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我国鼠害学科发展现状与展望(下)

来源:   发布时间:2023-08-16 14:01:19   浏览:

上接:我国鼠害学科发展现状与展望(上)

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二、本学科国内外研究进展比较

1 害鼠生物学基础理论研究

近年来,我国鼠类治理学科与国际前沿领域存在较多的交叉发展,某些方面已经引领国际相关领域发展。如“全球变化生物学效应国际研究计划”(BCGC)由国际动物学会发起,是国际生物科学联合会(IUBS)核心项目,目前已实施10余年,具有重要的国际影响,并荣获国际生物科学联合会突出贡献奖(IUBS Award),应邀参与联合国IPCC第6次报告撰写。

2021年启动国家基金委重大项目《鼠类对全球变化的响应与适应机制研究》,项目主要围绕气候和环境因子变化、鼠类种群动态、寄生生物相关关系及调控机制展开,研究内容涉及宏微观多个层面的国际前沿热点。项目涉及的肠道微生物与鼠类能量代谢、繁殖、种群动态等属于哺乳动物微生物组国际前沿热点研究领域。鼠类响应和适应气候和环境变化的微观生物学机制研究所涉及表观遗传学与生态学、进化生物学的相关内容,也一直是国际前沿热点领域。鼠疫杆菌等寄生生物与鼠类种群关系,由于直接涉及人类健康安全,也是传统的国际热点研究领域。

鼠类种群数量动态不仅是害鼠监测预警的基础,也是鼠害学科控制技术研发的基础。国内外关于鼠类种群动态的研究,初期大多集中于种群数量年际和季节变化的规律描述。后随着统计方法和分析手段的发展,分析外界因子及人类活动等对种群长期动态的影响机制研究逐渐增多,这类研究结果的精确性主要与目标种群监测数据的可靠性及数据统计方法的有效性密切相关。

国外鼠类种群动态研究的数据主要基于标记重捕法获得,该方法监测到的种群数据能够直接计算种群出生率、死亡率等关键参数,其用于构建复杂数学模型的有效性要远高于国内常用的夹捕法数据,揭示的种群动态规律及其发生机制准确性也高于夹捕法数据。就监测数据分析研究看,国内外对鼠类种群数据的数学建模能力也差距明显。

国外对种群规律的研究主要采用种群指数增长模型、逻辑斯谛模型、矩阵模型及生命表分析模型等,这些模型的建立需要种群监测数据,包含详细的个体信息,而这类数据主要依赖标记重捕法获得,国内由于缺乏这类长期监测数据,采用这些模型分析鼠类种群动态的研究很少。

目前国外研究外界因子对动物种群动态影响机制的数学建模发展趋势是根据当前所观察到的样本信息结合研究者已有的专业知识和经验进行建模,即贝叶斯估计和假设检验模型(PANIW M,2021)。国内对纯模型的研究很少涉及,将贝叶斯模建模用于鼠类种群动态机制的研究有所涉及,但此类研究很少。

随着人们对全球气候变化的关注,各种野生动物成为人类研究全球气候变化对动物影响的焦点。通过研究环境因子变化对野生鼠类繁殖调控、环境应激调控的影响,科学家们在解析动物对环境因子响应神经通路、分子机制等基础理论。欧美国家科学家将鼠类,尤其是已经实现驯化的实验室品系作为模式生物进行应用和研究,主要集中在宏观生态的领域和生物保护领域,除了少数几个种类,较少关注鼠类野生种群的数量动态等深层调控机制。而我国出于鼠害控制的需求,害鼠野生种群数量及其动态一直是害鼠生物学研究的核心领域,除了宏观生态学领域关于害鼠种群动态与外部环境因子变化相关的研究,以逐渐积累的这些宏观数据为基础,害鼠种群动态调控的内在生理遗传机制也是正在兴起的主要领域之一。

与国外相关领域相比,我国学者基于历史数据的有关害鼠种群动态与环境变化关系的分析在国际上具有相当高的影响力,这些研究都表明我国在宏观生态基础研究方面的能力。而在微观领域害鼠基础生物学研究方面,尽管存在研究领域关注点的差异,总体上我国相关领域的研究还处于起步阶段,还存在很大的发展空间。国外利用完善的实验室条件以及鼠类驯化品系稳定的表型,在鼠类繁殖调控机制方面取得了重要的进展,但对从有害鼠类治理角度关注季节性繁殖调控的研究还很少,对其繁殖调控机制用于害鼠防控的研究基本没有,对于野生种群的繁殖特征及种群动态机制尚缺乏系统的研究。

我国鼠害治理研究处于世界前沿,借助相对更加完善的害鼠治理体系与实践活动。在害鼠生态学、生理学等方面积累了大量数据,并且近年来研究越来越深入和细化。然而与国外相比,很多历史数据缺乏规范、不连续和存在断层,很多基础生物学及理论研究方面还流于表层数据,远远不够深入。目前,即使在世界范围内,用分子生物学、表观遗传学等新方法、新理论解析宏观生态学现象的研究尚属前沿的研究领域,目前尚无太多的研究报道。正是由于国内外鼠害理念与实际需求的差异,为我国在害鼠生物学领域的研究发展提供了新的契机,与逐步完善的鼠害治理理念以及治理实践相结合,为本领域原创性和开拓性的成果提供了空间。

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2 鼠害监测及预测预报技术

鼠害预测预报是鼠害治理决策的依据,鼠害监测及预测预报技术研发一直是鼠害应用研究的核心之一。虽然我国是鼠害治理实践最为活跃的国家之一,但是鼠害精准预测预报,尤其是中长期预测预报,一直是短板。基础数据的采集与积累,以及基础数据的质量,是影响我国鼠害精准预测预报的主要瓶颈之一。如我国局部地区,也积累了长达30年以上的鼠害监测历史数据,然而近年来鼠害预测预报精准建模中发现,数据的质量,如科学性,精确度,相关影响条件的记录等,是影响建模准确质量的主要因素。

与国外相比,很多历史数据还嫌粗糙与缺乏规范,同时我国农业生态环境多样,总体上还缺乏标准化的相关基础数据的采集、录入体系。近年来,随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展,并将其技术开发应用到害鼠监测方面,我国已处于国家领跑地位,全国农业技术推广服务中心建立了国家级的“全国农区鼠害物联网智能监测大数据平台”,可实时监测和掌握各监测点的害鼠发生情况,这些新技术的研发和运用,都证明我国学者已经具备了相关能力。

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3 鼠害治理及应用技术

鼠害治理相关研究主要集中在亚洲、非洲等发展中国家。近年来,生态安全成为鼠害治理研究的重要关注点。在国家生态文明建设需求下,基于“生态优先”的鼠害治理策略正在成为我国林业、草原鼠害治理的基本发展方向,对高效智能监测技术和环境友好型治理技术的需求日益提高,将是引领我国鼠害治理技术与产品研发的主流方向之一。

鼠害治理行动中的统一部署和规模化实施,保证了我国鼠害治理的高效性。在与国外同行的交流中,我国先进的鼠害治理规划是最吸引国外学者的领域之一。与长期的鼠害实践经验积累相对应,尽管还缺乏从0到1的突破,但1到9的创新还是取得了很大的进步。依据多样的农业生态系统所研发的各种单项技术,如改进的TBS技术;适用于不同环境的毒饵站;不育治理技术等等,这些技术同样吸引了国外学者的目光。但从研究发展的角度,很多方面与欧美国家相比也存在较大的差距。

在欧美发达国家,对包括啮齿动物在内的野生动物的管理以及研究具有更加严格的立法,在研究中使用鼠类等野生动物都具有非常严格的管理条例。在包括鼠害在内有害生物治理策略制定中,生态环境的保护往往被放在第一重要的位置。而与欧美发达国家相比,由于我国粮食生产的压力,对鼠害容忍度阈值较低,这也是我国鼠害实践活动最为活跃的根本原因。随着人类生态意识的增强,生物多样性越来越受到人类的关注,生物多样性的高低指示着一个生态系统健康发育的程度,鼠类作为哺乳动物最大的类群,其生态学功能不容忽视。

三、存在的主要问题、发展趋势

1 存在主要问题

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1.1 鼠害的防治阈值

随着我国社会、经济的发展,人们满足物质需求的同时,对人类生存的环境越来越重视。“绿水青山就是金山银山。良好生态环境既是自然财富,也是经济财富,关系经济社会发展潜力和后劲。”这一理念蕴含着“生态阈值”的概念,生态阈值包含生态系统服务功能的阈值、生物多样性保护阈值、生态系统管理阈值。总而言之,生态阈值可以理解为人类实现自然资源可持续利用的理论和数据依据。

鼠类是特殊的有害生物类群,除了对粮食安全(包括牧草生产)及生物安全的直接威胁,鼠类暴发也将直接威胁生态系统安全,过度灭杀的鼠害控制技术将直接威胁生态系统安全,并且从生物多样性保护等生态角度来看,将逐渐导致比鼠类暴发更加不可逆的生态恶果。因此,单纯经济阈值已经无法满足当前鼠害的可持续防控,尤其是草原和林业区域鼠害防控策略及标准的制定,要同时考虑粮食安全、生物安全、生态安全和生物多样性保护。我国鼠害发生现状表明,鼠害防控将一直是保障我国粮食安全、生物安全和生态安全不可或缺的需求。然而我国鼠害防控生态阈值的研究目前几乎还处于空白阶段,如何在现有经济阈值的基础上,更加深入和客观地评价鼠类在不同生态系统中的功能,推进我国鼠害防控的科学性是亟待解决的首要问题。

1.2 鼠害监测技术

监测技术是鼠害预测预报、鼠害防控策略制定、防治效果评价等鼠害治理各个环节的基础。生态阈值的制定需要对相关生态因子长期精确大数据的获取与分析,也对鼠害监测提出了更高的要求。如鼠害防控生态阈值需要在鼠类种群密度变化监测的基础上,依据鼠害监测防治目标对相关联的因素同步进行观测获取,如植被变化、天敌种群数量变化等。不同生态系统中鼠类种类差异巨大,在各自生态环境中的功能截然不同,从而导致对鼠类监测的需求也截然不同。如害鼠行为及密度特征差异、不同农区鼠类为害特征差异以及不同草原区鼠类生态功能差异等,这些差异都对鼠类监测提出了极高的个性化监测需求。

将经典的鼠类种群生态学模型与快速发展的数学统计模型结合,定量预测鼠类种群的未来动态可为对其前置管理提供决策依据是鼠害监测技术发展的最重要目标。当前急需加强获取鼠害监测数据的科学性及标准化建设,并加强数据分析建模能力建设。

1.3 鼠害防控技术

鼠害防控的思路和方法从单一的杀灭害鼠向生态友好型鼠害防控理念和技术发展。天敌防控类的招鹰架技术、物理防控类的TBS技术、化学防控类的不育技术和以毒饵站为代表的杀鼠剂施用技术等,都是具有代表性的生态友好型技术。然而,从我国鼠害发生的现状和防控需求来看,尤其是草原和林业地区对生态优先的需求,生态友好型技术的缺乏仍旧是我国鼠害防控技术发展的主要短板之一(刘晓辉,2022)。

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2 发展趋势

2.1 用生态学的发展观治理鼠害

生物安全、生态安全需求是影响鼠害学科发展方向的核心因素,在鼠害治理理论层面,“生态阈值”成为鼠害治理策略制定的最主要因素之一。尤其在天然草原,过度灭鼠将导致比鼠害暴发更为严重的不可逆的生态灾难,制定合理的鼠害治理“生态阈值”是科学治理草原鼠害,实现草地资源可持续利用的必由之路。然而“生态阈值”的制定需要以鼠害发生规律及为害特征为核心数据兼顾植被、天敌等涉及草原生态平衡的多种因素。我国草原类型多样,主要害鼠种类发生规律截然不同,同时我国对草地资源利用需求压力大,目前我国鼠害相关研究及数据积累尚远远无法满足鼠害治理“生态阈值”的制定。因此,围绕鼠害治理“生态阈值”制定为目标的鼠害发生规律及应用技术研究,将是未来5年以至于更长时期鼠害治理学科的战略需求和重点发展方向。

2.2 害鼠生物学的基础研究

立足于中国特有的生态环境多样性、复杂性和鼠种特点,寻找有代表性的和特殊性的害鼠为研究对象。从生态系统整体出发,研究害鼠群落演替规律、种群数量暴发和成灾机理,揭示种群繁殖调控机制。针对环境与基因互作开展研究,采用先进的生理学、分子生物学、表观遗传学等先进微观技术,尤其是分子调控通路上深入解析鼠类繁殖调控通路,寻找主要基因及其表观调控模式、遗传机制,深入解析害鼠发生规律与环境变化的关系,为鼠害治理技术研发、综合治理措施制定等提供理论依据及支撑,达到害鼠防治的目的。

2.3 建立健全基于大数量物联网的害鼠智能监测系统

高效准确的监测技术是鼠害发生规律研究、鼠害发生动态监测、鼠害预测预报、鼠害治理策略制定及鼠害防控实施和效果评估的基础和依据。针对我国目前鼠害监测预警技术的现状,从整体上实现我国害鼠种群动态监测数据采集、录入、分析、输出与共享的标准化,从源头做起,在保证数据质量的前提下,实现数据采集的系统化和长期化,建立长期的标准化、数字化、智能化、自动化的鼠害监测预警体系。

2.4 鼠害防控技术

针对鼠害局部性暴发特征以及粮食安全和生物安全不可避免的应急性鼠害治理需求,在未来很长时期内化学防治仍将是鼠害治理不可或缺的方法。鉴于化学杀鼠剂(包括不育剂)不可避免的广谱作用,如何通过提高化学防治的靶向性提高杀鼠剂应用的安全性是鼠害治理技术与产品研发的主要发展方向之一。研发以“生态优先”为导向,以非灭杀性技术为主的鼠类种群调控技术与产品,将是草原鼠害治理技术与产品研发的重要发展方向。针对鼠传疾病发生主要通过体表寄生蚤类等为媒介的传播途径,在科学控制鼠类宿主种群鼠类基础上,针对鼠传疾病传播途径阻断的相关技术与产品也将是草原鼠害治理技术与产品研发的重要发展方向。开展杀鼠剂环境残留、鼠种特异性杀鼠剂研发等,有效降低杀鼠剂对环境的影响,更大地发挥杀鼠剂、不育剂等在害鼠种群调控中的作用。


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参考文献:王勇,刘晓辉,王登等.我国鼠害学科发展现状与展望[J/OL].植物保护:1-13[2023-08-10].DOI:10.16688/j.zwbh.2023290.


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