植物入侵管控困境与全球变化影响,生态学论文.docx
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1、植物入侵管控困境与全球变化影响,生态学论文内容摘要:外来植物入侵对全球生态系统构成严重威胁,尽管入侵植物的管理与控制获得了一定进展,但要恢复被入侵生态系统、完成管控目的仍存在问题。本文对入侵植物管控成效的制约因素进行了综述,发现入侵植物管控经过中存在下面问题:(1)预防为主的管理原则不完全适用入侵管理;(2)入侵植物管理存在缺乏公众支持、生态责任主体单一及多头管理等缺陷;(3)入侵植物管理目的与社会管理目的及生态环境保卫目的矛盾;(4)入侵植物控制措施成本高昂,易受环境因子限制,并产生负面生态效应;(5)目的入侵植物控制后可能产生入侵遗留效应并发生继发入侵。除此之外,全球变化在加速植物入侵的同
2、时会改变人类观念,进一步增加了管控难度。据此,我们以为,将来应加强大时空尺度下入侵植物生态效应、入侵生境恢复、管控决策等方面的研究,以提升入侵植物管控成效,恢复植物入侵生态系统。 本文关键词语:生物入侵; 生境恢复; 全球变化; Restraining factors on the effectiveness of invasive plants management and control XU Guang-yao LI Hong-yuan MO Xun-qiang MENG Wei-qing College of Environmental Science and Engineering,
3、Nankai University School of Geographic and Environmental Sciences,Tianjin Normal University Abstract:Biological invasion is one of the major causes of global biodiversity loss. Although some progress has been made in its management and control,there are still problems in restoring the invaded ecosys
4、tems and completing the management objectives. We reviewed the restraining factors on invasive plant management and control. The following problems are found in the management of invasive plants:( 1) the precautionary principle is not fully applicable to invasion managements;( 2) invasion management
5、 is facing the problems of lacking public participation,single ecological responsibility subject,and multiple management;( 3) target conflicts exist in management of invasion management and social management and ecological environmental protection;( 4) measures on invasive plants control are costly,
6、susceptible to environmental factors,and common to produce side effects;( 5) legacy effects and secondary invasion emerged after target plants are controlled. In addition,global change may exacerbate plant invasion and change the concept of human beings,which will further increase the difficulty of
7、control. Hence,to enhance the effectiveness of management and control efforts and restore invaded ecosystems,it is necessary to strengthen the research on ecological effects of invasive species,invaded habitat restoration,and management decision at large spatial and temporal scales. 生物入侵被以为是仅次于栖息地毁坏
8、导致生物多样性减少的第二大原因,植物是生态系统中最主要的生产者,入侵植物往往会在生态系统中占据优势地位,进而改变生态系统的运行经过(许光耀等,2021b)。尽管不同入侵植物对入侵生态系统影响的程度和方向有所差异,但植物入侵普遍降低了本地植物的丰度(-43.5%)、多样性(-50.7%)和合适度(-41.7%),入侵植物对生态系统的影响还会随着食物链和营养级传递,降低本地动物的合适度(-16.5%)、丰富度(-17.5%)(Eviner et al.,2020)。在全球化的推动下,入侵植物的数量不断增加,Kleunen等(2021)对全球外来入侵植物进行了量化统计,共发现13168种归化维管植物
9、,保守估计华而不实10%会成为入侵植物。 当下,对植物入侵的多样性与格局、入侵机制及生态学效应、入侵控制与管理等方面的研究已获得重要进展(鞠瑞亭等,2020),但入侵植物的研究最终都要面向实际应用。植物入侵是事后概念,入侵植物的认定是基于其造成的负面影响,但很多具有入侵潜力的外来植物,在成功入侵前存在较长的潜伏期,导致入侵植物早期辨别、早期控制异常困难(Simberloff,2020),使得入侵植物的防控成为入侵生态系统恢复的最后手段。入侵植物的控制经历体验来源于农业系统的杂草控制,但在更复杂的环境(尤其是自然环境和城市环境)中,光照、地形等环境因素以及文化、经济等社会因素往往制约控制成效(K
10、ettenring et al.,2018)。由于全球气候变化、土地利用方式改变等原因,入侵植物在造成消极影响的同时,往往还提供积极的生态服务功能(Tassin et al.,2021),由于利益或目的冲突导致利益相关者或不同管理部门的管理决策冲突(Mason et al.,2021)。景观规模上的入侵植物管控需要极大的财政投入,但控制副作用、气候变化、遗留效应、继发入侵等因素注定了难以保证入侵控制效果,这进一步增加了管控难度。以全球生物多样性热门地区之一的南非弗洛勒尔角(Cape Floristic Region,CFR)为例,植物入侵使CFR地表径流降低30%以上,上千种本地植物遭到威胁,
11、为保卫生物多样性,南非进行了为期超过20年的入侵植物控制工作,然而,由于小种群监测困难及控制成本太高,入侵植物仍未铲除(van Wilgen et al.,2021)。本文综述了影响植物入侵管控成效的问题,以期相关部门予以防备或权衡,为提高入侵植物管控成效、促进植物入侵区域生态恢复提供参考。 1 入侵植物管理经过中的限制 1.1 预防为主的管理原则难以实行 植物检疫是防止外来植物入侵的第一道防线,而检疫名单是检疫的基础。从生态学角度看,除非使用白名单制度(只要入侵性非常低的物种才能引入),否则不可能完全阻止外来植物入侵,但出于经济社会发展的需要,所有国家使用的都是黑名单制度(拦截入侵物种)。即
12、便这样,由于认定标准不统一、动态信息更新不及时等原因导致入侵植物名单很难迅速更新。 1.1.1 入侵植物认定标准不统一 外来入侵物种名单是分析、评估、预防、控制入侵植物的基础,然而,不同学者对入侵概念的认识不同,导致入侵植物的认定标准不明确(Courchamp et al.,2021),因此无法构成统一的名单,这为入侵植物管理造成障碍。植物入侵性通常基于下面5个维度来判定:局部丰度(local abundance)、地理分布幅(geographic range size)、环境分布幅(environmental range size)、扩散速率(spread rate)、负面效应或影响(neg
13、ative effect or impact)(Catford et al.,2021),定量判定根据的缺乏导致不同研究人员可能将同一地区表现一样的外来物种归类于不同的入侵状态。除此之外,下面问题使植物入侵的界定愈加复杂:入侵植物的引入时间阈值怎样界定,几百甚至上千年前传入的植物算不算外来植物?入侵植物应该基于何种边界界定,是地理边界(纬度带)还是政治边界(国界)?若基于政治边界,能否应该包括全球变化导致的、反常的、大范围扩散的本地植物(Nackley et al.,2021)?造成多大的生态、经济或社会损失的外来植物才算入侵植物? 1.1.2 入侵植物动态信息更新不及时 生物入侵是事后概念,
14、只要外来植物造成很大的负面影响时,才能认定其为入侵植物,因此入侵植物名单的更新必然存在滞后性(表1)。由于群落动态性,需要定期调查以保持准确的外来植物信息,但外来植物种类繁多,全球仅菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和豆科(Leguminosae)植物中,归化物种就近4000种(Py2ek et al.,2021),有限的研究资源不可能分配到每个物种、每个地区。入侵植物被引入后,可能扩散到沼泽、山地等交通不便的地区,并长期处于小种群阶段,入侵植物的实际分布动态很难精准获得(Hyndman et al.,2021)。除此之外,某些入侵植物与本地同属种或近缘种极其类似,即便专业
15、的植物学家也很难判定,本底调查资料的匮乏和植物分类学的不确定使这种问题更复杂(Hirsch et al.,2021)。 表1 入侵生物名单更新中存在的问题 1.2 入侵植物管理制度存在缺陷 由于本身的生态需求及入侵经过的复杂性,公众很难理解或支持入侵管理。入侵植物渐进式生态影响及多途径扩散方式,使生态损害的责任主体很难确认,管理权责的混乱进一步降低了入侵植物的管理成效。 1.2.1 公众介入制度难落实 除新西兰和澳大利亚等少数国家外,各国公众很少重视或关心植物入侵。没有生态学背景的公众会简单地以为外来植物进入生态系统不会产生问题,而铲除某种植物以保卫生物多样性却是荒唐的(表2)(Courcha
16、mp et al.,2021)。研究和控制入侵植物的根本原因必然是其造成生态和经济损失,但要从生态系统的自然变化中区分外来植物的渐进式影响非常困难,事实上,即便是对入侵性最强的植物造成的最方便直观估计的经济影响,人们也知之甚少。与其他环境问题相比(如全球变暖与北极熊,过度捕捞与鲸鱼),很少有研究报道入侵植物对珍惜、濒危保卫动物的影响,这无疑降低了舆论及公众对入侵植物的关注(Touza et al.,2020)。 表2 入侵植物管理缺乏公众介入的原因分析 1.2.2 生态损害责任主体难确定 植物入侵的责任主体往往只要也只能是国家(),90%以上的入侵植物是人为引入或带入的,华而不实大多数是作为牧
17、草、饲料、蔬菜、观赏植物等被有意引进或是随有意引进的原木、苗木、花钵、土壤而被无意传入(Simberloff,2020),这些植物的引入者大多是园林、农业等部门。入侵植物从有意引入到爆发,牵涉引入、使用、管理等多个单位或个人,交通、旅游、气候变化、土地利用等因素都会促进入侵植物扩散(MacDougall et al.,2005),这导致生态毁坏的责任主体很难确定。从本地植物自然演替及其别人为干扰的经过中区分入侵植物渐进式的生态影响,无疑增加了生态毁坏的定损难度。入侵植物构成灾难性后果之前,长期保持无害性,加之其几十乃至上百年的时滞效应(Caplat et al.,2020),事后追责几无可能。
18、 1.2.3 多头管理导致职责不清 管理职责混乱进一步加剧了入侵植物管理的窘境,例如,美国维拉帕湾,潮间带的入侵互花米草(Spartina alterniflora)由联邦、州、地方以及土地所有者共同负责,各方很难达成统一的管理决定。即使加州海岸环保局强行通过米草控制项目(ISP),十多年努力后却发现濒危秧鸡(Rallusobsoletus obsoletus)已将米草作为栖息地,控制工作不得不中止(Strong et al.,2021)。分割的部门管理方式与生态系统的整体性矛盾,不同部门的目的冲突使入侵植物管理愈加混乱,例如,在法国,尽管被列为高度入侵树木,但一些机构仍在积极推广种植刺槐(R
19、obinia pseudoacacia)(Dickie et al.,2020)。更有趣的是,世界农林中心(ICRAF)在非洲同时鼓励和反对种植木豆树属(Prosopis spp.)植物(Low,2020)。 1.3 与其他管理目的并非完全一致 植物入侵并不限于负面影响,在很多自然环境被改变的景观中,入侵植物对生态系统及其服务功能同样具有积极影响,但入侵植物管控往往忽视其积极生态效应(如经济价值、美观价值等),只是试图在尽可能大的面积上消灭或控制入侵植物,导致入侵管理与社会、环境保卫等管理目的冲突(表3)。 1.3.1 与社会管理目的矛盾 城市中的外来植物作为入侵生物,成为周边生境的入侵繁衍体
20、来源,同时也作为园林物种,为城市输出景观、娱乐等生态服务功能(McLean et al.,2021),出于对 绿化腐败 的忧虑及本身生态需求,民众往往不会赞成去除城市中的入侵植物(许小过等,2021)。很多城市甚至将入侵植物作为地区标志,例如,南非比勒陀利亚有一个蓝花楹市(the Jacaranda city),阿根廷松海市以入侵松树(Pinus spp.)命名(Dickie et al.,2020)。除此之外,引入时间较长的外来植物,可能由于其美丽、寿命和耐性等优势性状,渗入当地文化中,例如,藏民将波斯菊(Cosmos bipinnata)视为 格桑花 (幸福花)(周浙昆,2021)。出于补
21、偿或同情心理,很多在原产地接近灭绝而在入侵地大量存在的外来植物,如米氏野牡丹(Miconia calvescens)、辐射松(Pinus radiata)等,往往被看成物种自发的 辅助移植 ,人们在感情上很难支持铲除这种植物(Caplat et al.,2020)。这些因素导致入侵植物管理被很多人(包括生态学者)以为是 环境纳粹主义(environmental Nazism) 或 排外主义(xenophobia) 而加以抵制。 表3 入侵植物管理目的与其他管理目的的矛盾 1.3.2 与生态环境保卫目的矛盾 很多自然条件被改变的景观中,本地物种往往能从入侵植物中获利(Tassin et al.,
22、2021),在亚热带澳大利亚,入侵植物香樟(Cinnamomum camphora)延长了粉顶果鸠(Ptilinopus regina)食物资源的供给季节(Neilan et al.,2006),在这种情况下,往往需要权衡入侵植物管理与生物多样性保卫(Vitule et al.,2020)。除此之外,入侵管理经过中会产生土壤、水体等污染,将植物入侵的生态问题转变为环境问题。张辉等(2018)调查发现,有20%70%的除草剂会残留于土壤中,进而使土壤、地下水遭到污染;de Winton等(2020)研究发现,物理控制中大约有一半的成本是用来运输和处理收获的入侵植物,为降低费用,收割的入侵植物随意
23、堆放,其腐烂可能产生大气、土壤、水体污染。这个问题已引起相关部门的重视,出于对环境安全的考虑,很多国家限制使用草甘膦等农药控制入侵水生植物(Hussner et al.,2021),但在入侵植物迅速扩散时,化学控制是唯一可行的选择。除此之外,很多国家最初引入入侵树种是利用其较宽的生态位、较快的生长速度,阻止土壤流失或增加碳汇等(Proche爧et al.,2020),短期内入侵植物管理睬直接降低这些生态功能。 2 入侵植物控制经过中的局限 入侵植物的物理、化学及生物控制措施均存在局限,前期调查、环境因子限制、投入费用等都会影响控制成效。入侵植物的管控目的是恢复入侵区域生态系统功能,由于控制副作
24、用、入侵植物遗留效应及继发入侵等原因,即便成功抑制甚至铲除入侵植物,管控目的仍很难实现。 2.1 高昂成本导致区域控制不平衡 入侵植物控制总成本可分为发现成本、定界成本、控制成本,3种成本互相影响,且受入侵程度、控制目的和控制时间的影响(Hester et al.,2020)。入侵植物控制成本高昂,采用收割机处理入侵水生植物的成本大约是每公顷20004000美元,为了到达较高的去除效率,假设每年去除3次,控制费用将到达每公顷600012000美元(de Winton et al.,2020)。除此之外,铲除入侵植物成本远高于抑制扩散所需成本,van Wilgen等(2021)统计表示清楚,南非
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