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传粉昆虫多样性调查与监测工作之思考

已有 2615 次阅读 2019-4-9 15:07 |个人分类:传粉昆虫|系统分类:科研笔记

        2019年4月3日,国家科技基础条件平台中心在外国专家大厦召开了基础专项集中启动会。会议组织者对基础专项管理中预算、经费使用、财务验收、数据汇交等环节,分别邀请了专业处长给予指导,并就项目规范管理提出了新的思路。会后,经项目负责人、课题负责人和项目专家组沟通商定,“东部农林交错带传粉昆虫调查与评估”项目定于2019年4月下旬在北京胜利饭店召开启动会议。

       该项目从2008年开始连续提交立项申请。2018年通过中国科学院主管局处推荐,平台中心组织专家多次遴选,才从1000余备选项目中获得支持,实属不易。开展传粉昆虫本底调查,提升监测能力,以科学数据支撑评估工作,是项目设计之初的基本想法。项目能够获批启动,期待在未来四年能够助力传粉昆虫工作,培育新人。能够参与其中,我和同事们都倍感责任重大,任重道远。

       传粉昆虫是提供传粉服务功能、维持生态系统平衡的重要生物类群。90%的野生植物和75%的粮食作物依赖于昆虫传粉;全球粮食产量三分之一以上受益于传粉昆虫,其中野生传粉昆虫服务功能贡献率达70%;改善传粉功能可使作物增产12%~1090%。我国东部是粮食主产区,土地利用程度高,环境破坏亦较为严重。农林交错带是农区与林区之间的过渡生态交错区域,具过渡带边缘效应和脆弱性双重特点,也是传粉昆虫的庇护所,保存有丰富的传粉昆虫资源。该区域传粉者多样性面临严重威胁,故农林交错带传粉昆虫多样性保护与利用尤为重要。因缺乏系统性的综合调查,其传粉昆虫资源“本底”仍然不清,亟需开展相关基础资源调查和数据收集工作。

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项目所指中国东部地处我国地势第三阶梯,海拔最低,以大兴安岭-太行山-巫山-雪峰山为分界线,地貌以平原、丘陵和山地为主;南北跨纬度较广,气候自北向南分属于温带、亚热带和热带季风气候。该地区人口稠密,农业历史悠久,是我国粮食主要产区,农业现代化程度高。但过多的人类生活生产活动对该地区生态系统影响较大,造成环境污染,生境遭到破坏,从而使传粉者多样性面临严重威胁,故该地区传粉昆虫多样性调查、监测、保护与利用尤为重要。

       中国东部地区是我国最重要的农林经济区,包括东北、华北和长江中下游平原等商品粮生产区,以及东北、长江中下游丘陵和东南山地等林产品区。东部地区是我国生态保护的重点区域,聚集了农林产品重点提供区域、大都市群及重点城镇群,也是我国生态调节的重点区域(环境保护部和中国科学院 2015)。东部地区的农林交错带主要分布于二三阶梯分界线及内部部分山地和丘陵地区(如下图所示)。部分典型性和代表性区域能够有效展示我国东部传粉昆虫资源概况。

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       传粉昆虫调查与监测涉及多个环节。从样品的角度,涉及样方设计、样品采集、样品运输、标本分选、标本鉴定、多样性数据收集。从数据的角度,则涉及数据提取和数据分析。样方设计,一般都依从现有生态学已有方法(参考?)。我们在参加生物多样性与生态系统服务功能的过程中,获得了一些启发。能否按照不同的生境类型,设置一些多样性梯度,并开展可以控制部分因子的传粉昆虫监测试验?这样,试验可以简化了其它环节,专注实验中的传粉昆虫多样性数据的提取和分析。按照不同的生态功能区划,设置特定的长期监测站点,开展可控试验,还可以基于地方区系,降低分类学障碍,有助于提升传粉生态服务功能的科研能力。另外,在一些重点区域进行整体方案设计,甚至考虑特定的山脉、山头等,生态系统学、动物学、植物学、微生物学等不同学科专家共同参与数据获取和分析。这样才能在生态系统内整体考虑传粉生态服务功能的评估。

       样品采集大部分方案都按照已有分类学的实践制定。随着很多类群分类学人才队伍的发展,我们对很多类群的生物学习性有了更深入的了解。以往采集主要以扫网为主。近几年,马来氏网、彩盘等方法均得到较大范围的推广。以野生蜜蜂为例,巢管方法值得大力推广:这利用了很多蜂类物种在木头、竹管、芦苇等管径中筑巢的生物学习性。彩盘则模仿不同颜色的花朵,可以诱集一部分蜜蜂。同时,这些方法,还有利于收集到的传粉昆虫,直接储存在酒精或者其它试剂中,便于后续的DNA测序等数据获取环节。如何在这一部分有所突破?我和John La Salle博士(已辞世)曾经在堪培拉有过一些讨论:我想在马来氏网的收集口、巢管陷阱甚至有花植物附近,设置高清摄像头或者相机,定时拍摄到访的传粉昆虫。显然,摄像机或者相机不太可能获取所有传粉昆虫的图像。但设计好方案,所获得图像将可以用于多样性数据的分析。对于大区域的传粉昆虫分类是个问题,但对于特定监测点上的传粉昆虫,积累一定的时间和分类学经验,图像识别应该可以解决。

       传粉昆虫涉及类群较多。优势的类群涵盖了分类学中的几个大而难的类群:鞘翅目、膜翅目、双翅目、鳞翅目等。显然对每个类群的全国物种进行分类鉴定需要长期不懈努力。然而,最近动物研究所杨星科老师团队对甲虫开展了一些独到的工作,并取得了令人兴奋的进展。这个工作引入了图像识别、甲虫分类学等,开发了一个类似于“花伴侣”的软件,可以对甲虫图片开展大数据识别。即便是80%的保守估计,这个工作也方便了传粉昆虫工作的开展。同时,白明研究员还在香港加大甲虫样品和图像采集,并和“花伴侣”的李敏合作,争取有更高的识别率。部分解决了类群或物种识别问题,还需要研讨多样性数据采集的设备发明。激光扫描、高速摄像机、红外相机等已有设备,或许能给我们一些启示。我相信,这些工作,如果能够结合特定监测点传粉昆虫的识别,将极大促进传粉昆虫工作。

       昆虫传粉功能的量化分析,目前是中国昆虫学会传粉昆虫专业委员会工作的重中之重。根据目前国内外研究进展,传粉昆虫多样性、保护与利用已经成为世界热点。IPBES把传粉昆虫评估列为高度优先的议题,在过去的几年内在世界范围内开展评估。2017年35日,IPBES发布“传粉者、传粉与粮食生产的主题评估报告”。国内评估的难点还是在于传粉昆虫本底不清(有什么物种?哪些种群?)、动态缺乏监测(在哪里?如何变化?)、传粉功能缺乏量化分析(有什么用?)。前面提到的数据收集,如在全国推广,显然提升中国传粉昆虫多样性现状的分析能力。但传粉功能,是传粉昆虫基础科研工作落地的一个重要窗口。

       传粉昆虫及其功能,即便在科学界普及率也不高。通过项目,带动一部分年轻人,边学边干;通过项目,设立长期调查与监测点,可以起到一定示范作用;通过项目,组织公众参与调查,提升社会认知度;通过项目,发表科研成果的同时,及时通过微信等各种形式,进行科学普及工作。项目所涉及农林交错带,历史上交通相对不便,教育程度较低,普及需要新的思路。和中央民族大学龙春林教授交流,就获得很多启示:可以学习民族生物学的思路和方法,开展本底特色植物的传粉者研究工作。比如他提到地涌金莲就非常有意思。昆明植物研究所王红研究组2002年就发表了一篇该物种传粉昆虫的工作(DOI:10.1007/s00606-002-0200-6)。如果能够围绕这些特色植物开展传粉昆虫知识普及工作,那难度就小得多。

       中国是农业大国,粮食产量目前在双减的前提下,如何确保稳产增收?传粉功能能起到多少比例的贡献?中国是生物多样性大国,大量的小种群濒危物种,包括得到特定传粉昆虫授粉的有花植物的保护问题,都需要我们量化分析昆虫的传粉功能。根据量化分析的结果,筛选出特定区域,特定作物或植物的有效传粉者。以设施农业为例,国外部分部分熊蜂物种已经实现工厂化繁养和商品化推广。实际上,熊蜂还是很多野生物种的重要传粉者:华北山区77种熊蜂传粉的植物涉及49科339种;而云南南瓜农田生态系统中蜜蜂和熊蜂是最主要的传粉昆虫。目前,中国农业科学院蜜蜂研究所、北京农林科学院等单位都在开展熊蜂繁养科研工作。以苜蓿传粉为例,切叶蜂的基础生物学研究、扩繁和应用,历经半个世纪,仍然没有得到突破。因此,从落地应用的角度,传粉昆虫的筛选、扩繁和商品化,需要从产业的角度来思考创新方案。

       在最近接受中国科学报就熊蜂研究进展的一次报道中,我提出了一点建议。这也同样适用于其它传粉昆虫:要保护我国传粉昆虫资源,必须重视对本底的研究。尤其是这些重要的生态功能提供类群的传统分类研究还非常薄弱,我们监测能力还有待培育。应从本底的角度,加强传粉昆虫学队伍建设,用生态学手段来量化分析传粉昆虫动态变化和传粉功能,培育一支面向传粉昆虫的基础科研、评价和保护的生力军。

北京到昆明的航班

2019年4月8日




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