【#中国目前已发现660多种外来入侵物种#,如何精准有效防治?】目前,中国已发现660多种外来入侵物种,威胁本地物种和生态系统。
向外来物种入侵说“不”
一种名叫“鳄雀鳝”的怪鱼让专业人员围捕了好几天;看起来明艳的加拿大一枝黄花却有“生态杀手”的绰号;“个头比田螺大,产的卵是粉色的”,福寿螺在田间地头随处可见……近期,外来物种入侵的话题引发热议。
外来物种是怎么入侵的?危害有多大?如何精准有效防治?今年8月1日起,《外来入侵物种管理办法》正式实施。专家建议,应当从源头入手加强监管,严控外来物种入境,共同构筑生物安全屏障。
外来入侵物种知多少?
在中国已发现的660多种外来入侵物种中,215种已入侵国家级自然保护区,威胁当地物种和生态系统
“这是什么怪鱼?能不能吃?”“长得很凶,会不会伤人?”近日,全国多地先后报告发现鳄雀鳝。对这一外来入侵的新物种,不少人很好奇。
鳄雀鳝来者不“善”。据介绍,鳄雀鳝原产于北美洲,是一种淡水巨型食肉鱼。它是北美7种雀鳝鱼中最大的一种,能长到3米,繁殖能力极强,“胃口极大”,只要是水里的活物几乎通吃,坚硬的鱼鳞足以让它免受各种凶猛食肉动物的威胁。其肉质有剧毒,不可食用。
“鳄雀鳝作为一种外来入侵物种,进入国内后处在水生食物链的顶端。”农业农村部外来入侵生物防控重点实验室主任刘万学说,“一旦其进入了天然水域,很可能使当地的水体生态系统遭受灭顶之灾。”目前,各地已发起围捕鳄雀鳝的运动。
类似鳄雀鳝的外来入侵物种还有很多,有的就分布在城市居民区。“每次下完暴雨,花坛的枯叶下就会出现许多褐云玛瑙螺,也就是俗称的‘非洲大蜗牛’。”家住深圳的张木岑对记者说,“据说这种螺跟福寿螺一样,有上百种寄生虫和细菌,是外来入侵物种。我家小孩有时候在公园玩耍,我都会叮嘱她千万不要碰这种螺。”
何为外来物种入侵?根据世界自然保护联盟定义,外来物种是在自然和半自然的生态系统和生境中建立的种群,当其改变和危害本地生物多样性时,就是一个外来入侵物种,其造成的危害就是外来生物入侵。据统计,约有10%的外来物种能在新的生态系统中自行繁殖,可自行繁殖的外来种中约10%能造成生物灾害而成为外来入侵物种,即1%的外来物种成为外来入侵物种。
中国是遭受外来物种入侵危害最为严重的国家之一。根据生态环境部去年5月发布的《2020中国生态环境状况公报》,全国已发现660多种外来入侵物种。其中71种对自然生态系统已造成或具有潜在威胁,并被列入《中国外来入侵物种名单》。在660多种外来入侵物种当中,最多的是入侵植物,有370种,占到一半多;其次是动物,有220种,占到1/3。
“入侵物种对国内的种植业、林业、畜牧业等造成了严重危害。”刘万学说,“外来物种入侵是生物多样性丧失和物种灭绝的重要原因之一,也是威胁全球粮食安全的因素之一。”
危害有多大?
近十年来,中国入侵物种增加迅速,造成严重的生态破坏和生物污染,危害农林经济发展
外来入侵物种是怎么进入中国的?
据介绍,外来入侵物种的来源分为自然扩散、无意引入和有意引进。
无意引入一般是随国际贸易无意进入中国,比如随苗木和插条引进的杨树花叶病毒、随进口粮油、货物或行李裹挟偶然带入的长芒苋和通过自然扩散从东南亚进入中国的紫茎泽兰等。“近10年来,中国入侵物种增加迅速,平均一年增加2种。主要原因是随着国内改革开放政策实施,与国外的经贸、交通、文化、旅游等交流频繁,大量货物、人员涌入国内,明显增加了携带入侵机会。”河南省动物学会副理事长徐新杰说。
另一种则是有意引进,比如作为蔬菜引进的尾穗苋、茼蒿,作为观赏物种引进的加拿大一枝黄花、巴西龟,作为药用植物引进的洋金花,作为养殖品种引入的福寿螺、牛蛙、克氏原螯虾(小龙虾)等。
徐新杰提醒,随着人民生活水平日益提高,饲养异型宠物的人快速增加,电商网络交易平台也迅速发展,线上线下购买更加方便,异型宠物通过弃养、放生、逃逸扩散到了自然环境,也会造成不可预见的物种入侵。
“饲养异宠关乎个人喜好,也关乎生态安全。”业内人士告诉记者,一些宠物爱好者从国外非法网购国内没有自然分布的新奇异宠,不仅可能携带动植物疫病疫情,而且由于没有天敌压制,一旦逃逸或被遗弃,极有可能破坏生态系统。由此可见,异宠行业潜在的外来物种入侵风险不容小觑,防范工作不能大意。
外来入侵物种危害有多大?
一是可能造成严重的生态破坏和生物污染,导致生物多样性丧失。生态环境部南京环境科学研究所副研究员马方舟介绍,大多数外来物种成功入侵后会大爆发,造成严重的生物污染。“例如,外来物种巨藻和北美海蓬子可与我国东南沿海的土著盐生植物红树林进行生态位竞争,造成红树林资源减少甚至灭绝,进而严重破坏当地的生物多样性。”马方舟说,“此外,有些外来入侵物种还会与本土的相关近源种杂交,干扰并污染本土物种的遗传多样性。”
二是易引发生态灾难,危害农林经济发展。马方舟介绍,例如原产北美的美国白蛾1979年侵入中国,仅辽宁省的虫害发生区就有100多种本地植物受到危害。“再如位列世界自然保护联盟公布的全球100种恶性外来入侵物种之中的烟粉虱,是大田作物的主要入侵害虫,能够传播70多种病毒。烟粉虱已经扩散至全国大部分地区,每年受害作物面积高达几千万亩。”马方舟说。
三是有可能危害人类牲畜健康。例如,豚草花粉可导致“枯草热”;福寿螺可引起广州管圆线虫等寄生虫在人体内感染,严重者可致痴呆甚至死亡;牲畜误食紫茎泽兰茎叶后,会腹泻和气喘,花粉及瘦果进入牲畜的眼睛和鼻腔后,会引起糜烂流脓,甚至可能导致死亡。
怎么防治?
从源头预防,强化口岸防控,分类实施治理修复。
中国始终重视外来物种入侵防治,于2003、2010、2014和2016年分四批公布了《中国外来入侵物种名单》,防治力度逐年加大。今年4月22日,农业农村部第四次常务会议审议通过了《外来入侵物种管理办法》(以下简称《办法》),并经自然资源部、生态环境部、海关总署同意,今年8月1日起正式实施。
农业农村部科技教育司有关负责人介绍,《办法》对外来入侵物种源头预防、监测预警、治理修复等方面作出规定,从各个环节进一步加强外来入侵物种防控,构建全链条防控体系。“《办法》的出台使防范外来物种入侵有法可依,为做好我国外来物种入侵防控工作提供了政策保障。”刘万学说。
今后如何防范管理外来物种入侵?
首先是规范引种管理。农业农村部科技教育司有关负责人介绍,因品种培育等特殊需要从境外引进农作物和林草种子苗木、水产苗种等外来物种的,应当依据审批权限办理进口审批与检疫审批。属于首次引进的,引进单位应当进行风险分析,并向审批部门提交风险评估报告。
同时,《办法》提出,海关应当加强口岸防控,对非法引进、携带、寄递、走私外来物种等违法行为进行打击,对发现的外来入侵物种依法进行处置。
此外还将加强境内检疫。县级以上农业农村、林业草原主管部门加强境内跨区域调运农作物和林草种子苗木、植物产品、水产苗种等检疫监管,防止外来入侵物种扩散传播。
既要做好防范,也要治理修复。依据《办法》,对外来入侵植物的治理,可根据实际情况在其苗期、开花期或结实期等生长关键时期,采取人工拔除、机械铲除、喷施绿色药剂、释放生物天敌等措施。对外来入侵病虫害的治理,应当采取选用抗病虫品种、种苗预处理、物理清除、化学灭除、生物防治等措施,有效阻止病虫害扩散蔓延。对外来入侵水生动物的治理,应采取针对性捕捞等措施,防止其进一步扩散危害。
“不管它是否有入侵特性,对于外来物种,未经批准都不得擅自引进,更不能随意丢弃。”农业农村部科技教育司有关负责人介绍,生物安全法规定,任何单位和个人未经批准,不得擅自引进、释放或者丢弃外来物种;长江保护法规定,禁止在长江流域开放水域养殖、投放外来物种或者其他非本地物种种质资源;刑法规定,违反国家规定,非法引进、释放或者丢弃外来入侵物种,情节严重的,处三年以下有期徒刑或者拘役,并处或者单处罚金。(人民日报海外版)

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什么是生物膜?
生物膜法是一种高效的废水处理方法,具有污泥量少,不会引起污泥膨胀,对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力,运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜,当污水流经载体表面时,污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢,同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中,从而使废水中的有机物得以降解。
活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分,更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中,有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面,进而进到生物膜内部,只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化,最终形成各种代谢产物。另外,在生物膜反应器中,由于微生物被固定在载体上,从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离,使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此,生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。
首先,悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上;然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解,并发生代谢、生长、繁殖等过程,并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜,这层生物膜具有生化活性,又可进一步吸附、分解废水中有机污染物,直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。
根据Characklis、Liu等人的研究,微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段,具体描述如下:
微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后,首先进入吸附期。由图可见,有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面,附着了较多物质的位置往往是载体的凹处,不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长,出现较明显的一个污泥层。
经过不可逆附着以后,微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境,在供氧和底物充足的情况下,吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景,由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。
随着培养驯化时间的增长,在载体表面生长的生物膜也迅速增长,逐渐覆盖整个载体表面,并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀,在载体比较突出的地方,生物膜比较薄,而凹处则会长出相当繁盛的菌落,可见水力剪切对生物膜的生长具有重要的影响。在载体表面附着生长的微生物种类也很繁多,除了累枝虫、钟虫外,还可观察到丝状菌、球菌、杆菌等,还有一些游泳性的细菌在活动。如下图所示。随着载体上附着了越来越多的生物膜,载体的表观密度逐渐会下降,变得更轻,更容易流态化,同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
2. 生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
2.1 载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下,微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术,如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷,从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面,与光滑表面相比,粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积;另一方面载体表面的粗糙部分,如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用,使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为,相对于大粒径载体而言,小粒径载体之间的相互摩擦小,比表面积大,因而更容易生成生物膜。另外,载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现,在载体质量浓度很低情况下,即使生物膜厚达295μm,还是不能达到稳定的去除率。但是,在载体浓度为20-30g/L时,即使只有20%的载体上有75μn厚的生物膜,反应器依然能达到稳定的(98%)去除率,COD负荷最高可达58kg/(m3·d)。
2.2 悬浮微生物浓度
在给定的系统中,悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲,随着悬浮微生物浓度的增加,微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明,在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度;随着微生物浓度的增加,微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前,微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤,一旦超过此临界值,微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制,不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后,载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
2.3 悬浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增长率(μ)来描述,即单位质量微生物的增长繁殖速率。因此,在研究微生物活性对生物膜形成的最初阶段的影响时,关键是如何控制悬浮微生物的比增长率。研究结果表明,硝化细菌在载体表面的附着固定量及初始速率均正比于悬浮硝化细菌的活性。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也得出同样结果。影响悬浮微生物活性的因素主要有如下几种。
(1)当悬浮微生物的生物活性较高时,其分泌胞外多聚物的能力较强。这种粘性的胞外多聚物在细菌与载体之间起到了生物粘合剂的作用,使得细菌易于在载体表面附着、固定;
(2)微生物所处的能量水平直接与它们的增长率相关。当卢增加时,悬浮微生物的动能随之增加。这些能量有助于克服在固定化过程中微生物载体表面间的能垒,使得细菌初始积累速率与悬浮细菌活性成正比。
(3)微生物的表面结构随着其活性的不同而相应变化。Herben等人研究发现,悬浮细菌活性对细菌在载体表面的附着固定过程有影响,而且,细菌表面的化学组成、官能团的量也随细菌活性的变化有显著变化。同时,Wastson等人的研究表明,细胞膜等随悬浮细菌活性的变化而有显著变化。细菌表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定。因此,通常认为,由悬浮微生物活性变化而引起的细菌表面生理状态或分子组成的变化是有利于细菌在载体表面附着、固定的。
(4)微生物与载体接触时间。微生物在载体表面附着、固定是—动态过程。微生物与载体表面接触后,需要一个相对稳定的环境条件,因此必须保证微生物在载体表面停留一定时间,完成微生物在载体表面的增长过程。
(5)水力停留时间(HRT)。HeUnen等人认为,HRT对能否形成完整的生物膜起着重要的作用。在其他条件确定的情况下,HRT短则有机容积负荷大,当稀释率大于最大生长率时,反应器内载体上能生成完整的生物膜。刊huis等人的试验证明了这种观点。在COD负荷为2.5kg/(m3·d),HRT为4h时,载体上几乎没有完整的生物膜,而水力停留时间为1h时,在相同的操作时间内几乎所有的载体上都长有完整的生物膜,且较高的表面COD负荷更易生成较厚的生物膜,即COD负荷越高,生物膜越厚。周平等人也通过试验证明了较短的水力停留时间有利于载体挂膜。
(6)液相pH值。除了等电点外,细菌表面在不同环境下带有不同的电荷;液相环境中,pH值的变化将直接影响微生物的表面电荷特性。当液相pH值大于细菌等电点时,细菌表面由于氨基酸的电离作用而显负电性;当液相pH值小于细菌等电点时,细菌表面显正电性。细菌表面电性将直接影响细菌在载体表面附着、固定。
(7)水力剪切力。在生物膜形成初期,水力条件是一个非常重要的因素,它直接影响生物膜是否能培养成功。在实际水处理中,水力剪切力的强弱决定了生物膜反应器启动周期。单从生物膜形成角度分析,弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面的附着和固定,但在实际运行中,反应器的运行需要一定强度的水力剪切力以维持反应器中的完全混合状态。所以在实际设计运行中如何确定生物膜反应器的水力学条件是非常重要的。


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