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我国鼠害学科发展现状与展望(上)

来源:   发布时间:2023-08-16 11:20:56   浏览:

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鼠类是重要的植食性哺乳动物之一,其摄食活动和行为对人类生产活动和健康都能产生很大的影响。由于其种类多,且数量巨大,造成的危害不仅涉及国家粮食安全、生态安全,还与人民健康安全密切相关。全国农业技术推广服务中心统计汇编数据,2011—2020年,我国平均每年农田鼠害发生面积2757万hm2,因鼠害造成的田间和农户储粮损失超70亿kg;因鼠害导致的粮食作物与经济作物损失最大可达到收获量的30%;鼠类为害的农户数每年超过1亿户(王登,2022);在粮食储存期间害鼠造成的损失也非常大,全国农业技术推广服务中心对11个省的抽样结果显示,农户户均储粮鼠害损失高达89.14kg。每年因鼠害造成草场受灾面积3644.69万hm2(花立民,2022),此外,鼠类可以传播包括鼠疫、流行性出血热等在内的近60种人畜共患病(王祖望,1996)。常发和高发鼠传疾病包括流行性出血热、钩端螺旋体病和包虫病等(赵哲,2021)。

害鼠频繁暴发危害,气候变化和人类生产活动是最主要两个原因。气候变暖导致的害鼠种群繁殖期延长和繁殖代数增加,栖息地范围扩大,都直接或间接地与鼠害暴发有关。人类活动是引发鼠害的另一个关键因素。如农区节水灌溉、免耕、温室大棚、农林果蔬复合种植等新型农业技术的推广与应用为鼠类的生存和繁殖提供了更为优越的条件;连年过度放牧造成的草原大面积退化导致植被更替向着有利于鼠害发生的方向发展。

国家需求的重大调整给鼠害学科提出了新的挑战:一方面国家粮食生产和疾病控制要求采用以灭杀为主的应急性防控措施;另一方面,天然草原功能定位的转换,要求采用以“生态优先”为主的鼠害治理策略。然而,针对粮食生产、疾病防控和草原保护而进行的鼠害控制是无法截然分开的。粮食生产、牧草生产和疾病控制需要将鼠类更严格地控制在较低密度,从草原生态保护的角度出发,则需要考虑生态系统的生态服务功能,防控害鼠,不仅仅是经济阈值,更为重要的是生态系统中的生态阈值。针对这些鼠害治理需求的矛盾以及鼠害学科发展面临的主要问题,“生态优先”和“精准监测”正在逐步成为鼠害治理领域的主流发展策略之一。

一、我国鼠害学科发展现状

1 啮齿动物基础生物学

1.1 种类、分布和危害区系

随着分子生物学技术的迅速发展,二代和三代测序技术的成熟,基因组学在啮齿类动物物种的分类厘定和系统发育研究中得到广泛运用,弥补了形态学分类的不足。使得我国一些啮齿动物的分类地位被最终确定,一些新种被陆续发现。截至2023年4月底,中国有啮齿动物244种。

仅2017年以来,四川省林科院刘少英团队等国内学者,发表我国啮齿动物新种23种:猪尾鼠属 Typhlomys 3 种(帝猪尾鼠 T.fenjieensis、黄山猪尾鼠 T. huangshanensis、小猪尾鼠 T. nanus)(HU Tingli,2021),松田鼠属 Neodon 8种(墨脱松田鼠 N. medogensis、聂拉木松田鼠 N.nyalamensis、波密松田鼠 N. bomiensis、伯舒拉松田鼠 N. bershulaensis、察隅松田鼠 N. chyuensis、廖氏松田鼠 N. liaoruii、南迦巴瓦松田鼠 N. namchabarwaensis、色季拉松田鼠 N. sherglaensis)(LIU Shaoying,2017),绒鼠属 Eothenomys 4 种(螺髻山绒鼠 E. luojishanensis、金阳绒鼠 E. jinyangensis、美姑绒鼠 E. meiguensis、石棉绒鼠 E. shimianensis)(LIU Shaoying,2019),绒毛鼯属 Eupetaurus 2 种(白西藏绒毛鼯鼠 E. tibetensis、云南绒毛鼯鼠 E. nivamons)(JACKSON S M,2022),白腹鼠属 Niviventer 2 种(剑纹小社鼠N. gladiusmaculus、冯氏白腹鼠N. fengi)(GE Deyan,2018),小黑姬鼠 Apodemus nigrus (GE Deyan,2019),高黎贡比氏鼯鼠 Biswamoyopterus gaoligongensis (LI Quan,2109),岷山花鼠 Tamiops minshanica (LIU Shaoying,2022),木里鼢鼠 Eospalax muliensis (ZHANG Tao,2022)。发现的中国新纪录包括道氏东京鼠 Tonkinomys daovantieni(成市,2018)、白尾高山䶄 Alticola albicauda(刘少英,2020)等。除此之外,还有不少亚种或者以前的同物异名被证明是独立种的情况。

在系统发育研究方面,首先理清了我国鼠兔科动物的系统发育关系,澄清了一些种的分类地位。发现鼠兔科起源于青藏高原腹地,并随着周边区域的抬升或者冰期的到来而向寒冷区域扩散(WANG Xiaoyun,2020);白腹鼠属起源于青藏高原东南部[21];鼢鼠类起源于我国横断山系南部(ZHANG Tao,2022)。

其次开展了我国田鼠亚科啮齿动物的起源、演化与系统发育研究,首次解决了中国田鼠亚科族级、属级和种级的系统发育关系(WANG Xiaoyun,2022)。发现中国横断山系是全球田鼠亚科最丰富的区域,该区域田鼠亚科分为东、西两大支系,两个支系的起源与9百万年前2次欧亚大陆北部向横断山系的迁徙事件有关,横断山系成为该2个支系祖先的避难所,在8-5百万年前,两个支系由于喜马拉雅造山运动经历了快速适应辐射和进化的历程。

松田鼠属于7百万年前起源于青藏高原,它们和毛足田鼠属Lasiopodomys有共同祖先,随着青藏高原的隆升,祖先发生了分化,一支适应高寒和湿润气候,留在了青藏高原,一支适应干旱环境,扩散到中国北部和中东地区,进而扩散到欧洲(GE Deyan,2021)。松田鼠的快速演化发生于5-3百万年前,喜马拉雅造山运动、雅鲁藏布江的形成和与帕隆藏布的连通事件、高山的阻隔对松田鼠不同进化支的独立种化起到关键促进作用。

另外还有一些基于线粒体或者少数几个核基因针对我国啮齿类开展的系统发育研究(CHENG Feng,2017)。这些研究的结论可能不完全准确,但对于我国啮齿动物的分类与系统发育研究是很有益的。

1.2 主要区域害鼠群落结构变化

区域性的鼠类群落结构变化是一个地区害鼠暴发危害的重要因素之一,优势鼠种的变化打破了原有种间的相对平衡,使其数量剧增,并造成危害。

在这方面,中国科学院亚热带农业生态研究所在洞庭湖区对东方田鼠Microtus fortis进行了长达30年的研究,近期的研究分析了影响湖滩小兽群落的一些相关因素,探讨了群落形成机理,取得一些阶段性进展(DAI Nianhua,2018)。对小兽群落主要成员的水生运动适应能力分析可以全面评估环境对鼠类群落结构的影响,拥有相应水生运动能力的鼠类只能适应相应水环境条件,如大水面洪水、小水面池塘稻田等,若鼠类所处生境的水环境条件格局发生时空变化,则其群落也会发生相应的演替(吴康娟,2020)。

广东省农业科学院冯志勇团队对华南地区农业害鼠进行了多年研究,结果表明:黄毛鼠Rattus losea是华南农区的优势鼠种及主要害鼠,约占农区鼠类数量的50%~80%,生物量约占农区鼠类总生物量的40%~60%(林思亮,2020)。而板齿鼠Bandicota indica个体大,其数量占比约为10%~30%,但生物量占比高达30%~50%。这两种鼠的生物量之和占华南农区鼠类总生物量的80%以上,是该地区主要的农业害鼠。

随着农村城镇化和种植结构的调整,板齿鼠的数量显著增加并呈现北扩的趋势,家鼠类如褐家鼠Rattus norvegicus和黄胸鼠Rattus tanezumi在农田的栖息分布也有所增加,而黄毛鼠的优势度下降,导致农业鼠害明显加重,对粮食作物、油料作物及瓜果类蔬菜的危害较大。

20世纪60-70年代小家鼠曾在新疆农区暴发成灾,随褐家鼠进入新疆,逐步取代小家鼠成为新疆农区优势鼠种(CHEN Yi,2021)。中国科学院动物研究所张知彬研究员带领的团队在科技部科技基础资源调查项目“农牧交错区有害动物多样性调查(2019FY1003)的支持下,对我国华北、东北地区与内蒙古接壤的农牧交错区,共6省125个旗县进行了调查,采用统一的规范和标准,针对华北和东北地区农牧交错区建立了172网格化抽样与重抽样调查体系,目前项目还在进行中,项目的完成可摸清该区域内啮齿动物的空间分布、栖息环境、种群数量、为害状况,同时建立DNA条形码快速鉴定系统,可实现调查数据的网络共享,对于该区域的害鼠发生、危害和指导防控都具有十分重要的作用。

1.3 主要危害鼠种种群数量动态规律及其调控机制

在农区重大害鼠褐家鼠的入侵暴发机制、洞庭湖区东方田鼠种群数量暴发机制等方面取得了重要进展。褐家鼠环境适应性极强,1975年,褐家鼠随铁路侵入新疆(陈丽,2012),2018年以来在南疆4地州暴发成灾。中国农业科学院植物保护研究所刘晓辉研究员团队对从新疆地区捕获的162只褐家鼠开展了线粒体基因分析,并与我国其他23省份的616只褐家鼠,世界其他国家的111只褐家鼠和51只自交系大鼠的线粒体基因进行比对分析。结果表明,南疆地区捕获的褐家鼠47.1%的个体来源于欧洲,43.7%的个体来自北疆种群的扩散,5.7%的个体与印度、美国及日本有较高的同源性(数据整理中,待发表)。

据分析,欧洲褐家鼠主要为典型指名亚种,与我国兰州地区褐家鼠为甘肃亚种明显不同,所以南疆地区褐家鼠基本可以确认为外来入侵种。洞庭湖区东方田鼠种群数量变动机制研究结果表明,湖滩是东方田鼠的最适栖息地,每年汛期,湖滩被淹,大量东方田鼠迁入农田,对作物造成严重危害,其危害程度取决于迁入农田的东方田鼠数量(ZHANG Meiwen,2018)。

随着人类大型工程的实施,洞庭湖生态环境的变化,湖滩植被的演替,黑线姬鼠Apodemus agrarius种群数量有逐年增多的趋势[28]。中国农业大学王登团队构建整合种群模型(IPM)分析了贵州省4个县超过30年间气候因子对黑线姬鼠种群月密度、繁殖相关的种群动态参数的影响。

结果发现,贵州省黑线姬鼠种群数量在过去30年间总体呈下降趋势;模型结果表明,30年间,当地春季温度升高,降低了雌性黑线姬鼠的怀孕率,进而导致了黑线姬鼠种群数量的下降。但春季温度升高对不同地区种群数量影响的作用效应存在差异。

该团队还对全国38个农区县级监测点捕获的褐家鼠体型大小与空间上温度变化的关系进行分析,揭示了由于褐家鼠分布区跨越广阔的温度带,其体型随纬度增加而显著增大(LI Ke,2022)。由于体型大的个体具有更高的存活力和繁殖能力,根据褐家鼠的体型空间变化规律,他们预测,南方的褐家鼠寿命更长和繁殖能力更高,种群大发生的概率更高。

刘晓辉团队研究了布氏田鼠Lasiopodomys brandtii 种群的周期性发生规律(乔妍婷,2021),发现光周期是布氏田鼠种群繁殖调控的首要影响因素,对温度变化具有上位效应,研究结果为布氏田鼠及其他典型季节性繁殖鼠类的精准预测预报提供了重要理论支撑(CHEN Yan,2019)。

中国科学院动物研究所王德华团队发现肠道菌群可以通过脑肠轴通路调控鼠类繁殖,特定肠道菌群可以调控布氏田鼠、长爪沙鼠 Meriones unguiculatus等鼠类关键基因表达进而影响鼠类繁殖状态,为鼠类新型控制技术研发提供了重要线索(ZHANG Xueying,2022)。甘肃农业大学花立民团队研究了高原鼢鼠 Eospalax fontanierii等鼠类与草原植被多样性关系(NIU Yujie,2020),证明鼠类在改善草原土壤理化性质以及高寒草甸植被生长及演替的重要生态学意义及价值,为草原鼠害治理生态阈值的探索与制定提供了重要支持。

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2 害鼠监测预警技术研究

害鼠监测技术主要着眼于通过调查害鼠种群密度的变化,建立害鼠种群密度变化与环境因子的相互关系,实现鼠害发生的预测预报。在这方面,除了传统的害鼠监测方法外,运用现代信息技术对害鼠的监测取得了长足进步。

害鼠种群数量智能化监测技术取得了重大突破,围绕鼠类传统监测方法效率低、准确度不足等核心问题,开展了无人机低空遥感、物联网智能终端识别等监测技术的研究,为突破鼠害治理的核心瓶颈问题提供了支撑。

在害鼠图像识别算法、终端监测设备、大型监测网络平台上取得了重大突破,张知彬团队和青岛清数科技有限公司合作,成功研发出鼠类智能标记重捕设备,在草原和林区运用取得了较好的效果(YANG Xifu,2022);

在农区害鼠物联网智能监测网络方面,全国农业技术推广服务中心与青岛清数科技有限公司合作,建立了害鼠智能监测的物联网终端设备,构建了基于图像的害鼠种类、年龄结构、种群数量和活动频次识别等的国家级农区害鼠智能监测平台和害鼠种类数据库,做到了害鼠种类自动识别、群落结构、年龄结构、种群数量变化等与危害预警相关的数据自动收集、处理、上报等自动化管理(姚丹丹,2022)。

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草原鼠害监测终端设备也取得了一批自主产权产品授权发明专利(一种基于深度学习模型的草原鼠情识别与量化方法和鼠情记录仪,专利号:202210454046.5),并结合草原鼠害监测站网络体系构建开展了应用推广,结合草地植被及天敌种群等草原生态系统整体监测,对于解决草原鼠害的监测难题、生态阈值研究与制定、生态优先草原鼠害治理的推进起到了重要的支撑作用。

在川西草原,四川省草原科学研究院与青岛清数科技有限公司合作,针对川西草原危害严重的鼢鼠和鼠兔,通过无人机拍摄取样、自动传输、图像自动识别等技术,实现了对草原鼠害的智能监测功能(周俗,2021)。同时,建立了川西草原鼢鼠和鼠兔危害数据库,实现了对草原鼠害、植被状况、斑块等自动处理,可为草原生态保护提供科学支持。

刘晓辉团队针对内蒙古地区草原鼠害发生特征及鼠害监测环节存在的问题,利用无人机、手持机等技术对布氏田鼠等鼠洞图像进行智能识别,为突破草原鼠害监测效率低、准确度不够的瓶颈提供了支撑。刘晓辉团队与新疆林草局治蝗办合作,开展了黄兔尾鼠 Eolagurus luteus发生面积、鼠密度、鼠洞凸斑与植被变化、天敌数量变化的全生态系统化智能监测体系研发,在环新疆准格尔盆地筹建了黄兔尾鼠智能监测网络体系。

王登团队利用无人机多光谱遥感图像结合卫星环境特征遥感图像,建立了草原群居性害鼠洞口密度与环境特征指数值间的定量关系模型,进而预测出草原上大尺度区域内每单位分辨率面积(如30m×30m=900m2)内的目标鼠洞口数量,获得了相应地表分辨率的草原鼠洞口数量分布图(甄磊,2023),解决了目前使用的大尺度空间草原鼠害发生情况人工或无人机遥感调查以点带面,粗糙评估的窘况。

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3 害鼠危害定量评估技术研究

鼠类在整个作物生长周期内都能造成危害,不同阶段的危害对最终收获产生的影响不一,将害鼠种群数量、时间动态和作物生长动态对产量的影响结合建模,可以获得整个作物生长期内的危害量,但其多涉及目标鼠种种群动态过程及作物生长动态过程中的多个指标,精确及大范围调查的难度非常大,目前还没有成熟可靠的数学模型,对于模型的合适度评价最终还得依赖实际产量调查。

王登团队在我国玉米主产区设立了对捕鼠器+围栏系统(trap-barried system,TBS),研究了TBS设置距离对玉米总产量、单株玉米产量及玉米植株密度的影响,发现玉米总产量和植株密度均随距TBS距离的增加而显著降低,直至150m左右时,达到对照样地水平;距TBS不同距离处的玉米平均单株产量无显著差异。这说明害鼠对玉米地的危害主要发生在苗期,鼠害造成玉米植株的减少是产量降低的直接原因(岳亚先,2022)。

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4 种群数量动态建模技术研究

害鼠种群数量动态和预测预报一直是相关学者关注的重点之一,王登团队实地收集了贵州省29年(348个月)的黑线姬鼠种群月监测数据,建立了由夹捕数据模型和种群生态经验模型组成的捕获率数据贝叶斯分层整合模型。

通过迭代的方法模拟了温度、降雨和作物类型等因子变化对鼠类种群数量的影响,实现定量预测黑线姬鼠种群数量的月动态。建立的模型能够逐月定量预测未来一年每个月的种群密度,提前6个月预测的各月密度,准确率超过90%。

该模型还显示,黑线姬鼠种群动态受到温度、降雨变化、农业生产系统改变的综合影响(WANG Deng,2021)。该研究首次实现了对黑线姬鼠种群未来1~12个月逐月密度定量预测预报,可为鼠害的前置防控提供决策依据。

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5 鼠害防控技术研究

5.1 化学防控技术

利用化学药物防控害鼠的技术在我国历史上鼠害暴发的治理工作中发挥了不可替代的作用。在全球气候变化、人类活动对生态环境造成很大影响等多种因素影响下,我国鼠害呈现多地局部暴发的态势,如东北、新疆、内蒙古、海南和两广地区的害鼠密度一直居高不下,对农林草等各个行业造成严重危害。在未来较长的一段时期内,鼠害的化学防控技术仍将是应对鼠害暴发不可或缺的技术手段。

目前我国登记的杀鼠剂有效成分仅包括7种抗凝血杀鼠剂,2种不育剂,及1种生物制剂。抗凝血杀鼠剂具有低毒、安全等多种优点,是世界最为广泛应用的杀鼠剂种类。在这方面,已有详细综述,本文不再赘述(刘晓辉,2021)。

5.2 物理防控技术

物理防控技术虽然可以避免化学杀鼠剂造成的危害,但大部分物理防控技术应对大面积鼠害防控的局限性很大,目前我国大面推广使用的物理防控技术只有TBS灭鼠技术这一种。

TBS技术的基本原理是利用鼠类有沿着物体边缘行走的习性,紧贴其途经的屏障边缘线设置陷阱,捕获小型啮齿动物的一种方式,可以实现连续性长期性的捕鼠效果。农业部全国农技推广中心牵头的我国各级鼠害监测点以及王登研究团队,开展了大量TBS技术在害鼠监测中的应用研究。

TBS与传统夹捕法监测法相比,更贴合农田害鼠自然种群的特征,在获得与传统夹捕法基本相同鼠密度变化特征的同时,能够更真实地反映害鼠种类及种群构成。同时,拟合我国地方农业生产特征,进行了大量的改进,在不影响捕鼠效率的前提下,便于田间操作。由于该技术可同时实现害鼠控制及种群密度监测,因此具有非常重要的应用价值。但该技术本身对害鼠种群数量有干扰,可能将影响准确的建模。这一问题还有待在未来的研究中加以解决。在鼠害绿色防控技术方面,TBS技术得到了进一步推广应用,并取得了量化控制效果评价等重要进展,为TBS技术进一步科学应用提供了重要支撑。

5.3 生态防控技术

鼠害的发生本质上是一种生态失衡的体现。利用生态系统中各物种间相互依存、相互制约的关系,将目标区域的鼠密度维持在一定范围的技术方法,是最理想的鼠害治理技术。该技术的发展高度依赖包含鼠在内的生态系统生态学等基础研究的发展,定量生态系统各因子改变量与害鼠种群数量变动的关系目前报道很少。

王登团队2020年-2022年期间,在青藏高原典型区域祁连县高寒草甸试点实施草地免耕补播、春季休牧、人工饲草料基地建植等改良措施。该措施在提高草原生产力和草牧业生产效益,增加农牧民收入的同时,还保护了草原生物多样性,实现了草-畜-人草地生态系统协调发展,降低了当地害鼠的种群密度,2022年休牧样地优势鼠种高原鼠兔的洞口密度较2021年最多下降了58.7%(甄磊,2023)。

5.4 杀鼠剂残留及抗性研究

抗药性及其监测技术研究。随着抗凝血灭鼠剂的长期使用,黄毛鼠的耐药性显著提高并出现区域性抗药性,其中珠江三角洲普遍出现了对第一代抗凝血剂的抗性种群,江门市新会区黄毛鼠的抗性率高达45.24%。

刘晓辉团队联合冯志勇团队,对我国过去30年来褐家鼠抗性特征进行了分析,发现我国褐家鼠抗性一直保持在较低水平,通过对抗凝血杀鼠剂靶标基因Vkorc1的多态性变化特征分析表明,我国褐家鼠种群缺乏高抗多态位点及实际上的轮换用药策略,是目前褐家鼠保持抵抗性水平的主要原因,并且提出轮换用药对于抗性发生的预防和治理具有重要意义。通过亚致死剂量多代饲养发现,非致死剂量抗凝血杀鼠剂的应用可以诱导褐家鼠抗性的发生;通过对不同地区不同害鼠种类Vkorc1基因演化特征分析发现,缺乏绿植荒漠地区的鼠类具有天然的高耐药特征(MA Xiaohui,2021)。这些结果对于指导杀鼠剂科学应用具有重要的理论和实践价值。

杀鼠剂安全性研究。随着观念的变化,对生态环境的关注和保护越来越受重视,对于化学药物使用的安全性也倍受关注,王勇团队针对目前使用广泛的抗凝血杀鼠剂溴敌隆开展了其在土壤中的残留和在非靶动物体内代谢方面的研究。结果表明,溴敌隆在土壤中的残留量随时间的变化而变化,从第1~第43天,其土壤中的含量是处于逐渐增加的趋势,之后开始下降,在第88天时浓度降到最低,这说明溴敌隆在土壤0~15cm的土层中完全降解大概需3个月左右。同时,在不同的土壤层中,溴敌隆的含量随时间的变化也有差异,在0~5cm土壤层中在施药后23d时残留的浓度最大,在5~10cm土壤层中在第43天时的浓度达到最大,在10~15cm的土壤层中在第58天时的浓度达到最大,表明溴敌隆在土壤中的残留和不同的土层有关,同时也说明随着时间的增加,该杀鼠剂逐步下沉到土壤深层(姜路帆,2019)。

炔雌醚等是张知彬研究员团队开发的鼠类不育剂,在我国对多种鼠类开展了不育控制技术,取得了较好的效果。该药物的使用对于非靶动物有什么影响也被广泛关注,王勇团队用该药物对家鸡的安全性研究表明,以对鼠有效控制剂量的15~150倍给药后,对家鸡没有致死性,且其对各生理指标的影响均呈时间和剂量相关性,对于雄性试鸡而言,炔雌醚仅会降低雄性生殖激素睾酮在血清中的含量,且各给药组睾酮的下降趋势均不会持续超过30d;高剂量炔雌醚给药和生殖激素的短暂下降均对雄性其他生理指标没有显著影响。相比于雄性,炔雌醚对雌性试鸡的影响较大。用药后30d内,炔雌醚会显著抑制雌鸡繁殖器官卵巢和输卵管的生长发育,造成雌性生殖激素促卵泡素和雌二醇水平在血清中的紊乱,给药浓度越高,所需的恢复时间越长,高剂量用药后繁殖器官脏器系数可以在135d内恢复到正常水平的原因(贺思媛,2021)。


下接:我国鼠害学科发展现状与展望(下)


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