实例一 用紫茎泽兰制染料与板材

云南大理巍山的民间手工艺者,凭借传统的扎染工艺,对紫茎泽兰汁染黄色布料进行了尝试,发现染出来的颜色鲜艳明亮、不易褪色。于是大理的扎染厂开始大量收购紫茎泽兰,如今每年要消耗数万吨紫茎泽兰,也给农民带来一笔不小的收益。据专家介绍,用植物染料使扎染成本低得多,而且不会危害人体健康。这种民间手工艺品受到日本、欧洲客户的喜爱。紫茎泽兰有一种特殊的气味,用它染出的布料有驱除蚊虫的特别功效,染过的废料还可以做肥料。云南省林业勘察设计院专家将传统的刨花板生产工艺和植物化学处理有机结合在一起,成功祛除紫茎泽兰内部固有的特殊气味,然后制成高压微粒板(非木质刨花板),达到了国家刨花板标准。去年初,专门为此建立的华坪县紫茎泽兰高压微粒板厂正式投入生产,已有数万张板材投放市场,受到人们的欢迎。 入侵植物应用实例二 变水葫芦为食品和药品

水葫芦迅速蔓延,堵塞河道,泛滥成灾,人们把水葫芦看成是―水上绿魔‖。根据趋利避害原则,把打捞上来的水葫芦通过发酵转化,以它的蛋白质含量而制成饲料:根据水葫芦中含有大量氮磷钾的特点,制作有机、无机复合肥;从水葫芦中提取营养素,加工提炼成食品、保健品、药品及饲料添加剂。如果有关水葫芦的开发利用方式能形成产业,必将吸引更多的人去打捞水葫芦,在遏制水葫芦过多地破坏生态平衡的同时,促使许多地方的污水得到治理。目前,有关企业开发了一种水葫芦饮料,因其清爽圆润的口感和含有丰富微量元素,曾在短短的时间内卖出十几万瓶。 入侵植物应用实例三 大米草有望变害为宝

上海寿祺多糖食品研究所与福州中卫多糖科技公司的专家们经过长期的实地研究,认为大米草含有丰富的蛋白质和大量的维生素、微量元素,是提取活性多糖的最佳原料。于是,他们采用双酶水解和超低温冷冻升华干燥新工艺,在大米草中提取多糖并获得成功。这使我国步入根治大米草危害的世界领先行列。据测定,每亩滩涂可产1吨大米草,每35吨大米草可提炼1吨多糖。

日前,由山东大学、上海寿祺多糖食品研究所等单位完成的大米草气、电、热三联供技术研究课题已通过项目鉴定。该项目采用热解气化技术,用大米草生产可燃气体用于炊事、发电、供热等。据项目示范工程专家组副组长黄寿祺介绍,0.5公斤大米草可生产1立方米可燃气体,3公斤大米草便可生产三口之家一天用的可燃气体。2立方米可燃气体可发电1千瓦时。 四、中国入侵种的主要特点

中国的外来入侵种几乎无处不在,表现出:

1、涉及面广。全国34个省市自治区均发现入侵种,到1999年底,中国共建立了1 118个自然保护区,覆盖全国总面积的8.62%(86 410 000 hm2)。除少数偏僻的保护区外,或多或少都能找到入侵种;

2、涉及的生态系统多。几乎所有的生态系统,从森林、农业区、水域、湿地、草地、城市居民区等都可见到,其中以低海拔地区及热带岛屿生态系统的受损程度最为严重; 3、涉及的物种类型多。从脊椎动物(哺乳类、鸟类、两栖爬行类、鱼类),无脊椎动物(昆虫、甲壳类、软体动物),高、低等植物,小到细菌、病毒都能够找到例证。入侵植物以草本植物为主。

五、生物入侵对我国生物多样性的危害性

生物入侵已对农林牧渔以及旅游业造成巨大的损失,甚至威胁人类的健康。对于本土生物多样性的负面影响主要表现在以下几个方面。 1、破坏景观的自然性和完整性

明朝末期引入的美洲产仙人掌属分别在华南沿海地区和西南干热河谷地段形成优势群落,那里原有的天然植被景观已很难见到。凤眼莲原产南美,1901年作为花卉引入中国,五六十年代曾作为猪饲料\水葫芦\推广,此后大量逸生。在昆明滇池内,1994年该种的覆盖面积约达10 km2,不但破坏当地的水生植被,堵塞水上交通,给当地的渔业和旅游业造成很大损失,还严重损害当地水生生态系统。 2、摧毁生态系统

原产于中美洲的紫茎泽兰仅在云南省发生的面积就高达24.7 km2,还以每年10 km的速度向北蔓延,侵入农业植被、占领草场和采伐迹地,不但损害农牧业生产,而且使植被恢复困难。小花假泽兰(微甘菊)原产热带美洲,70年代在香港蔓延,80年代初传入广东南部。在深圳内伶仃岛,该种植物象瘟疫般的滋生,攀上树冠,使大量树木因失去阳光而枯萎,从而危及岛上600只猕猴的生存。 3、危害植物多样性

入侵种中的一些恶性杂草,如紫茎泽兰、飞机草、小花假泽兰(微甘菊)、豚草属、小白酒草、反枝苋等种可分泌有他感作用的化合物抑制其它植物发芽和生长,排挤本土植物并阻碍植被的自然恢复。外域病虫害的入侵导致严重灾害。原产日本的松突圆蚧于20世纪80年代初入侵我国南部,到1990年底,已有130 000 hm2多马尾松林枯死,还侵害一些狭域分布的松属植物,如南亚松。原产北美的美国白蛾1979年侵入我国,仅辽宁省的虫害发生区就有100多种本地植物受到危害。 4、影响遗传多样性

随着生境片段化,残存的次生植被常被入侵种分割、包围和渗透,使本土生物种群进一步破碎化,还可以造成一些物种的近亲繁殖和遗传漂变。有些入侵种可与同属近缘种,甚至不同属的种与本地种的基因交流可能导致后者的遗传侵蚀(如加拿大一枝黄花可与假蓍紫菀杂交)。在植被恢复中将外来种与近缘本地种混植,如在华北和东北国产落叶松产区种植日本落叶松,以及在海南国产海桑属产区栽培从孟加拉国引进的无瓣海桑,都存在相关问题,因为这些属已有一些种间杂交的报道。 六、生物入侵与生态安全

生态安全是指一个国家或地区的生态环境能够适应国民经济和社会发展需要的状态。生物入侵引发了生态安全的思考。随着近年全国生态环境保护纲要的发布,生态安全首次进入国家视野,国家生态安全成为生态保护的首要任务,成为中国在新世纪的战略选择。道理很简单,生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础,地球上的生物多样性每年为人类创造约33兆 亿美元的价值。然而,近年来,生物多样性受到了严重威胁,物种灭绝速度不断加快,遗传多样性急剧贫乏,生态系统严重退化,这些都加剧了人类面临的资源、环境、粮食和能源危机,而外来物种对生态环境的入侵已经成为生物多样性丧失的主要原因之一。作为生态安全领域的一道崭新课题,近年来,外来生物入侵已经成为研究热点,引起了世界各国的关注。 七、 对策

1、整理已有材料编撰成册

把入侵物种的概念、危害、国内外重要经验教训编辑成深入浅出的教育普及材料,以各种可能的方式(包括书本、刊物、小册子、万维网、广播、电视等)进行传播。 2、建立有害入侵物种的数据库和信息系统

收集可能收集的有害或潜在有害的入侵物种的分类、原产地、入侵分布地、生理、生态、传播途径、防治方法等相关详细内容,并录入到数据库中,建立相应信息的查询工具,以CD-ROM或万维网的形式提供给所有可能的使用和查询者。 3、加强国际合作

加强有关入侵物种的国际交流和合作研究。共享、连接或共建入侵物种数据库和信息系

统。入侵物种的问题总是涉及到原产国问题。原产国相应物种的防治方法、生态特点、天敌生物等信息对入侵国的防治有着重要作用。例如从松突圆蚧的原产国日本引进松突圆蚧花角蚜小蜂,防治松突圆蚧获得成功。一个国家入侵物种的经验和教训,对其他国家在引入或防治同样物种时,有极大的参考价值。有些物种不仅入侵到一个国家或地区,而且入侵到多个国家。如凤眼莲不仅危害中国,也危害北美、亚洲、大洋洲和非洲的许多国家,互相学习经验更显得必要。入侵种在一个国家出现的信息可为周边国家可提供早期预报。 4、加强案例调查和研究

以几个地区性的案例为例,开展外来物种(特别是人工引入物种)的现状及其潜在威胁的研究,以便摸清我国入侵物种的现状、危害程度,用科学和事实来教育管理人员、基层干部和广大群众,使大家对外来物种对国民经济和生态环境的影响有比较正确的认识,引起大家对控制盲目引种的重视。

5、建立法律制度控制外来物种入侵

目前我国现有的涉及外来生物入侵的法律、法规及条例有18部。包括《农业法》、《进出境动植物检疫法》、《植物检疫条例》、《渔业法》、《森林法》、《种畜 禽管理条例》、《野生植物保护条例》、《水生野生动物保护实施条例》、《农业转基因生物安全管理条例》、《环境保护法》、《海洋环境保护法》、《自然保护 区条例》、《野生动物保护条例》等,这些法规中都涉及到了对外来物种的管理的具体条文。

但由于这18部法律分属多个不同部门,大都是根据各部门、各行业的职责、权限和业务范围而制定的,权限一旦交叉,就会相互避让出现漏洞。 外来物种的有意引入和传播应在以下几个方面控制

?什么物种? ?引入到哪里? ?引入多少? ?应用面积多大?

?在保护区及其附近禁止引入外来种。

?有意引入要非常慎重,除非证明引入种不会对生态系统和环境造成危害,而且当地物种没有同

样的功能。

?在所有的植被恢复项目中禁止使用外来物种。

种群、分布、成长

1.种群(population):在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。 2.自然种群具有三个特征:

(1) 空间特征:种群具有一定的分布区域和分布形式。

(2) 数量特征: 每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)将随时间而发生变动。 (3) 遗传特征: 种群具有一定的基因组成,即系一个基因库,以区别于其它物种,但基因组成同样是处于变动之中的 。

3.种群密度:单位面积或空间上的个体数目。 (1)绝对密度:单位面积或空间的实有个体数 (2)相对密度:单位面积或空间上的相对个体数 4.对种群的数量统计: 直接统计法;

标志重捕法:N:M=n:m M----标志数; N----样地上个体总数;

n----重捕个体数;m----重捕中标记数 5.单体生物和构件生物

单体生物(unitary organism):由一个受精卵发育而成,各个个体保持基本一致的形态结构。 构件生物(modular organism):主要针对植物而言,由一个合子发育成的具有一套构件组成

的个体,如一株树有许多树枝,一个稻丛有许多分蘖,并且构件数很不相同。

6.种群统计学: 种群具有个体所不具备的各种群体特征,大体分为3类 (0)种群密度

(1)出生率(natality)、死亡率(mortality)、迁入和迁出率 (2)性比(sex ratio)、年龄分布(age distribution)和种群增长率等 7种群年龄结构和性比

种群的年龄结构是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况 性比:种群中雄性个体和雌性个体数目的比例 8.种群年龄结构类型

(1)增长型种群: 其年龄锥体呈典型的金字塔型,基部宽阔而顶部狭窄,表示种群中有大量的幼体,而年老的个体很少。这样的种群出生率大于死亡率,是迅速增长的种群

(2)稳定型种群:其年龄锥体大致呈钟型,说明种群中幼年个体和老年个体数量大致相等,其出生率和死亡率也大致平衡,种群数量稳定

(3)下降型种群:其年龄锥体呈壶型,基部比较狭窄而顶部较宽,表示种群中幼体所占比例很小,而老年个体的比例较大,种群死亡率大于出生率,是一种数量趋于下降的种群 9.性比分类:第一性比:受精卵的♂与♀比例,大致是50:50

第二性比:幼体成长到性成熟这段时间里,由于种种原因,♂与♀的比例变化,至

个体开始性成熟为止

第三性比: 此后,还会有成熟的个体性比

10.性比对种群出生率影响

一雄一雌(♂♀) :♂/ ♀=6:4,不刚好为各一半 一雄多雌(♂♀♀):♀比♂多几倍,不影响出生率。 一雌多雄(♀♂♂): ♂ 比♀多几倍,影响出生率。

11. 存活曲线:以存活数的对数(lgnx)对年龄(x)作图可得到存活曲线

存活曲线用于直观表达同生群的存活过程 存活曲线的模式

12.存活曲线类型: I型:曲线凸型,表示在接近生理寿命前只有少数个体死亡

II型:曲线呈对角线,各年龄死亡率相等 III型:曲线凹型,幼年期死亡率很高

13. 种群的增长模型(1)指数增长模型(J型)非密度制约性种群增长

(2) 逻辑斯谛增长模型(S型)密度制约性种群增长

14. 逻辑斯谛曲线的5个时期

?开始期:也可称潜伏期,由于种群个体数很少,密度增长缓慢; ?加速期:随个体数增加,密度增长逐渐加快;

?转折期:当个体数达到饱和密度一半(K/2)时,密度增长最快 ?减速期:个体数超过K/2以后,密度增长逐渐变慢 ?饱和期:种群个体数达到K值而饱和

15.种群的数量变动:种群的周期性波动、种群的爆发、 种群的衰落和死亡、 生态入侵 16.不规则波动:由环境因子特别是气候的随机变化引起

小型、短寿命物种的变化大

17.周期性波动:通常由捕食或是操作导致的延缓的密度制约造成

可能发生在食物链的不同营养级中,但食草动物和食物的变化最基础

18.种群的爆发:具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发 蝗灾、赤潮

19.生态入侵(ecological invasion):由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区,种群不断扩大,分布区逐步稳定地扩展,这种过程称生态入侵。如:从欧洲引入澳大利亚的野兔


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