時間:2023-03-27 16:50:25
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外來入侵物種是指從自然分布區通過有意或無意的人為活動而被引入、在當地的自然或半自然生態系統中形成了自我再生能力、給當地的生態系統或景觀造成明顯的損害或影響的物種。
這些入侵物種瘋長成災,侵入草場、林地和荒地,很快形成單種優勢群落,導致原有植物群落的衰退。外來入侵種在當地定植、擴展并產生一定影響的過程或現象稱為生物入侵。它關系到經濟、社會發展,影響人類健康、農業潛力、生態系統平衡、生物多樣性保護,并且隨著全球性貿易的發展、對外開放、全球變化以及土地使用模式的改變會愈發嚴重。
1.外來生物入侵現狀
據統計,美國每年因生物入侵造成的經濟損失高達1500億美元,印度每年的損失為1300億美元,南非為800億美元。這些外來生物的入侵給生態環境、生物多樣性和社會經濟造成巨大危害,僅對我國農林業造成的直接經濟損失每年就高達574億元。而生物入侵的危害又是多方面的。
我國一直是深受外來有害生物危害的國家。棉花枯黃萎病20世紀40年代初從美國入侵我國,現已發生266.67萬hm2,每年至少損失皮棉10萬t。近20年來,隨著國際交往的不斷增加,已難以準確回答到底有多少外來物種傳入我國,有多少已建立種群并帶來危害。我國對外來入侵種類的調查始于20世紀90年代中期。依據文獻資料對農田、牧場、水域等生境的植物進行了初步統計,發現至少有58種外來植物對我國農林業帶來了危害。
自20世紀80年代以來,隨著外來人侵動植物危害日益猖獗,我國加緊了防治工作。對外來害蟲松材線蟲、濕地松粉蚧、美國白蛾、稻水象甲和美洲斑潛蠅以及外來有害植物水花生、水葫蘆、脈草和紫莖澤蘭采取了一系列有效的防治措施,并取得了不同程度的效果,但由于目前國家針對外來人侵種沒有制訂具體的預防、控制和管理條例,各地在防治這些入侵物種時缺乏必要的技術指導和統一協調,雖然投入了大量的人力和資金,但有的防效并不理想。已傳人的入侵物種繼續擴散危害,新的危險性入侵物種不斷出現并構成潛在威脅。
1.1生物入侵造成嚴重的經濟損失
生物入侵倍受各國政府關注的首要原因是它造成的巨大經濟損失.光肩星天牛是原產于亞洲的極具破壞性的林木蛀干害蟲.隨著國際貿易的發展,該種害蟲隨木質包裝材料進入美國.到1998年8月,它已在加利福尼亞、佛羅里達、紐約、華盛頓等14個州的倉庫中校發現,在芝加哥、紐約等地的野外也發現了該物種.光肩星天牛在美國沒有已知天敵,會對美國遍地種植的楓樹和果樹造成危害.如果它在美國得以長期繁衍,造成的經濟損失將高達1380億美元。僅美國每年因外來種入侵造成的經濟損失就近1370億美元.
1.2生物入侵造成嚴重的生態破壞和生物污染
大部分外來物種成功入侵后大爆發,生長難以控制,造成嚴重的生物污染,對生態系統造成不可逆轉的破壞。比如,原產南美洲的水葫蘆現已遍布華北、華東、華中、華南的河湖水塘,瘋長成災,嚴重破壞水生生態系統的結構和功能,導致大量水生動植物的死亡。更可怕的是許多入侵物種,在新的環境中可能出現基因突變,造成嚴重的生物污染。
1.3生物入侵直接威脅到人類的健康與安全
如1991年美洲爆發的霍亂,很可能是由于外來船只受到污染的水傾倒在秘魯港所引起的。這次霍亂使100多萬人受到感染,約1萬人死亡;脈草、三裂葉脈草現已分布在我國東北、華北、華東和華中的15個省市,它的花粉就是引起人類花粉過敏的主要病原物;“瘋牛病”最早于1986年在英國發現。科學家推測,可能是病牛或病羊的尸體被加工成了動物飼料,從而引起疾病大規模傳播。1996年3月,英國政府正式承認瘋牛病有可能傳染給人。
1.4生物入侵導致生物多樣性的喪失
在過去的幾十年中,對生態環境的破壞和化學污染引起的生物多樣性的喪失引起了各國科學家的重視,但最近幾年生物入侵對多樣性的影響又成為一個主要的問題。入侵物種破壞了復雜的生態系統,降低了生物多樣性,使瀕危動植物受到侵害,外來物種中的動植物與本地種雜交,改變了當地的遺傳多樣性與完整性。參加第五屆生物多樣化公約締約國大會的專家們警告說,外來物種給生物多樣化造成的破壞,其嚴重程度僅次于生物生存環境的縮小和喪失。比如,原產中美洲的紫莖澤蘭已遍布我國西南大部分地區,原有植物群落迅速衰退、消失。另外,生物入侵導致生態災害頻繁爆發,對農林業造成嚴重損害。近年來,松材線蟲、濕地松粉階、美國白蛾等森林入侵害蟲嚴重發生與危害的面積,每年達150萬hm2;稻水象甲、非洲大蝸牛、美洲斑潛蠅等農業入侵害蟲每年超過140萬hm2;脈草、飛機草、水葫蘆、大米草等肆意蔓延,對本地生物多樣性和農業生產造成了巨大威脅,已經到了難以控制的局面。
2生物入侵危害產生的原因
2.1盲目引種
并不是所有的物種遷移或引入都會產生危害,而且許多新品種的引入確實解決了生產生活中的實際問題。例如:1859-1900年間,澳大利亞筆尾松鼠被引入新西蘭,就成為了新西蘭毛皮業的財富之源;然而,大多數的引種在帶來經濟效益的同時,卻給人類帶來了更大的災難。例如,20世紀50年代我國引入水葫蘆,主要是為豬提供飼料的。隨著飼料工業的發展和生豬喂養方式的改變,再采用含水量高、食用成分少的水葫蘆飼料,其投入與產出已經不成正比,于是昔日人人爭搶的水葫蘆,如今便異化成了避之不及的環境公害。專家認為盲目引種是造成生物入侵的最主要的原因。
2.2海洋業
一是海洋垃圾:隨廢棄的塑料和其他人造垃圾漂浮的海洋生物每天都在向南極洲和一些熱帶島嶼進犯,并對當地的物種造成威脅。據海洋生物學家表示,軟體動物、蛀船蟲、珊瑚蟲這些寄居類動物如今正附著在漂浮的垃圾上漂進新的地區,對那些地區的物種造成危害,并開始改變那里脆弱的生態系統。海洋生物學家巴恩斯表示,能使海水結冰的溫度可能是阻擋外來物種入侵南極洲的主要屏障,而如果全球氣候變暖削弱了阻擋外來生物的天然海水屏障,情況就將更加嚴重。二是海洋壓艙水的排放:20世紀初,壓艙水代替了固體壓艙物,這無意中為水生生物在世界范圍內的散布提供了極大的便利。輪船變成了一個滿載各種微型生物的“水族箱”,它們在世界范圍內輸送貨物時,不斷地運輸和儲存這些水生生物。由于一些尚不清楚的原因,越來越多的與壓艙水直接相關的異地種侵入事件在20世紀的最近幾十年里時有發生。
2.3旅游業
很多的物種入侵是由于旅游者的攜帶而引起的,游客從全球各地帶來各種的物種,其中就包括有異地的植物、動物、微生物。這些物種被游客有意無意地留在當地的生存環境中,對當地的生物入侵起到了不可忽視的作用。
2.4國際貿易
最近10余年來,隨著全球貿易額的不斷增加、國際運輸的集裝箱化和車船飛機的速度加快及大型化,促進了鮮活植物產品貿易,也最大程度地增加了有害生物存活的可能性,從而提高了有害生物在國際間傳播入侵的機會。例如美國白娥入侵亞洲,就是由于在二戰后,日本木材奇缺,美國原木大量傾銷日本,美國白蛾也就由此進入亞洲,進入中國;松材線蟲傳人中國、光肩星天牛(ALB)傳人美國等都是由于國際貿易而引起的。同時種苗產業國際化與國際交流頻繁更加快了病蟲的入侵與擴散。3防治生物入侵的技術措施
3.1清除
當某一物種初到新地時,試圖全面根除是可能的。這種手段雖然極端,但已經被南非的很多國家采用了。例如世界范圍內的鼠害,到目前為止,世界上有80多個島嶼已經清除了老鼠。但大多數情況下,試圖清除是行不通的。因為到目前為止,還沒有一個國家建立了有效的早期預告系統來報告入侵物種的到來,很少有相應的專門小組執行有效的根除計劃。而且,沒有一個國家建立了完整的數據系統來確定是否新引進了某一物種,并且這一物種是否有侵略性。然而,我們都知道,只有在發現及時,立即采用有效手段和全面參與的情況下才有可能根除入侵物種。所以這種措施在實施時有很大的局限性。
3.2防治對策
3.2.1實行全面檢疫,阻止外來種的偶然入侵
檢疫是為防止危險性有害生物傳出或傳人某個國家或地區所采取的預防性措施.14世紀中葉,歐洲的威尼斯共和國為阻止黑死病、霍亂、黃熱病等疫病傳人本國,對要求人境的外來船舶和人員采取了進港前一律在錨地停滯、隔離40d的防范措施,后來逐漸運用到阻止動植物外來種傳播方面,出現了動植物檢疫.1994年烏拉圭回合貿易談判最終達成的(實施動植物衛生檢疫措施協議),已成為一部國際檢疫法。1999年在昆明舉辦世界園藝博覽會期間,我國共檢疫國內外參展植物763批次、683140株,草坪165279m2,肥料8100kg,木包裝7件.截獲有害生物162批次,發現有害生物160多種,并進行了及時的處置。
3.2.2采取全面的生態評估和監測,防范引進品種的入侵
美國夏威夷為了消滅害蟲,從非洲南部引進了一種玫瑰色蝸牛,誰知55年后,它競將15—20種土生土長的蝸牛伙伴消滅得干干凈凈。為了改善牧草的營養結構,美國西部引進了纖維含量較高的胡枝于,結果它瘋狂地繁殖、蔓延,致使原本能養活9萬頭奶牛的牧場寸草不生,最后被荒棄不用。在中國的海南、廣西和云南南部大面積種植的巴西橡膠林,種植面積最大時達到1億株,40多萬公頃。大面積的天然林被毀,代之以巴西橡膠占絕對優勢、土壤板結、物種多樣性匠乏的生態系統。
所以這些出于良好愿望導致的災難性后果提示人們,在進行人為引種前必須認真作好全面的生態評估,并進行引種后的跟蹤監測。
3.2.1化學防治
對外來物種的化學防治(包括誘餌、驅趕劑和毒藥)通常被認為不可取,因為眾所周知的廣譜殺蟲劑對環境和人類健康的影響。但據美國國會透露,有一些新型化學殺蟲劑只對某一種或幾種害蟲起作用,不會影響人類健康。但是,這些化學殺蟲劑非常貴,而且需要反復使用,易使害蟲產生抗藥性。所以化學防治也只是在一定的程度上才有效可取。
3.2.2機械防治
菌根共生體在強化植物個體對環境的適應性、提高植物營養水平以及塑造植物種群和群落結構與動態等方面均起著重要的調節作用.在菌根菌與植物相互作用過程中,一方面植物可以向菌根菌提供更多的碳水化合物,另一方面菌根菌可以為植物提供氮和磷等營養,提高植物對環境中水的利用效率,增強植物對一些病原微生物侵染的抗性.因此,外來植物若能與入侵地的菌根菌形成共生體,將大大提升其入侵潛力.目前的研究表明,菌根共生可能是促進外來植物成功入侵的一個重要原因.如NI-JJER等在研究烏桕(Sapiumsebiferum)成功入侵的機理時發現,與土著植物相比,其根系中的叢枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizafungi,AMF)是提高烏桕生長率、促進其進一步入侵溫帶濕地系統的重要原因.HARNER等研究了AMF在斑點矢車菊(Cen-taureastoebe)入侵過程中的重要性,結果發現AMF極大地促進了斑點矢車菊對氮的吸收,從而有利于其在河漫灘地的泛濫生長.目前,AMF在外來植物入侵中的作用已被大量試驗證實.如楊如意等認為菌根真菌在加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)入侵過程中起著關鍵作用.MARLER等對入侵美國西北部草地的斑點矢車菊的研究揭示:外來植物如能與AMF形成共生體大大提高了其入侵潛力.FUMANAL等在研究從北美傳入法國的豚草(Ambrosiaartemisiifolia)時發現,接種其根系中的AMF顯著增加了豚草的株高、基莖、葉片數、根生物量干重、地上生物量干重以及總生物量干重,從而進一步促進其入侵.為了說明菌根共生如何促進外來植物入侵的機理問題,CAR-EY等采用同位素標記的方法研究了菌根共生對斑點矢車菊與本土植物愛達荷狐茅(Festucaidahoen-sis)的營養競爭關系,結果表明,菌根菌通過地下菌絲網絡將碳水化合物由本土植物愛達荷狐茅向斑點矢車菊進行轉運,進而抑制了愛達荷狐茅的生長,促進了斑點矢車菊的入侵,但此機制是否適合于其他入侵植物尚不清楚.此外,有研究發現,本地植物與菌根菌之間存在碳素競爭,從而抑制了本地植物的生長.那么菌根菌是否對入侵植物也具有負反饋作用還需要大量的實驗證明.總體而言,目前關于入侵植物與菌根菌相互關系的研究大多采用溫室盆栽試驗,所以仍需大量的野外證據來支持.
1.2固氮微生物共生對外來植物入侵的促進作用
土壤氮是決定生態系統穩定性的最重要因素之一.研究表明,外來固氮植物通過與土壤中的固氮微生物共生,顯著提高了入侵地土壤氮的含量與可獲得性,進而提高了入侵種類的豐富度.火樹(Myricafaya)是生長于大西洋加那利群島上的一種能共生固氮的木本植物,該植物侵入夏威夷后,與土壤放線菌Frankia共生,其每年所固定的氮是本地植物固氮量的4倍,為其進一步入侵創造了有利的土壤條件.XU等在研究入侵中國西南部的外來植物紫莖澤蘭(Ageratinaadenophora)的根際土壤特性和固氮細菌群落時發現,重度入侵地土壤的土壤肥力、固氮細菌數量和種類多樣性顯著高于輕度入侵和非入侵地.牛紅榜等的研究結果亦顯示外來植物紫莖澤蘭重度入侵區土壤中氮元素的含量和土壤中自生固氮菌的數量都顯著高于輕度入侵區和未入侵區.YELENIK等比較了黃羽扇豆(Lupinusluteus)和金環相思樹(Acaciasaligna)2種外來共生固氮植物與入侵地土壤氮循環之間的關系,結果表明:2種外來植物均顯著提高了土壤中植物的可獲得性氮含量,進而有利于其進一步入侵.然而固氮植物入侵對土壤氮可獲得性的影響不僅取決于其本身的生物學特性,還與被入侵生態系統的生境特征等因素有關.如入侵南非的豆科金合歡屬植物金環相思樹和海岸金合歡(Acaciacyclops),在養分充足的土壤中氮礦化速率加快,而在貧瘠土壤中卻沒有.此外,外來固氮植物與入侵地土壤根瘤菌共生要比與本土根瘤菌共生更有利于其生長.如PARKER等對由美國入侵到北澳大利亞的含羞草(Mimosapigra)的根瘤菌進行分類鑒定,結果發現,入侵的含羞草中一些根瘤菌品系完全不同于生長于美國本土的含羞草根瘤菌品系,且這些澳大利亞根瘤菌品系對含羞草的入侵具有明顯的促進作用.綜上,固氮微生物能提高入侵地土壤中氮的含量與可獲得性,創造出有利于外來入侵植物生長的土壤微環境,促進外來植物成功入侵.
1.3土壤病原微生物的釋放有利于外來植物入侵
盡管“天敵逃避假說”遭遇了一些研究的挑戰,認為入侵植物逃避天敵不一定會提高入侵植物對群落的破壞作用,因而“天敵逃避假說”可能不是外來植物成功入侵的重要機制.然而,該假說目前仍然是最能解釋外來植物成功入侵的重要機制之一.該假說認為外來植物的成功入侵是因為其在入侵地成功逃避了本土的天敵(主要指食草性動物),從而充分發揮了其潛在的競爭優勢.最近的研究進一步認為外來入侵植物逃避的天敵還包括原產地的土壤病原菌、寄生蟲、食根性原生動物等微生物.KLIRONOMOS通過接種病原體進入滅菌與未滅菌的土壤來研究入侵植物和本土植物的生長與病原體侵染的關系,結果表明,土壤病原微生物對本土植物具有負反饋作用.CALLAWAY等研究了入侵植物斑點矢車菊在本土與入侵地土壤上的生長與土壤微生物群落總體作用之間的關系,發現在未滅菌的本土土壤上栽培斑點矢車菊,其生長速度明顯低于滅菌的本土土壤,而斑點矢車菊栽培在入侵的未滅菌的北美土壤上,其生長速度明顯地高于滅菌的土壤.由此推測:本土土壤病原微生物的侵染對斑點矢車菊的生長具有負反饋作用,而在入侵地由于缺乏相應的土壤病原微生物,斑點矢車菊的入侵更容易.VANDERPUTTEN等在研究入侵博茨瓦納共和國稀樹干草原的印度蒺藜草(Cenchrusbiflorus)時指出,逃避本土土壤病原微生物也許是其成功入侵的原因.“天敵逃避假說”是基于扎實的生態學理論提出的,但該假說也有自身的局限性.BECKSTEAD等在研究入侵美國加州的歐洲海濱草(Ammophilaare-naria)時發現,入侵地與原產地的土壤微生物對歐洲海濱草的生長均表現為負反饋作用.也有研究表明,入侵植物在入侵地可以通過富集對本地植物有害的土壤病原菌來影響本地植物的生長,從而成功入侵.如MANGLA等[52]發現入侵印度的飛機草(Chromo-laenaodorata)可以富集入侵地土壤生態系統中的土傳致病真菌-半裸鐮刀菌(Fusariumsemitectum),抑制本地植物生長,促進其成功入侵.
1.4土壤微生物群落總體結構的改變促進外來植物進一步入侵
在土壤總群落結構與功能水平上,土壤微生物群落組成與地上植物群落組成密切相關.外來植物入侵常常導致本土植物群落組成劇烈改變,進而引起根系分泌物和凋落物的化學組成發生變化,最終使土壤微生物群落結構發生相應的演替,且改變后的土壤微生物群落有利于外來植物的進一步入侵.目前,關于土壤微生物群落與入侵植物相互作用的研究主要集中于以下2個方面:
(1)外來植物入侵與土壤微生物群落具體組成的關系.SI等在研究南美蟛蜞菊(Wedeliatrilobata)入侵程度與其根際土壤微生物群落結構的關系時,發現輕度和重度入侵顯著增加了南美蟛蜞菊根際土壤真菌群落的豐富度,而對細菌群落未造成明顯影響.此外,南美蟛蜞菊的入侵也對參與土壤氮循環的微生物群落結構產生了明顯影響.KOURTEV等研究了日本小檗(Ber-beristhunbergii)和柔枝莠竹(Microstegiumvimineum)的入侵對土壤微生物群落結構的影響,結果表明2種植物的入侵顯著改變了土壤微生物的群落結構,尤其是代表細菌與菌根菌的脂肪酸含量均隨著入侵的深入顯著提高.BATTEN等研究了外來植物黃矢車菊(Centaureasolstitialis)和鉤刺山羊草(Aegilopstri-uncialis)與土壤微生物群落結構的關系,發現植物入侵顯著提高了土壤硫還原細菌、硫氧化細菌等的脂肪酸含量.此外,我國學者對紫莖澤蘭和薇甘菊(Mika-niamicrantha)的研究也得到了類似的結論.
(2)外來植物入侵與土壤微生物群落多樣性的關系.外來植物之所以能成功入侵是因為其能夠促進根際土壤微生物群落結構的演替,進而創造出有利于自身生長的土壤微環境,從而加快了入侵進程.DUDA等和LI等的研究表明,鹽生草(Halogetonglomeratus)和薇甘菊入侵均顯著提高了土壤微生物群落的功能多樣性.針對土壤微生物群落結構多樣性,祖元剛等研究了喜樹(Camptothecaacu-minata)替代紫莖澤蘭過程中根際微生物的群落特征,結果表明,紫莖澤蘭的入侵顯著提高了土壤真核微生物群落的多樣性,對細菌多樣性沒有明顯的影響.這些研究結果的差異一方面可能與采用的研究方法有關,另一方面也可能與研究的入侵植物種類有關.
1.5土壤微生物群落功能改變對外來植物進一步入侵的作用差異
土壤微生物群落的功能主要表現在對有機物的礦化作用和無機物的轉化,并由此影響著土壤營養的可獲得性,而土壤營養的可獲得性又直接影響著植物的個體生長和種群或群落動態.現有研究表明,外來植物有選擇地改變土壤微生物群落的某種功能可能是其成功入侵的重要機制之一.如BAJPAI等證實:與非入侵地土壤相比,紫莖澤蘭入侵地土壤具有較高的微生物活性和速效氮含量,對紫莖澤蘭生物量積累具有積極的作用.LORENZO等發現,銀荊(Acaciadealbata)的入侵使土壤碳、氮和可交換磷含量持續增加,從而為銀荊的進一步入侵創造了有利的土壤營養條件.SUN等發現,紫莖澤蘭的重度入侵顯著增加了土壤總磷和硝態氮含量.EHRENFELD等分別研究了入侵植物日本小檗和柔枝莠竹對土壤微生物群落功能的影響,結果表明,伴隨著植物入侵,土壤總氮的礦化作用和硝化作用均顯著提高,從而為植物的進一步入侵創造了有利的營養條件.不同入侵植物對土壤微生物功能的影響不盡相同,如EVANS等研究了旱雀麥(Bromustectorum)入侵對草地氮素營養動態的影響,結果表明,旱雀麥通過提高氮素在植物體中的滯留量而降低了土壤氮的可獲得性,從而降低了土壤總氮的礦化速率.DRENOVSKY等研究了鉤刺山羊草入侵與土壤營養循環之間的關系,結果表明,植物入侵顯著降低了入侵土壤中碳與氮的循環.這些研究結果的差異一方面可能與研究的入侵植物種類有關,另一方面也可能與入侵生境有關.因此,今后要擴大外來植物種的研究范圍,探索不同物種入侵與土壤微生物群落的功能關系,為揭示入侵機理提供更多的證據.
2植物入侵的內生菌生態學機制
植物內生菌(endophyte)泛指那些在其生活史中的某一段時期寄居在植物體內,對植物組織沒有引起明顯病害癥狀的微生物,包括那些對宿主暫時沒有傷害的潛伏性病原菌、菌根菌以及營表面生的腐生微生物.植物內生菌可增強宿主的抗逆性、抗病性、抗蟲性、提高植物的生產力,以及對其他植物的排斥性等,但大多數研究都是針對本土植物進行的.近年來,研究者開始從內生菌的角度研究外來植物成功入侵的相關機理.有研究證明,內生菌能夠增強入侵植物的入侵性,如SHIPUNOV等發現,入侵北美草原的斑點矢車菊體內定居了多種內生真菌,并且部分內生真菌直接提高了斑點矢車菊在入侵地的競爭力,進而增強其入侵性.ASCHEHOUG等研究了內生真菌對入侵植物斑點矢車菊化感作用的影響,發現感染內生真菌的斑點矢車菊對本土植物(Koeleriamacrantha)的化感強度很高,感染數是沒感染數的2倍多,從而進一步提高了斑點矢車菊的競爭能力.此外,假高粱(Sorghumhalepense)體內定居多種內生固氮細菌,這些內生固氮細菌的存在進一步提高了土壤中堿金屬(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)、微量元素(Zn2+、Fe3+、Cu+、Mn2+)以及可被利用的氮、磷元素的濃度,從而提高了假高粱的入侵能力.此外,人們還發現,內生菌的存在可以通過改變入侵植物的根際微生物群落結構來修飾其入侵性.如RUDGERS等發現內生真菌(Neotyphodiumcoenophialum)的存在提高了外來植物高羊茅(Loliumarundinaceum)根際微生物群落的多樣性,從而進一步促進其入侵.然而,人們也發現了一些相反的結果.如NEW-COMBE等發現斑點矢車菊體內的部分內生菌是病原菌,這些病原菌的存在抑制了斑點矢車菊種子的發芽、生長,并延緩其開花.不難看出,植物內生菌在外來植物入侵過程中可能起至關重要的作用,尤其是對入侵植物的促進作用.因此對入侵植物與其內生菌之間的相互作用開展深入研究可能會發現新的規律,為控制入侵植物提供新的解決途徑.
3入侵植物的微生物學機制研究面臨的問題
國內外關于外來植物入侵的微生物學機制研究也發揮了重要作用,但仍然存在一些問題:
(1)由于入侵植物的種類不同,與土壤微生物群落相互作用的過程與機理亦不盡相同,爭議仍然存在,目前很難提煉出具有普遍意義的結論;
【關鍵詞】密西西比紅耳龜;本地龜種;生物入侵
一、紅耳龜簡介
密西西比紅耳龜,英文名為Red-ear turtle,動物學分類屬于龜鱉目,潛頸龜亞目,龜總科,澤龜科,滑龜屬,紅耳龜。紅耳龜原產于美國密西西比河畔,因為長相極其類似巴西彩龜,所以通常被誤稱為巴西龜。密西西比紅耳龜從1997年開始被引進我國廣東,繼而迅速流向全國。紅耳龜性格活潑,與人互動性很高,已經成為了世界家養爬行類寵物最廣泛的品種。進入21世紀后的我國,隨著大量家養紅耳龜被遺棄在河中,池塘等地,紅耳龜在中國大陸的野外已經遍布各地,在短短的13年間紅耳龜在中國大陸確已造成嚴重生物入侵,且此生物入侵最重要的原因就是不正當引進和隨意的放生。
二、生物入侵及特點
生物入侵是指某種生物從外地自然傳入或人為引種后成為野生狀態,并對本地生態系統造成一定危害的現象,這些生物被叫做外來物種。外來入侵物種具有生態適應能力強,繁殖能力強,傳播能力強等特點;被入侵生態系統具有足夠的可利用資源,缺乏自然控制機制,人類進入的頻率高等特點。目前在中國野外地區,本地龜種已經很難見到,但紅耳龜卻遍布各地。不僅筆者有過這種經歷,國內一些知名學者也有過類似的感觸。值得注意的是,巴西龜還是沙門氏桿菌傳播的罪魁禍首。該病菌會同時出現在帶病龜的糞便以及其生活的水域和岸邊的土壤中,并已被證明可以從變溫動物傳播給恒溫動物。因為沙門氏桿菌主要是通過消化道傳染的,小朋友都喜歡把小龜拿在手上玩,因此兒童尤其容易被感染。紅耳龜食性很雜,既食肉食也食水生植物。紅耳龜不能與任何魚類混養,若把紅耳龜和任何觀賞魚養在一起,結果就是魚會被龜吃光。紅耳龜整體繁殖力強,存活率高,覓食、搶奪食物能力強于任何中國本土龜種。如果將這些紅耳龜放歸自然,它們一定能悠然自得的生存下去,但國產龜種難以生存。雖然紅耳龜壽命僅為30年左右,但只要達到生殖期,就能順利,順利孵化,順利成活。世界自然保護聯盟IUCN已經將包括南美食人鯧、加拿大一枝黃花、水葫蘆以及密西西比紅耳龜在內列為世界最危險的100個入侵生物,給我國帶來了很大經濟損失。
中圖分類號:Q969.413.5 文獻標識碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20161032014
美國白蛾(Hyphantria cunea Drury),又稱美國燈蛾、秋幕毛蟲、秋幕蛾,屬鱗翅目(Lepidoptera)燈蛾科(Arctiidae)。其為雜食性食葉害蟲,主要危害果樹、觀賞樹和行道樹等闊葉樹木以及蔬菜和農作物(張彥龍等,2008),被列為世界檢疫性害蟲。該害蟲原產北美, 40年代末傳播至歐亞大陸,1979年首次在我國遼寧省丹東發現(季榮等,2003)。美國白蛾(Hyphantria cunea Drury)繁殖率非常高,抗逆性非常強,危害植物種類非常廣, 且發生具有蔓延速度快、點多、面廣、為害重、基數大的特點。美國白蛾給這些省(市)的園林、城市綠化造成了嚴重危害,不但給廣大林農造成了嚴重的經濟損失,給城鄉居民生活帶來很大不便,而且嚴重危害林業生態安全(萬方浩等,2009)。
我國于1979年首次在遼寧丹東發現,很快蔓延。1981年國務院下達文件“嚴密封鎖,就地消滅”。1998我國啟動了“京津冀美國白蛾治理工程”(李淑賢等,2009)。然而,美國白蛾在我國的疫情仍然十分嚴重,防控形勢依然嚴峻。國家林業局2012年第4號公告,京、津、冀、遼、吉、魯、蘇、豫8省、市374個縣、區被化為疫區,當年新增疫區達33個。由于冀、豫、陜3省是美國白蛾的疫區,處于這3省環繞中的山西省極易受到美國白蛾的入侵(劉川等,2009),因此,對美國白蛾進行預測研究,不僅能夠預測其在中國的擴散動態和適生區范圍,而且能夠盡早探明其入侵山西省的風險,以及早采取預防措施,防止疫情擴散。
本文結合搜集到的574個分布點和GARP DESKTOP V1.1.6軟件(http://nhm.ku.edu/desktopgarp/下載)自帶的14個環境圖層,利用基于遺傳算法的GARP生態位模型,對美國白蛾在我國的適生區進行預測,以期為開展該害蟲在山西省的分布區預測,發展早期預警工作,制定有效的檢疫措施和防治決策。
1 材料
1.1 數據來源
分布點數據由3種途徑獲取,從國內外已公開發表的論文;從國家林業局及各地市林業局的關于美國白蛾的公告信息;從國內各大主流媒體對美國白蛾的新聞報道。自1943年最先在遼寧省發現該蟲以來(李淑賢等,2009),截至2015年1月已有10省(直轄市)460區(縣)有疫情報道,結合相關論文及媒體報道,經核實后最終整理得到574個不重復的分布點,其中北京市分布點23個,天津市分布點12個,河北省分布點88個,山東省分布點205個,遼寧省分布點109個,吉林省分布點8個,江蘇省分布點24個,安徽省分布點9個,河南省分布點82個,陜西省分布點14個(表1)。利用Google Earth查閱其具體的經緯度坐標(分辨率為0.000001°),最后將所得坐標轉換成Garp模型所需的.csv格式文件。
將分布數據隨機分為80% 和20% 2個部分(經緯度相近的分布點分成不同組),其中80% 的一組數據為導入到GARP軟件中的運算數據,即為訓練數據(training data),用這些數據生成預測模型(predictive modeling) ;剩余20%的一組分布點作為驗證數據(testing data),對生成的模型精確度進行校驗。選定4種運算規則,即原子規則(Atomic)、邏輯斯蒂回歸(Logistic regression)、生物氣候包絡(Bioclimatic envelope)和逆生物氣候包絡(Negated bioclimatic envelope)進行組合分析并定義結果以預測圖的方式輸出及其存儲位置。
1.2 環境變量
本實驗采用GARP軟件自身攜帶的亞洲地區的14個環境圖層,共涵蓋2類圖層:氣候環境圖層――年最低溫度、年最高溫度、年平均溫度、年降水量、年蒸發量、年濕度、地面霜凍頻率、年輻射;自然物理圖層包括――地貌、坡度、海拔、植被、灌溉水累流向、灌溉水積量。圖層的柵格分辨率為0. 1°,以地理柵格為單位計算。各參數均為1961―1990年的平均值(周國梁等,2007)。本文使用了全部環境圖層。
2 模型方法
2.1 GARP模型
GARP(Genetic Algorithm for Rule-set Production)模型是基于遺傳算法的生態位預測模型系統,它利用物種分布數據和環境數據,以物種的生態需求為基礎,尋找物種已知分布區域的環境特征與預測區域的非隨機關系,用于預測物種的潛在分布區和研究生物多樣性(孫文濤等,2010)(鐘艮平等,2009)(李紅梅等,2005)(余巖等,2009)(David R.B et al.,2002)。
實際操作GARP軟件時,首先將已知分布數據隨機分為訓練數據和檢驗數據,與物種存活能力相關的環境參數層作為作為模型輸入參數,通過不斷迭代的遺傳算法實現4種規則模型――原子規則(Atomic)、邏輯斯蒂回歸 ( Logistic regression )、生物氣候包絡 ( Bioclimatic envelope )和逆生物氣候包絡 ( Negated bioclimatic envelope ) 的獨立和組合分析,反復對規則進行選擇、評價、驗證、接受或拒絕,通常重復創建1000次模型, 重復運算次數最大值 (Max iteration)設為1000, 收斂極限(Convergence limit) 為0.01,形成一個由不同規則共同組成的模型。運算過程通過控制假陽性 (Commission,預測結果中超出現存分布點所占比率) 和假陰性 (Omission,預測結果中忽略的現存分布點所占比率) 2種模型預測誤差自動選擇最優模型(Robert P. et al.2003)。選取預測面積與實際分布的面積最接近的10個模型, 即為最優模型(李淑賢等,2009)。最后利用Arc GIS 10.1 for Desktop (http:///software/arcgis/arcgis-for-desktop/free-trial下載) 圖層疊加功能,將影響物種分布的各個因子,將各個因子融合到一個圖層中并對其可視化表達,最終形成物種潛在分布區預測圖并以地圖形式輸出結果(鐘艮平等,2009)(左聞韻等,2007)。
2.2 適生區預測
利用ArcGIS 10.1 for Desktop的空間擴展模塊 (Spatial Analyst Tools),將最優模型的預測結果進行等疊加。疊加后,每一個柵格的數值在0~1之間,這個數值代表100個預測模型中該柵格適合美國白蛾生存的模型數量。我們將每一柵格適合生長的模型數量所占的百分比稱為重疊值(Overlap Index, OI) ,重疊值越大表示該柵格的環境參數越適合美國白蛾存活(鐘艮平等,2009)(余巖等,2009)。將模型映射到亞洲,去除中國之外的分布。根據重疊值的大小可將預測區劃分為: 高度適生區(OI≥0.8),中度適生區(0.6
3 結果
3.1 預測在中國的分布
根據美國白蛾當前的分布形勢,分布范圍在E107.23~124.37°,N34.16~42.57°內。它在全國范圍內的擴展趨勢是逐漸向內陸發展(圖1)。在東北地區有繼續向北和西北擴展的趨勢,向北侵入黑龍江,向西北侵入內蒙古,遼寧全省范圍內、吉林中部和西北部均為美國白蛾的高度適生區;在華北地區,北京南部、天津中東部、山西中南部和北部大部分區域、陜西中北部、河南中北部等均為該蟲的高度適生區,且占這些省市的絕大部分區域,河北及山東全省均為高度適宜該蟲的生存區域,因此美國白蛾在這些地區擴展的可能性極大;在東南地區,安徽中北部、江蘇北部也是美國白蛾的潛在高度適生區;在西北地區,新疆有零散的美國白蛾中度適生區存在,而青海東北部及西南部、甘肅北部存在美國白蛾的低度適生區;在西南地區,中南部為美國白蛾的中度適生區;此外,四川南部、云南北部、陜西南部和湖北西北部也存在少數適合美國白蛾的生存區域。因此,從美國白蛾的適生區(圖2)可以看出:美國白蛾的潛在分布區非常廣,具體包括黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、北京、天津、河北、山西、陜西、河南、山東、安徽、江蘇、湖北、重慶、四川、云南、、青海、新疆、甘肅等21個省、市、自治區。
不同顏色代表美國白蛾分布的可能性不同(如重疊指數OI值為0代表10個最佳模型均預測不適合美國白蛾入侵;重疊指數OI值為1則代表10個最佳模型均預測適合美國白蛾入侵)。
3.2 美國白蛾在山西省的可能分布
在對全國分析的基礎上,采用相同的方法對山西省進行分布預測(圖3)。美國白蛾在山西省有大面積的適生范圍,高度適生區占全省面積的2/3以上,其中太原以南地區(運城、臨汾、晉城、晉中、長治、呂梁)及太原、忻州東南部幾乎全部是該蟲的高度適宜生存的區域;中度適生區占少數地區,包括忻州中北部、朔州西南部及東南部;而低度適生區僅為忻州和朔州地區的個別縣市,如寧武縣、原平市、靜樂縣、繁峙縣、岢嵐縣、應縣、廣陵縣等。
不同顏色代表美國白蛾分布的可能性不同(如重疊指數OI值為0代表10個最佳模型均預測不適合美國白蛾入侵;重疊指數OI值為1則代表10個最佳模型均預測適合美國白蛾入侵)。
3.3 模型評估
3.3.1 ROC檢驗
為了檢測模型的預測能力,使用受測者工作曲線(ROC)進行檢測。ROC曲線是以預測結果的每一個值作為可能的判斷閾值,由此計算得到相應的靈敏度和特異度。以假陽性率即(1特異度)為橫坐標,以真陽性率即靈敏度為縱坐標繪制而成,其曲線下面積(area under curve ,AUC)的大小作為模型預測準確度的衡量指標,其取值范圍為[0,1],AUC的值越大,模型的預測能力越好。理想情況是模型預測分布區與物種實際分布區完全吻合,此時AUC值為1(鐘艮平等,2009)(王運生等,2007)。本文利用Medcalc 11.1.1.0軟件 (http:///下載) 繪制ROC曲線,驗證GARP運算出來的最優模型。
3.3.2 預測誤差――假陽性(Commission)和假陰性(Omission)
在產生的10個最優結果中,以GARP軟件自帶的假陽性(Commission)和假陰性(Omission)兩項參數作為評判標準,評判依據為:假陽性(Commission)和假陰性(Omission);假陽性(Commission)的值中等或中等偏上為好,假陰性(Omission) ≤5% ,0為最佳(見表2)(李濤等,2012)。
4 討論
美國白蛾具有傳播速度快、適應性強、危害寄主植物多、繁殖力高、取食量大、危害范圍廣等特點,又缺乏原產地有效天敵的制約,所以一旦侵入新地區,短時間內很難鏟除,將給當地的農林業、園林綠化等造成嚴重危害。
GARP是一種基于生態位模型的遺傳算法,該模型利用物種的已知分布點數據和環境數據形成適生性分析系統(李紅梅等,2005)。本文將GARP生態位模型與GIS相結合,在全國范圍內成功預測了美國白蛾的潛在分布區,結果表明:美國白蛾在中國的潛在分布區極為廣泛,在現有的10省(市)基礎上,可增加至21省(市、自治區);其擴散趨勢是有東北、華北、華南、西北4個方向。尤其是對美國白蛾在山西省的分布預測研究顯示,山西省內絕大部分地區高度適合美國白蛾的生存。這一結果不僅顯示出美國白蛾在中國巨大的潛在危害性,還意味著急需提高警惕,開展合理的檢疫與防治工作,防止其入侵山西省以危害山西的農、林、果業。
隨著國際經濟一體化進程與國際貿易的飛速發展,生物入侵的問題愈加突出,形勢愈加嚴峻。在大多數國家和地區,外來有害生物入侵到新環境中后,由于缺乏有效的天敵控制,在適宜的環境條件下,往往大爆發。入侵物種肆意擴張蔓延、危害不斷加劇,新的疫情頻繁發生,生物入侵的威脅日益嚴重。生物入侵早期預警是在針對潛在入侵、新入侵和已入侵的入侵物種進行一系列評估與綜合分析的基礎上,預測其發生危害的可能性、危害范圍與程度,并根據分析結果制定可行的預防與控制措施,其最終目的是規避外來入侵物種可能產生的風險。
深入了解外來有害物種的入侵過程、行為特征、擴散傳播、成災機制以及掌握有效的防控技術與策略,是預防與控制這些危險性入侵物種、有效提升防控技術水平的前提。但迄今為止,外來物種具備何種特征才能成功擴張與暴發、生態系統具備何種結構與功能才能抵御入侵、如何構建有效的防控技術體系以及如何有效的實施防控策略等重要科學問題,仍未獲得明確答案,尚需我們深入探究與研究。因此,基于目前對于外來入侵物種的研究,建議從以下幾方面開展檢疫工作:全面開展外來入侵物種的普查與安全性考查;建設完整的數據庫系統及其信息共享平臺;建設嚴格的隔離檢疫安全設施和完善檢疫制度;建立監測預警網絡體系與技術平臺;建設國家級生物入侵專門研究機構體系。而在防治方面,則應做到:加強檢疫;人工防治;使用化學制劑或誘殺器;引進天敵,進行生物防治。
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Study on the landscape planning and design of the urban forest park
College of Landscape Architecture of Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang, Henan, 453003, P.R.China
Abstract: Urban Forest Park is an important node of urban green space system, which has an important role for improving the urban ecological environment and the recreational environment. This paper analyzes the current construction problems of urban forest parks. Landscape planning and design principles of urban forest park are proposed and functional orientation and Landscape division on the urban forest park are discussed.
Key words:landscape, planning, design, urban forest parks; urban
中圖分類號:G322.1文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)
近年來,生態城市、森林城市[[[]孫麗娜,孫鐵珩.建設森林城市 提高沈陽生態環境的可持續發展能力[J].水土保持研究,2004,11(3):181-219.]]建設越來越受到重視,城市森林公園隨著生態城市、森林城市建設的迅速推進得到快速發展,是城市森林體系中的重要節點,成為城市“綠肺”和“環城綠帶”的重要組成部分[[[]張建軍,趙輝,鄒瑩,等.沈陽森林城市綠地規劃[J].中國城市林業,2005,3(4):13-14.]]。城市森林公園是指以森林資源為依托,具有一定規模和質量的自然景觀與人文景觀,按法定程序批準,供人們游憩、健身或進行科學研究、文化教育等活動的城市森林,屬于城市森林體系中風景游憩林類下的森林公園亞類[[[]何興元,劉常富,陳瑋,等.城市森林分類探討[J].生態學雜志,2004,23(5):175-178.]]。還有許多學者對城市森林公園的概念進行了定義,但到目前為止其定義尚未統一。筆者認為,城市森林公園是位于城市內部或者近郊,以較高的森林覆蓋率為基礎,以生態環境保護和游憩為主要功能,兼顧度假、觀賞、教育、科研和生產等多種功能為一體的公園。由美國SASAKI公司設計的奧林匹克森林公園景觀方案——“通向自然的軸線”將城市的綠肺和生態屏障、奧運會的中國山水休閑后花園、市民的健康大森林、休憩大自然作為規劃設計的目標,以豐富多樣的生態系統、壯麗的自然景觀終結這條舉世無雙的城市軸線,力求達到中國傳統園林意境、現代景觀建造技術、環境生態科學技術的完美結合,為奧運會服務,為市民百姓營造生態休閑樂土,成為城市森林公園開發和建設的典范[[[]胡潔,吳宜夏,呂璐珊.北京奧林匹克森林公園景觀規劃設計綜述[J].中國園林,2006,22(6):1-7.]]。上海市的共青團森林公園為改善城市生態效益發揮了重要的作用,并且在密集的城市群中為公眾提供了一塊難得的親近自然的場所。廣州[[[]文道.2010年前廣州市將再建9個森林公園[J].中國林業產業,2005(10):5.]]、長沙[[[]孫志立,長沙城市森林公園建設與發展思考[J].中南林業調查規劃,2005,24(3):43-45.]]等城市都計劃建設大量的城市森林公園,為城市生態環境建設和游憩環境改善發揮重要的作用,成為城市中公眾放松身心以及和自然進行對話的場所。
1城市森林公園景觀規劃設計值得思考的問題
1.1場所選擇
我國城市森林公園的建設是伴隨著人們對森林景觀偏好的加強和認識的深入而迅速發展的。城市森林公園具有其他類型公園所不具有的獨特魅力,許多城市將城市森林公園的建設列入了規劃建設的日程表。然而,許多建設者為了快速提高森林覆蓋率,在高密度城市中進行場地拆除建設城市森林公園,造成了許多經濟問題和社會問題。結合城市化進程在現有城市郊區進行森林公園建設進而演變成為城市的組成部分是較為合理的建設方法。
1.2景觀特質
森林景觀的魅力是由其獨特的生態系統所發揮出來的。這需要森林專家、生態專家、景觀專家和旅游專家共同參與設計。然而,許多城市森林公園的景觀規劃則簡單地認為就是單純的植樹造林,忽略了城市森林公園為大眾服務的具體要求,使城市森林公園失去吸引力。
1.3游憩活動
遠離喧鬧是許多公眾選擇休閑場所所考慮的要素之一。隨著城市工作和生活環境中活動場所的增加和活動設施的改善,人們更多的是需要在一個靜謐、安寧的環境中使身心得以放松。許多城市森林公園將喧鬧的游憩活動引入園中,打破了自然安逸的環境氛圍,從而也喪失了其獨特魅力。
1.4教育功能
城市森林公園擔負著城市中許多青少年兒童的生態教育重任。在西方發達國家,“郊野教育”成為學校教育的必要補充。城市森林公園在旅游開發的同時必須加強對青少年兒童的森林科普知識的教育,同時通過加強教育功能也能開拓更加廣泛的客源市場。
1.5 生物入侵
生物入侵對當地城市的生物多樣性、城市居民、城市園林綠地系統、城市土壤、城市水系造成較大的影響[[[]王麗紅,周青.生物入侵對城鎮生態系統穩定性影響及防治對策[J].中國生態農業學報,2006,14(3):151-153.]]。一些城市為了迅速提高城市生物多樣性,制定了增加植物種類的措施,引種是主要采用的方法[[[]胡運驊.開創上海綠化新局面的實踐與探索[J].中國園林,2000,16(2):19-21.]]。這固然使城市生物多樣性得到較快的提高,但是也使生物入侵風險程度增加。另外,由于城市森林公園的景觀建設需要大量的苗木,在本地苗圃無法滿足需求時,大量的異地苗木被補充進來,苗木的轉運也使異地的入侵生物被帶入城市森林公園中。因此,城市生物多樣性的增加應首先立足于本地植物資源的馴化、開發利用。
2城市森林公園景觀規劃設計原則
引言
植物入侵(PlantsInvasion)是指一種植物在各種活動的影響下,從原產地進入到一個新的棲息地,并通過定居(colonizing)、建群(establishing)和擴散(diffusing)而逐漸占領該棲息地,從而對當地土著種群和生態系統造成負面影響的一種生態現象。外來植物入侵的原因很多,如動物活動,占領空的生態位等。外來植物入侵現象在當今社會十分普遍,引發了一系列的生態和經濟問題,打破了入侵區的生態系統,影響生態系統的承載力,危害人類社會經濟結構以及人類健康,造成了無法估量的損失,特別對農田、草坪、果園等人工栽培的經濟生態系統造成了極大破壞。植物入侵造成了全球植物生態系統多樣性喪失和危害人類社會經濟已經成了無可爭議的事實,研究入侵植物的生態和生理特征,準確預測植物入侵性,有效防止有害植物的入侵成了植物學家和生態學家研究工作的焦點。
1.植物入侵概念和入侵植物的特征
1.1外來入侵植物及植物入侵的概念
外來入侵植物是指在非原生態系統進化出來的植物,由于自然或人為的因素被引入新生態環境并對新生態環境或其中的物種構成一定威脅的植物。植物入侵是指一種植物在各種活動的影響下,從原產地進入到一個新的棲息地,并通過定居,建群和擴散而逐漸占領該棲息地,從而對當地土著種群和生態系統造成負面影響的一種生態現象。
1.2入侵植物的特征
外來入侵植物,特別是那些入侵性較強的外來植物,具有其相應的生理和生態等特征。比如:外來入侵植物一般多為草本植物,多為單年生或二年生,生活周期短,植株較小,種子數量巨大,種子小而輕,繁殖和傳播方式多樣化,具有靈活適應環境變化等特征。如薇甘菊廣叟果千粒重010892g,具5"脊",先端一圈冠毛;紫莖澤蘭種子千粒重0104~01045g,廣叟果頂端有冠毛;飛機草廣叟果千粒重僅為0105g,具五縱棱,棱上有短硬毛。這些體積小、重量輕,加之具有翅、柔毛或冠物等附屬物,能通過空氣、水流、動物或人類等多種途徑進行遠距離散布。研究表明,單子葉植物比雙子葉植物更具入侵性;草本植物比木本植物更具入侵性;單年生、二年生植物比多年生植物更具入侵性。對入侵我國最嚴重的90種外來植物中草本和木本,單年生和多年生的數目分析比較也證實了這一點。
2.目前我國植物入侵現狀
據調查,目前中國共有外來入侵植物188種,其中水生植物18種、陸生植物170種,隸屬41科。種數最多的科是菊科(49種)和禾本科(33種),來自美洲的有125種,占入侵植物總種數的66.15%。這188中入侵植物中,最嚴重的為90種,對這90種外來植物的性狀和生活周期型的統計,發現草本與木本的數量比為81/9,單年生、二年生與多年生數量比約為52/38,并且,作為草本的禾本科(Graimineae)和菊科(Compositae)數量居多,分別為11種和22種。統計的結果顯示,在這90種外來植物中,草本在數量上占據絕對優勢,由于該90種外來植物在我國入侵性評價中處于最嚴重的地位,故一定程度上說明了草本植物比木本植物更具入侵性;而一、二年生與多年生相比,也占據一定優勢。我們抽樣對90種外來植物的其中蓖麻等5種植物的形狀和入侵強度列出如下:
3.有效防止和防制植物入侵的一般方法
目前對入侵植物主要采取檢疫、人工、生物、化學、農業、機械或物理防治,以及將這些方法結合起來的綜合治理措施。主要方法簡述如下。
3.1雜草檢疫防治
雜草檢疫是防治植物入侵的首要環節,也是雜草防治不可缺少的環。它是依據植物檢疫法,對輸入或輸出的動植物或動植物產品中夾帶的有毒、有害雜草的繁殖體進行檢疫的防治方法。必須提高檢疫員的素質和業務水平,同時加強宣傳、呼吁,加強科普教育,使人們有充分認識,從源頭杜絕有害外來植物的入侵。
3.2人工防治
人工防治是最原始、最簡便的方法,適于控制剛傳入,還沒有大面積擴散的入侵物種,能在短時間內將其清除,但對高繁殖力的物種則因費時費工,除草效率低。深圳曾多次進行人工拔除薇甘菊,但因效果差而放棄。人工防治是一種清潔的生態防治方法,但要注意除后殘株必須及時妥善處理,否則可能成為新的傳播源,客觀上加速外來植物的入侵。
3.3生物防治
生物防治是利用雜草的天敵,如昆蟲、病原真菌、細菌、病菌、線蟲、食草動物或其他高等植物來控制雜草的發育、生長蔓延和危害的方法。其目的不是根除雜草,而是通過干擾雜草的生長發育、形態建成、繁殖與傳播,使其種群數量和分布控制在生態和經濟危害水平之下。利用有害植物的天敵進行防治,國內外已取得了不少成果。
3.4動物治草
以蟲治草是利用昆蟲能相對專一地食取某類雜草的特性來防治雜草的方法。一般程序為:原產地考察采集天敵-安全性評價-天敵引入與檢疫-天敵生物生態學特性研究-天敵的釋放與效果評價。從20世紀中葉至90年代,以蟲治草的研究和實踐迅速發展,取得顯著成效。如1945年美國用澤蘭實蠅防治紫莖澤蘭;1978年前蘇聯利用豚草條紋葉蟲防治豚草;1987年中國利用空心蓮子草蟲(Agasicleshygrophila)防治空心蓮子草;利用專食性天敵昆蟲Neochetinaeichhorniae和N.bruchi對水葫蘆進行防治等。
目前防止和防制外來植物入侵的方法日益增多,也日益科學化,環保化和有效化,主要體現在生物防制植物入侵的方法上。
結束語
一個外來植物在遠離原生境后要迅速占據新的生境,并不斷擴展分布范圍而成為入侵種,必然有一定的生理和生態學基礎對異質生境較強的適應對策、快速的繁殖能力、高效的種子散布方式。這些機制之間相互影響、相互作用,共同促成外來植物的成功入侵。
植物入侵打破了生態系統的穩定,影響生態系統的承載力,危害人類社會經濟結構以及人類健康,造成了無法估量的損失,已經引起了世界的高度重視,尋找有效而科學地防止和防制外來植物入侵的措施成了植物入侵研究工作的當務之急。
參考文獻
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環境保護是我國的一項基本國策,加強環保教育是貫徹這一國策的基礎工程,也是落實科學發展觀的一個重要舉措,同時,環保教育也是素質教育的一個重要方面。雖然,目前的義務教育課程中尚未設立單門獨科的環保課,但《全日制義務教育語文課程標準(實驗稿)》明確指出:“教材應體現時代特點和現代意識,關注人類,關注自然”,“語文課程還應重視提高學生的品德修養和審美情趣,提高文化品位和審美情趣”,“各地區都蘊藏著自然、社會、人文等多種語言課程資源,要有強烈的資源意識,去努力開發,積極利用”。因此,在語文教育教學中滲透環保教育,是新形勢新課標的必然要求,也是推進素質教育,提高學生思想道德素質和科學文化素質的基本手段。我經過五年的教學思考與實踐,在初中語文教學中滲透環保教育,做到“滲于其中,寓于其內”,收到了良好的效果。
一、深入分析教材,充分挖掘潛在的環保素材
初中語文義務教育課程標準實驗教科書含有對環保意識的體驗和思考。現行人教版初中語文所選編的教材中,有一部分是涉及環保主題的課文,可以直接或間接地用來進行環保教育。這些課文有的是顯性的,有的是隱性的。如八年級下冊的第三單元,所選的《敬畏自然》、《羅布泊,消逝的仙湖》、《旅鼠之謎》、《大雁歸來》和《喂――出來》5篇課文,主題是“關注自然,保護自然,是每一個人的責任”,都以不同的形式表達了人們對生存環境的憂慮與思考。學習本單元,就可以直接將教材內容和環保教育“掛上鉤”,有的放矢地對學生進行環保教育,根本沒有畫蛇添足之嫌。并且,本單元的學習目標之一就是讓學生在理解課本內容、熟悉科學文藝作品的同時,樹立環保意識。
而有些課文是隱性的,蘊含在其中的環保內容就像埋在地下的寶藏有待去挖掘。但只要深入地分析教材,同樣能使教材間接地為環保教育服務。比如,七年級上冊的《山中訪友》,我在教學中側重了環境意識的張揚,引導學生在學習自然景物描寫中,品味精彩生動的文學語言,從而培養學生的審美想象、審美情感,激發學生善待生命的美好感情,與自然和諧相處。八年級上冊第四單元《生物入侵者》同樣是隱性的素材。在教這篇課文時,就要讓學生知道,“生物入侵”正是人類自己挑起的一場沒有硝煙的戰爭,不能不引起我們的高度警覺,這同樣是一個深刻的環保教育的主題。
二、利用教學途徑,有機地滲透環保教育
課堂是教學的主陣地、主渠道。因此,環保教育要在課堂教學中把握好時機,巧妙地加以滲透,讓學生潛移默化地去領悟、體會,從而自覺地成為環保的參與者和志愿者。在教《羅布泊,消逝的仙湖》時,我在導語中緊扣環保主題提出了一系列問題:羅布泊曾是一個怎樣的仙湖?什么時候消逝的?怎樣消逝的?它的消逝給我們的生存環境帶來怎樣的惡果?造成這種惡果的是誰?我們人類應該怎么辦?在整體感悟課文內容時,讓學生思考了以下幾個問題:羅布泊過去是什么樣子?現在又變成了什么樣子?變化的原因是什么?同樣的悲劇還有哪些?造成羅布泊生態環境破壞的深層原因是什么?全文表達了作者怎樣的感情?在拓展延伸中,我又設計了這樣的問題:課文最后提到青海湖和月牙泉兩個例子,說明悲劇仍在繼續,你還知道哪些類似的例子?你準備做些什么?設計這個教學環節的目的是增強學生的環保意識和社會責任感。最后,我是這樣小結課文的:這篇文章用歷史的教訓說明生態環境保護的重要性,以強烈的呼聲警醒人們,要樹立全民環保意識,搞好生態環境保護。
在作文教學中,同樣可以有機地滲透環保意識。學了八年級下冊的第三單元幾篇課文之后,我讓學生寫讀后感和環保小論文,結果有一部分學生對環保意識深有領悟。另外,還可以搜集有關環保題材的漫畫或材料,讓學生進行寫作。在訓練話題作文時,我就挖掘環保方面的話題讓學生訓練,如“綠色”、“感悟自然”等話題,引導學生從環保角度來寫作。這樣,學生在寫作訓練的同時,也能受到良好的環保教育,樹立環保意識。
在設計練習時,也可以融入環保意識。比如學了《羅布泊,消逝的仙湖》后,學生了解到綠地沙化已是一個十分嚴重的問題。課后的作業設計就從環保的實踐出發,引導學生以文本為基礎,選擇專題進行研究,主動地獲取知識、應用知識、解決問題。學生在作業中,可以聯系自己掌握的歷史、地理與科學學科的知識,做到各學科知識的聯系和滲透,并運用知識解決實際問題,進行環保實踐,真正做到活學活用。作業設計如下:
作業步驟:全班組建治沙委員會,分三大組,即指導組、情報組、攻堅組,明確研究范圍。
指導組:對治理沙化的必要性及可能性進行考證,提出治理沙化的規劃。
情報組:了解治理沙化的主要方式及所用的武器;考證在何處尋找所用的武器――水,匯報當前沙化的成績和存在的問題。
攻堅組:考證如何防備沙漠進攻,如何培植防護林,考證如何反攻為守,具體的實踐策略是什么。
學生根據自己的愛好和知識特長自由組成三對,集體研究討論,可以利用課文知識,也可以利用學過的歷史、地理與科學的知識,還可以上網或到圖書館查閱有關資料,最后將研究結果與有關情況形成書面報告。然后,由四位學生組成治沙委員會審議組,三個小組派代表在班級活動上交流、評價。
又如學了《生物入侵者》后,我設計了這樣一題練習:學了本文,我們知道了生物入侵者是什么?那么,結合實際,尋找我市內已經出現的“生物入侵者”,分析來源,尋求解決的辦法,提出書面建議和辦法。結果,大家一致地發現了“加拿大一支黃花”和“水葫蘆”。這種創造性的練習和設計,可以引導學生關心自己的生存環境,可以進行自主、合作、探究性地學習,還可以在練習中自覺地接受環保教育。
另外,在指導學生閱讀訓練時,可多采用一些以環保教育素材為主的科技類說明文,如《城市視覺污染》、《保護臭氧層就是保護人類》、《誘人的海洋能源》、《死海不死》、《禿鷹之死》、《氣候的威力》等。通過這樣的專題性訓練,學生不僅能增強閱讀能力,而且能在閱讀中潛移默化地受到環保教育的熏陶。
三、開展綜合性實踐活動,培養學生的環保意識
以素質教育為宗旨的語文教學,不僅要注重課堂教學,而且要注重課外的綜合性實踐活動,內外結合,多渠道全方位地提高學生的素質。
中圖分類號:X53 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2016)10-2555-04
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.10.026
Abstract: By field surveying on Jinziling alien plant invasions, there were 23 kinds of alien invasive plants were found within the scenic area. The comprehensive advantages of the more than 10 percent were these species: Six kinds of Asteraceae: Bidens pilosa, Aster subulatus, Ageratum conyzoides, Conyzai canadens, Parthenium hysterophorus, Conyza sumatrensis; Two kinds of Gramineae: Axonopus compressu, Eleusine indica; Two kinds of Convolvere: Ipomoea nil, Ipomoea purpurea; two kinds of Fabaceae: Cassiae tora, Medicago hispida; one kind of Verbenaceae: Lantana camara; one kind of Euphorbiaceae: Euphorbia hirta. There were a total of 14 kinds of invasive plants. The advantage of invasive plants was obtained by means of the composition and distribution of the invasive plants, and predicting the invasion trends, then formulating effective and economic management, prevention and control measures.
Key words: alien invasive plants; Jinzi Ling; comprehensive advantages; invasion trends
外來入侵植物指的是通過人類的各種活動無意或有意地將其引入到原來分布區外,在其原來分布區外的自然、半自然生態系統或生態環境中,由于當地適宜的氣候、土壤和豐富的食物供應以及少天敵抑制等有利條件下,得以迅速繁殖擴張,建立優勢種群,并對引入地的生物多樣性造成嚴重威脅,抑制當地生態系統原有組成植物的生長、繁殖,破壞物種多樣性和生態系統自然完整性的植物[1]。入侵植物通常都具有比較強的傳播能力和繁殖能力,因此能迅速產生大量的后代,并大范圍向周圍傳播,其往往通過排擠或抑制本地植物,形成大面積的單一優勢物種群落,使生態系統組成發生變化。外來入侵植物還可以通過與本地種雜交,改變當地的遺傳多樣性與完整性[2]。外來入侵植物對生物多樣性的破壞或威脅是長期的、持久的現象,通過對入侵地生態環境的自然性和完整性造成嚴重的影響,并制約其經濟的發展。
生物入侵生態學的優先研究領域是在各地區對外來植物分布情況進行本底調查[3],這也是有效防治外來入侵植物,規避環境安全威脅的基礎。近年來,中國學界在外來入侵植物的本底調查研究領域已有了豐碩成果[4],綜合概述了入侵植物的種類、來源及其造成的危害,且介紹了入侵植物的入侵機制及防治措施。
入侵植物多達188種,隸屬41科。菊科高達49種,是總數最多的一科,其次是禾本科,共有33種。已造成嚴重危害的雜草類約有96種[5]。廣西地區范圍內約有外來入侵植物74種,隸屬26科57屬,其中菊科、玄參科、傘形科等種類組成數有大于或等于3種[6]。桂林市共有約69種外來入侵植物,隸屬22科53屬。其中菊科植物最多,有21種;莧科、禾本科次之,各9種[7]。
作為平樂桂江生態旅游風景區的一個重要組成部分,平樂金子嶺文化休閑旅游景區以山水生態、自然景觀為背景,定位為生態環境優良、休閑文化氛圍濃郁的旅游休閑園區。其位于漓江、荔江、茶江三江匯合處,是平樂縣開發旅游的重點項目,集人文與生態旅游為一體。三江口的自然景觀及金子嶺的林草植被是該風景區重要的觀光資源,對金子嶺及其周邊地區的外來植物入侵情況進行調研,是保護金子嶺旅游景點生態自然與完整性的基礎性工作。作者采用實地調研與論文查閱相結合的方法,對平樂金子嶺景區外來入侵植物的科屬、原產地、危害程度及入侵趨勢進行分析,制定出一套有效保護景區生物多樣性與生態景觀自然性和完整性的科學方案。
1 材料與方法
1.1 調查地點自然地理概況
金子嶺與平樂縣城相對高度約600 m,位于縣城西面荔江、茶江、漓江三江匯合處。平樂縣位于廣西東北部,桂林市東南部,東經110°2′32″-110°33′11″,北緯24°15′24″-24°53′46″,距桂林市區118 km。平樂縣屬于亞熱帶季風氣候,年均氣溫19.9 ℃,年均降雨量為1 355.8~1 865.4 mm,年均日照時間為1 414~2 094.3 h,無霜期在301 d以上。桂江自西北向西南縱貫全境,自縣城三江匯合處流向昭平、梧州、廣州,有著良好的區位優勢。桂江生態旅游植被良好、水質優良、生態平衡、資源組合度高,自然條件有利于旅游業的發展,旅游區位優勢明顯,是平樂旅游資源開發的重要組成項目。桂江生態旅游風景區以50 km長的桂江為依托,已納入桂林國家旅游綜合改革試驗區規劃,接軌大桂林旅游圈。
1.2 調查方法
采用野外調查與文獻分析相結合的方法,先根據文獻初步篩選出金子嶺景區可能的外來入侵植物,再采用實地調查和走訪相結合的方法最終確定外來入侵物種在金子嶺景區發生的基本情況。走訪調查以景區周邊居民、相關管理人員、有關部門研究人員為訪問對象,采取的方式主要為電話、郵件、面對面訪談。實地調查則以線路調查結合樣方調查的方式。依據景區地理實況與前期訪談結果設置合理調查線路,在外來入侵植物出現較明顯的地點設置樣方,樣方大小為2 m×2 m。調查采用七級目測法,統計并確定各種入侵植物的優勢度(即危害度),再利用設置的15個樣方計算優勢度綜合值[8]。進行植物種類鑒定需要結合對應植物的生理性狀、標本及圖片,逐一對調查結果進行修改、確定、補充,最終形成金子嶺景區外來入侵植物名錄,對優勢度綜合值在10%以上的入侵植物進行重點分析。
2 調查結果與入侵趨勢預測
2.1 外來植物的入侵現狀
調查表明,金子嶺景區的外來入侵植物種類主要有棕葉狗尾草(Setaria palmifolia)、圓葉牽牛(Ipomoea purpurea)、三葉鬼針草(Bidens pilosa)、小飛蓬(Conyza Canadensis)、決明(Cassiae tora)、銀膠菊(Parthenium hysterophorus)、刺莧(Amaranthus spinosus)、馬纓丹(Lantana camara)、勝紅薊(Ageratum conyzoides)、地毯草(Axonopus compressus)、飛揚草(Euphorbia hirta)、空心蓮子草(Alternanthera philoxeroide)、鉆形紫菀(Aster subulatus)、南苜蓿(Medicago hispida)、牛筋草(Eleusine indica)、大黍(Panicum maximum)、裂葉牽牛(Ipomoea nil)、蘇門白酒草(Conyza sumatrensis)、喀西茄(Solanum aculeatissimu)、闊葉豐花草(Spermacoce latifolia)等(表1)。以上外來植物中的一些種類具有很強的環境適應性,因而引入景區后生長迅速且大量繁殖,因此對景區生態系統的完整性與自然性造成了一定的危害。
外來入侵植物優勢度綜合值在10%以上的種類有三葉鬼針草、飛揚草、小飛蓬、圓葉牽牛、鉆形紫菀、勝紅薊、南苜蓿、馬纓丹、決明、蘇門白酒草、銀膠菊、地毯草、裂葉牽牛、牛筋草等14種(表2)。
其中,菊科6種,豆科2種,禾本科2種,旋花科2種,馬鞭草科1種,大戟科1種。菊科入侵植物種數占總數的43%,也是全國范圍內引起外來植物入侵危害中種類最多的科。來源于熱帶美洲的有8種,北美3種,南美2種,印度、伊朗1種,來源于美洲的入侵植物種數占總數的57%。這與金子嶺景區所處地區的植物區系、地理關系、氣候條件與熱帶美洲的情況相似有關。另外一個重要的因素則是不斷增加的旅游和經貿活動使得外來植物的種子和植株進入本地的幾率大大提高。
實地調查發現,在路邊、灌草叢、荒地、以及部分疏林等人為干擾嚴重的區域,外來植物種類出現的頻率較高,而且長勢非常良好,種群內個體數密度大[9]。如三葉鬼針草沿著景區內道路兩旁呈塊狀或條帶狀分布,形成單種群群落,對景區原有物種的生長和分布造成了嚴重影響。
2.2 外來植物的入侵趨勢預測
外來植物的入侵過程一般分為引入、逃逸、種群建立和危害4個階段[10]。從外來植物入侵過程分析入侵植物的未來入侵趨勢,對制定相應的治理與防護措施具有重要意義。其中以菊科、禾本科等比例較大、優勢度綜合值在20%以上的7種外來入侵植物對景區生態完整性造成了嚴重危害。禾本科是進化類型,因而具有較強的環境適應能力。菊科植物在冬季或環境干擾嚴重的時候,由于其多為一年生植物,且種子數量龐大,可渡過不利時期。例如,三葉鬼針草的生活力和適應性極強,目前在廣西各地區的路邊、山坡灌叢、荒山和人工林等多種生境中大面積滋長,嚴重損害土著生態系統。此外,菊科和禾本科植物還具有體積較小、易于攜帶的特性,又往往被作為飼料與觀賞植物等用途引種,因而極易擴散到其他地區并成功入侵。這些植物由于其固有特性而具備極強的生境適應性,排擠甚至殺死擴散地區生態系統原有植物,形成單優群落,使當地的生物多樣性明顯降低。
優勢度綜合值在10%~20%的7種外來入侵植物為中等危害程度,其植物個體較為常見,但往往并不能形成大面積的單優群落。在金子嶺景區的外來植物中有著很多潛在的威脅,尤其是主要科的逸生種,這些外來入侵植物種類野化種群暫時還沒有擴展,對景區的生態系統還未產生嚴重危害。但隨著景區不斷對外開放,大量旅游人群的頻繁進出,若不對其加以重視,可能會威脅到景區的生態安全。
其余一些呈零星分布、危害程度較輕的種類往往處于引入初期階段,這些植物雖然對景區生物多樣性還未造成明顯危害,但也需對其擴散狀況進行嚴密監控。由于外來種形成入侵狀態前往往潛伏幾年、十幾年或者更長時間,其形成入侵的滯后性往往未引起人們的重視。因此對于這些引入初期的植物種類應在其分布較少時就進行清除,之后注意其擴張動向,以預防為主。
3 小結與討論
本調查結果表明,平樂金子嶺景區的外來入侵植物種類已達23種,外來入侵植物中來自美洲的最多,菊科、禾本科類所占比例較大,這些植物種類生態適應性較強,多數種類已經在全國其他省市特別是廣西桂林地區已經形成了比較嚴重的入侵態勢。歐洲、大洋洲與東亞地區的氣候和植物區系差異比較大,因而歐洲、大洋洲等地區的植物引入到東亞地區后不易存活和繁衍擴張成為入侵植物[11]。
在23種入侵植物中優勢度綜合值在10%以上的有14種植物,其中的三葉鬼針草、牛筋草、地毯草已表現出嚴重的危害性,其他種類也表現出了較高的綜合優勢度值。平樂縣的氣候條件為外來植物的生長和繁衍提供了良好環境,造成大量外來植物的入侵,進而對金子嶺景區生態環境造成了破壞。隨著平樂經濟的不斷發展與景區進一步對外開放,對外交流越來越頻繁,人為干擾嚴重,外來種傳播的機會加大。但由于公眾對外來入侵植物的危害認識不足,各種經濟活動在有意與無意中造成很多外來植物種類的引入和傳播擴散。若再不加以治理與防范,入侵植物將進一步加重排擠和扼殺金子嶺景區本地植物。
調查結果表明,金子嶺景區內共發現23種外來入侵植物。隨著旅游的進一步開發,游客的數量也會增加,這樣將會引入外來入侵植物的新種類,增加外來植物入侵的風險。因此,在實地調查與參考相關研究成果的基礎上結合本地現有條件,有必要建立外來植物的評估體系和數據庫,進而制定經濟、有效的防治對策。
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【關鍵詞】 藥用植物栽培學; 科技發展動態; 前沿知識
《藥用植物栽培學》(culture of pharmaceutical plant)是研究藥用植物生長發育、產量和品質形成規律及其與環境條件的關系,并在此基礎上采取栽培技術措施以達到穩產、優質、高效為目的的一門應用科學[1]。這門課程以植物學、植物生理學、生態學、遺傳學、昆蟲學、病理學和中藥學為基礎,借鑒了農業、林業、園藝等栽培植物的技術和措施,成為自成體系的學科[2],為人類的防病、治病和保健生產優質的中藥材。因此,本門課程的重要性在于:由于環境惡化、生態失衡、物種減少,導致野生藥用植物資源日趨減少,甚至有些種類瀕臨枯竭,所以,今后的中藥材在相當長時間內主要來源于人工栽培,尤其療效顯著需要量大的藥材更是如此。這就需要培養從事藥用植物栽培的人才,生產出栽培規范化、質量標準化的優質中藥材。
為達此目的,必須打破傳統觀念,在原有的課程內容體系基礎上,引入近年來的科學進展和高新技術新成就,以便拓寬課程體系的廣度和深度。
1 結合gap標準化種植知識,了解相關法令法規
藥用植物的栽培比普通農作物的栽培要求高,要符合gap標準化種植,對中藥材生產全過程進行有效的質量控制,是保證中藥材質量“穩定、可控”,保障中醫臨床用藥“安全、有效”的重要措施[3]。因此在教學過程中,不斷強調通過革新栽培技術,獲得高產量、高質量、低農藥和低重金屬殘留的原藥材。同時,補充學習國
家出臺的中藥質量管理規范內容,包括中藥材生產質量管理規范、
中藥提取生產質量管理規范、藥品生產質量管理規范等一系列管理規范和與藥用植物栽培直接相關的法令法規,使學生在今后的工作和科學研究過程中增加相關的規范意識和法律意識。
2 結合現代農業技術,扭轉學生錯誤觀念
針對學生認為藥用植物栽培就是簡單重復大田、林學、園藝等植物的栽培經驗,沒有科技可言這種狀況,將現代農業技術引入到課堂中,提高學習積極性。
2.1 增加病蟲害的生物防治和理化防治的內容在藥用植物栽培管理過程中,如何控制病害、蟲害和草害,是提高中藥材的產量、保證中藥材質量的關鍵。在講授藥用植物病蟲害防治時,除介紹一些常用化學藥物防治方法外,同時強調物理防治與生物防治的重要性,旨在盡量減少藥用植物中的農藥和重金屬殘留。例如:利用植物之間的對等效應[4,5],間、混、套作種植一些具有防病蟲害作用的植物;使用天然植物型農藥;利用天敵或一些致病真菌防治害蟲;利用紫外線誘殺害蟲;利用輻射或性激素干擾害蟲等措施,均可達到不使用農藥、無殘留、生態和諧的目的。使學生深刻地理解對于病蟲害 “預防為主、綜合防治”的方針,同時為今后學習和工作打下良好基礎。
2.2 增加節水農業的相關內容我國是世界上水資源貧乏的國家,尤其在某些久負盛名的地道藥材產區更是如此,為此,在講授灌溉的內容時,引入節水農業[6,7]的概念,包括工程節水、農藝節水、節水基因型篩選、植物精量給水、區域智能化給水技術等。同時重點介紹了以色列的滴灌技術和澳大利亞的局部根區變干給水技術,使學生了解國內外的新型灌溉技術以及技術改進后對于產品質量的改良效果。
2.3 增加生物入侵與防治的內容在藥用植物引種和馴化的過程中,要做好植物材料的檢疫。從國外或外地調運種子、種苗時,
必須經過檢疫,在確認無檢疫對象和主要病蟲害后,方可調運。近百年來,由于沒有入侵生物檢疫的概念而人為或無意引進我國的新物種非常多,對我國的生態和經濟都造成極大的損失[8,9]。這些實例能使學生清醒地認識到:外來物種可以改變生物的種群、群落甚至生態系統的結構和功能,對生態系統的平衡和人類社會的發展隱藏著巨大的威脅。外來植物一旦入侵成功,要徹底根除極為困難,因此在學習和生產過程中必須形成憂患意識,防患于未然。
2.4 增加綠肥和菌肥的內容在藥用植物栽培時,結合間、混、套作種植綠肥[10,11],不但可以改善土壤結構、增加土壤腐殖質含氮量、提高土壤肥力、藥用植物品質和產量,而且可以改善生態環境、減少水土流失,同時可以通過綠肥飼喂牲畜“過腹還田”、或放養蜜蜂生產蜂蜜,達到提高經濟收入的目的。利用菌肥[12,13]則可以通過菌肥中的微生物生命活動,改善作物的營養條件,固定空氣中的氮素,參與養分的轉化,促進作物對養分的吸收;分泌激素刺激作物根系發育;抑制作物有害微生物活動,利于藥用植物的生長發育。
3 結合生物技術,開拓藥用植物栽培新領域
無土栽培、細胞的工業化生產[14,15]雖然屬于生物技術范疇,但可以引用到藥用植物栽培,生產中不但可以打破土壤栽培的連作障礙,節水、節肥、省工,還可以在不適宜于一般農業生產的地方進行藥用植物種植,避免土壤污染、生物污染和工業污染,生產出符合gap標準的藥材。在授課過程中添加這些方面的內容,會使學生深刻認識到其中的技術所在,思路更加開闊。而脫毒快繁、細胞融合等技術也廣泛應用到藥用植物生產研究領域中。目前,蜜環菌、紫草、人參的細胞懸浮培養、地黃的脫毒苗、曼陀羅和百合等的花藥培養、桔梗的多倍體培育以及一些轉基因藥用植物的培育均取得成功,為藥用植物栽培提供新的發展方向。
4 結合中藥質量檢測技術,增強中藥質量監控意識
藥用植物引種栽培不單單以成活為目的,同時要求能正常生長發育,并獲得一定產量,而且藥效成分、含量以及醫療效果達到藥典要求,因此需要與中藥質量檢測技術相配合[16,17]。通過補充該課程的相關發展動態,使學生了解有關中藥質量狀況、中藥質量控制的思維方法與發展趨勢,增強質量意識,明確“藥材好,藥才好”的相關性,為今后從事藥用植物栽培、中藥質量控制、中藥質量規范化管理等工作打下一定的基礎。
5 結合實踐教學,培養動手能力和科研能力
《藥用植物栽培學》以植物學、植物生理學、生態學等知識為課程基礎,同時又要求與實踐相結合。由于現在的學生真正接觸農事活動的機會非常少,因此在課堂教學的同時安排一周的百草園內種植實習[18],可以使學生能更好的掌握中藥相關的知識。通過實踐教學,增強專業實踐技能,提高創新能力、分析和解決問題的能力。在實習之前,要求學生提前查閱資料,結合前沿的技術,自行設計一些切實可行的試驗,在實習和觀察的過程中,記錄相關試驗結果,分析和討論一些栽培管理措施對于藥用植物的產量和質量的影響,加深學生對《藥用植物栽培學》的理論理解和感性認識,同時培養了學生的動手能力、團隊配合能力和科學研究能力。
6 激發學生自學興趣,主動學習多學科前沿知識
在《藥用植物栽培學》的學習中,不但在課堂上讓學生了解到目前科技發展前沿,改變學生的錯誤觀念,同時結合課程論文,鼓勵他們充分利用圖書館和網絡資源,了解更多的相關學科的最新發展動態,將前沿知識與藥用植物栽培結合起來。例如,有的同學設計了太空藥用植物種子,將gps、rs和gis技術與藥用植物栽培結合,或結合生物技術生產超級人工包衣藥用植物種子,通過不斷引導學生主動查找資料,激發學生的興趣和求知欲,增加課外知識,逐漸重視藥用植物栽培的技術性與重要性。
由此可見,在教學過程中,注意穿插藥材生產、農業生產、生物技術的前沿知識,同時增加藥物知識、醫藥最新動態及臨床應用等方面的介紹,可以讓學生將理論與生產實際相聯系,將單一的專業課程與其它學科相聯系,不但縮短了對藥用植物栽培學知識技能的掌握時間,能夠快速進入實際應用,而且使學生系統掌握了中藥專業相關課程的內在聯系,大大激發學生學習本課程的動機和興趣,增強了教學效果,課程結束時學生調查結果反映良好,滿意度高。對《藥用植物栽培學》進行教學改革,符合中藥現代化、產業化、國際化的發展需求,能夠盡快為我國中藥gap標準化種植培養優秀人才,適應社會發展的需要,是切實可行的。
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中圖分類號:G4 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)08(b)-0034-02
環境生態學是20世紀70年代隨著環境問題的逐漸發展而興起的一門綜合性較強的交叉學科,它運用生態學的理論,研究人為干擾下生態系統內在的變化機制、規律和對人類類反效應,尋求受損生態系統恢復、重建和保護對策的科學。目前我國《環境生態學》的教材有10余部,其主要內容介紹生態學基本理論,而聯系我國生態環境問題的實際內容很少,并且教材之間及教材與其它相關課程存在大量的重復。過去對環境生態學教學內容優化和教學方法的改革主要針對環境科學專業的環境生態學課程,而與農業院校生態學專業的環境生態學課程的教學大綱要求存在很大的差別。因此,本人結合多年環境生態學課程的教學實踐及學生的反饋意見,對該課程教學內容、教學方法和手段等方面進行了一些探討。
1 環境生態學課程教學內容優化措施
1.1 選擇適宜教材,自已編寫教學大綱
通過比較國內外多部環境生態學教材發現,國內教材比較簡單,但對環境生態問題闡述的不夠深入;而國外教材對環境生態闡述比較深入,但知識點太多,知識面太廣,條理不夠清楚。結合本院生態學專業的自身特點,選擇盛連喜主編的《環境生態學導論》第二版為主要教材,以盧升高主編的《環境生態學》為輔,從生態系統的破壞與恢復―― 區域環境污染―― 生物入侵生態學―― 全球性環境生態問題―― 環境質量的生態評價為主線,重新編寫教學大綱,作為環境生態學課程教學的主要內容(見表1)。
1.2 精簡壓縮或刪減與其他課程重復的內容
根據本院生態學專業培養方案大綱,二年級開設一門專業基礎課普通生態學,然而該課程與環境生態學課程教材前四章內容完全相同,必須刪減這些重復內容。三年級開設了一門專業核心課“生態環境監測”,然而該課程與環境生態學課程教材中的第六章的部分內容完全相同,這部分內容也必須刪除。三年級還開設了一門專業選修課“景觀生態學”,與本教材的第六章也有部分內容相同,也同樣精簡壓縮,以避免教學時間和資源的讓費(見表1)。因此,根據本院生態學專業的特點性,生態學專業“環境生態學”課程教學內容重點應放在生態環境的實際應用性方面,再穿插一些普通生態學重要的理論展開講授。
1.3 結合專業特點,合理增加教學內容
生物入侵是我國當前生態學研究領域的熱點問題,特別是煙粉虱和紫莖澤蘭等的生物入侵,已成為我國目前重點攻關的科研項目之一。根據本院生態學專業教學培養方案重點是農業生態學方向。因此,在講授“環境生態學”課程時必須增加一些與農業生態類相關內容(見表1),而且又必須當前生態學方向的研究熱點,同時,也更能體現出教學的時代性和前瞻性。這樣使農業院校生態學專業的本科生對生物入侵渠道、危害和控制技術有一個全面的了解和認識,也能體現農業院校生態學專業學生的特殊性。
1.4 對生態學專業課程設置進行整合優化
環境生態學課程內容優化必須建立在對農業院校生態學專業培養方案深刻了解的基礎上,制訂詳細的教學大綱和切實可行的教學計劃,課程設置要有良好的延續性和關聯性。所以,建議在大學二年級階段設置普通生態學專業基礎課;在大學三年級開設環境生態學、生態監測污染和農業生態工程等專業核心課;而在大學四年級階段開設“景觀生態學、農業生態學、污染生態學、植物生態學”等多門生態類的專業選修課程。而且必須根據專業特點確定每門課程的核心教學內容,實現生態學系列課程的無縫銜接,避免重復,提高教學資源的整體效益。
2 環境生態學課程教學方法的改革
2.1 課堂討論與課堂講授相結合
環境生態學課程的知識面廣和多,大多是生態學理論原理。如果教師的知識面不廣,而又不采取靈活多變的教學方法,整個課堂會枯燥無味和沉悶。因此,這對教師的教學方法提出了更高的要求。本人結合多年的教學實踐,發現授課時要不斷提出問題,充分調動學生的聽課積極性,啟發生積極思維,使學生們快樂和輕松得學,從而達到良好的教學效果。特別講解一些枯燥無味和難懂的基本概念或理論時,可針對性的采用討論式、互動式、啟發式等豐富多彩的教學方法,鼓勵師生之間相互提問、相互探討,激發學生的學習熱情和興趣,同時,提高他們分析問題、發現問題、解決問題的能力。
2.2 教學與科研有的效結合
教學是基礎,科研是主導,只有將教學與科研效結合在一起,才能使講課的內容理加具有前沿性、獨創性和啟發性。教師自身的科研工作對教學也有一個很好的促進作用,可以為學生提供生動的素材。在講授“全球性環境問題及生態對策”這一章內容時,其中有一節內容是“溫室效對生態環境的影響”。內容明確指出產生溫室效應的是主要溫室氣體是CO2。而本人就將自已獲得一個基金資助的課題(高CO2升高下褐飛虱抗逆性變化的分子機制研究)的設計,思路和解決問題的方案等融入教學環節,加深學生對課程知識的認識。根據課題需要,讓部分學生利用課余時間或假期作為助手參與實驗,老師可適當的給學生發放一些科研補助,同時,也對學生實際動手操作能力、邏輯思維能力等方面有一個好的促進。通過鼓勵學生生申請和參與大學生科學創新項目等,提高其科研素質,進一步提高學生的創造力和主觀能動性,也能擴展學生的知識面,增強其團隊精神和自信心。
2.3 采用研究性教學模式,強化學生的研究性學習
在講授“環境污染的生態對策”這一章中“區域污染中的水污染”內容時,先通過實例介紹世界十大污染事件,引入水污污的危害。再由此提出問題,然后布置水污染會造成怎樣的危害?有怎樣的防治措施?對農業生產有什么樣的影響等相關教學內容。教師把班級學生分成若干組,安排每組學生在課前分別收集相關資料和制成PPT,然后每組派個學生代表在課堂上講解,講完后每組相互進行討論,最后老師進行總結與評價。采用這種研究性的教學模式,可以充分發揮學生的主觀能動性,使本來枯燥無味的理論課變的生動有趣,而且激發了學生的思維,同時也有助于培養出具有創新精神和創新能力的高素質人才。
2.4 合理利用多媒體手段輔助教學
為改善教學效果與提高教學質量,需要改變傳統課堂中的教學模式,應采用傳統式和多媒體手段相結合方式。根據教學目標和教學對象,通過多媒體手段把抽象的內容變成合適的文字、圖形、圖像等多媒體信息,將抽象內容轉變為生動形象的感性素材,再結合傳統式教學方法(板書形式)的講解,降低了教學難度。通過增強和豐富教學過程的外部刺激的方法,大激發了學生的主動學習的思維和興趣,從而達到提高教學質量的目的。
3 結語
近年來,隨著國際上生態理論的迅猛發展,以及全球各種環境問題的出現,使得“環境生態學”課程體系必須緊跟當前形式的發展需求,需要不斷補充和更新教學內容,使教學內容更具科學性、前瞻性和動態性。作為農業院校生態學專業該課程更應突出實際應用性和時代性。通過教、學、研的全方位結合,全面提高環境生態學的教學質量和效果,同時,也能提高學生分析問題和解決問題的能力。
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