森林病蟲害生態學與生物多樣性保護的前沿研究

摘 要 森林病蟲害是全球范圍內的重要生態問題，對森林生態系統和生物多樣性造成了嚴重的威脅。隨著人類活動的不斷擴張和氣候變化的加劇，病蟲害的影響日益加劇。文章綜述了生物多樣性維護在森林病蟲害管理中的作用。

關鍵詞 森林病蟲害；生態學；生物多樣性

中圖分類號：S763"""""" 文獻標識碼：A"" doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.02.018

森林是地球上最重要的生態系統，不僅提供了重要的生態服務，還是地球上生物多樣性的關鍵儲備庫。然而，森林生態系統一直受到各種壓力的威脅，其中之一便是森林病蟲害。森林病蟲害包括各種病害、蟲害和其他生物因素，對森林植被的健康和生態平衡產生了嚴重影響。在全球范圍內，病蟲害已經導致了大面積的森林凋零和生物多樣性喪失，隨著全球氣候變化的不斷發展，病蟲害問題正變得越來越復雜。

1 森林病蟲害對生態系統和生物多樣性的影響

1.1 真菌和病害

森林病害對生態系統和生物多樣性產生顯著而復雜的影響，其中包括真菌和病害的傳播和暴發。真菌是森林生態系統中最常見的病原體，其引發的病害可能對森林植被產生災難性的影響。首先，真菌引發的病害可以導致樹木的凋零和死亡，從而改變森林的結構和組成。例如，白松枯萎病是一種由真菌引發的病害，曾經對北美洲的白松造成毀滅性的危害，這些疾病導致了大規模的樹木死亡，對森林生態系統的穩定性產生了嚴重影響。其次，真菌和病害的傳播不僅影響宿主樹木，還對其他生物多樣性元素產生間接影響。在森林中，許多生物種群依賴于特定的宿主植物，而病害和真菌的暴發可能導致宿主樹木的減少，從而對這些生物種群的棲息地和食物來源造成負面影響。對其他野生動植物的生存條件也會造成嚴重威脅，尤其是那些高度依賴森林生境的物種。最后，真菌和病害引發的樹木凋零會影響森林生態系統的功能和生態系統服務。森林生態系統提供了多項關鍵生態系統服務，包括空氣和水質凈化、土壤保護、碳儲存和木材生產，病害引發的樹木凋零可能導致這些服務功能的降低，對人類社會和生態系統產生嚴重的負面影響。

1.2 森林害蟲

昆蟲害蟲在森林生態系統中扮演著重要的角色，但它們也可以對生物多樣性和生態系統功能產生顯著負面影響。害蟲以樹木和其他植物為食，威脅著森林植被的健康。首先，害蟲的大規模暴發可能導致樹木的大面積死亡。例如，松毛蟲、象甲等害蟲已經在全球范圍內引發了重大的森林危機，對森林的結構產生了顯著影響。其次，害蟲的侵害可能導致生態系統功能的改變，樹木的減少和死亡可能降低生態系統的碳儲存能力，影響水循環和土壤質量，以及減少野生動植物的棲息地，這些影響可能導致整個生態系統的不穩定，影響生態系統的生產力和恢復力。最后，害蟲的侵害還可能對生物多樣性產生負面影響。某些樹種可能對特定害蟲具有天然的抗性，而其他樹種則容易受到侵害，可能導致某些樹種的數量減少，而其他樹種增多，從而改變了森林的物種組成。此外，某些野生動物物種可能依賴于特定樹種作為食物或棲息地，它們的數量也可能受到影響。

2 生物多樣性維護在森林病蟲害管理中的作用

2.1 抗性和抑制效應

抗性多樣性指的是森林生態系統內不同植物和生物種群在面對病蟲害時表現出的不同程度的耐受性。抑制效應則是指生態系統內多種生物之間的相互作用，可以抑制害蟲種群的暴發。首先，不同植物物種或個體在面對相同的病蟲害壓力時，可能表現出不同程度的抗性。這種抗性差異可以降低某些害蟲對特定植物的侵害，因為它們不容易找到適合的宿主，稱為“植物抗性多樣性”。保持多樣性的植物社群有助于減輕病蟲害的暴發，因為它們提供了更多的選擇，使得害蟲更難以對某一植物種群造成嚴重危害。因此，不同樹種的抗性差異可以在林業經營中予以應用，以選擇更抗病蟲害的樹種造林，減少病蟲害引發的損失。

2.2 生態系統穩定性

生態系統穩定性指的是生態系統維持其結構、功能和響應能力，即使面對外部沖擊或變化也能保持相對不受影響的特性，生物多樣性在維護生態系統穩定性方面發揮著關鍵的作用，尤其是在抵抗病蟲害暴發方面。在森林生態系統中，不同樹種、植物、昆蟲和其他生物種群之間的多樣性可以降低病蟲害暴發的風險。因為某些害蟲可能對特定植物物種或樹種更具侵害性，但當生態系統內有多種不同的宿主時，害蟲往往難以專門攻擊某一物種，從而減輕了病蟲害的暴發。此外，生物多樣性還有助于維持生態系統功能的穩定性。生態系統功能包括生產力、食物鏈、養分循環和水循環等，病蟲害的大規模暴發可能干擾這些功能，但多樣性豐富的生態系統更具恢復力，可以更快地適應并恢復受損的功能。例如，一些樹種的減少可能會影響生態系統中的養分循環，但當存在多個樹種時，其他樹種可以彌補養分的流失，從而保持養分循環的穩定性。

2.3 生物控制

生物控制是指利用天敵和其他生物控制害蟲種群的增長，一些昆蟲、鳥類、蜘蛛和其他小型動物是害蟲的天敵，它們以害蟲為食，有助于維持害蟲種群的平衡。這種自然的生物控制現象有助于減輕害蟲對森林的侵害，而無須化學農藥的使用，從而降低了環境污染的風險。其次，生物控制可以通過引入非本地的天敵來控制外來害蟲的侵襲，這被稱為引入性生物控制，可以幫助管理外來害蟲，因為它們在新的生境中可能沒有天敵限制其種群增長。最后，生物控制有助于維護森林生態系統中的生態平衡，可以減少對化學農藥的依賴，從而降低對非目標生物的不良影響。

2.4 遺傳多樣性

遺傳多樣性指的是森林生態系統內不同個體和種群之間的遺傳差異，這些差異對樹木的抗病蟲害能力具有重要意義。首先，不同個體和種群之間的遺傳差異可能導致一些樹木個體對特定的病原體或害蟲具有天然的抗性。這種抗性包括對害蟲或病原體的抵抗力、快速的免疫反應或其他生理機制。其次，遺傳多樣性有助于森林的適應性增強，面對氣候變化和新的病蟲害威脅時，樹木種群需要具備適應性，以便在新環境中生存，遺傳多樣性提供了豐富的基因資源，使樹木能夠適應不斷變化的環境條件。最后，遺傳多樣性有助于減少遺傳漂變和瓶頸效應的風險。如果森林中的樹木種群缺乏足夠的遺傳多樣性，那么它們更容易受到遺傳漂變的影響，從而導致基因多樣性的降低，這種情況可能使樹木更容易受到病蟲害的攻擊，因為害蟲可能會找到更容易攻擊的宿主，通過維護足夠的遺傳多樣性，可以降低這種風險，使樹木種群更具穩定性。

3 生態學方法在森林病蟲害管理中的應用

3.1 生態學模型

生態學模型是一種強大的工具，可用于預測病蟲害的動態及其對生態系統和生物多樣性的影響。生態學模型可以采用多種方法，包括數學模型、計算機模擬和統計分析。首先，生態學模型可以用于預測病蟲害的暴發和擴散[1]。這些模型基于生態系統內各種因素的數據，如氣象條件、宿主樹種分布、害蟲生命周期和生態相互作用等模擬病蟲害的傳播和種群動態。通過這些模型，可以提前預警病蟲害的發生，采取及時的控制措施，以減輕其對森林生態系統的不利影響。其次，生態學模型可以用于評估病蟲害管理策略的效果。通過模擬不同管理干預措施，例如化學農藥的使用、生物控制和樹木品種的選擇等，可以預估其對病蟲害種群的影響，有助于確定哪種策略最有效，同時減小不必要的環境影響。另外，生態學模型可以用于研究病蟲害與生態系統的相互作用，包括研究病蟲害對森林結構、生態系統功能和生物多樣性的長期影響，模型可以幫助人們了解不同病蟲害對不同樹種和生物群落的影響，從而更好地理解生態系統的脆弱性和恢復能力。此外，生態學模型促進了跨學科研究和合作，生態學模型需要整合多種數據和領域的知識，鼓勵了生態學家、昆蟲學家、氣象學家、林業學家和生態學家之間的合作，為綜合分析病蟲害問題提供更全面的解決方案。

3.2 生態位競爭

生態位競爭指的是不同物種之間因資源的爭奪而產生的競爭關系，這種競爭關系可以影響害蟲的種群動態和生態系統的穩定性。首先，生態位競爭幫助我們理解害蟲的種群動態。在森林生態系統中，不同害蟲通常會競爭同一種或相似的資源，例如樹木的葉子、根系和果實等，這種競爭可以影響害蟲的數量、分布和行為[2]。通過研究不同害蟲物種之間的生態位競爭，可以更好地理解它們之間的相互作用，預測害蟲種群的增長和擴散，從而采取合適的管理措施。其次，生態位競爭可以用于策略性害蟲管理。通過了解害蟲之間的生態位競爭關系，可以選擇性地干預某些害蟲種類，以減輕它們的影響。例如，如果2種害蟲之間存在競爭，可以通過增加天敵或引入天敵針對性地控制其中一種害蟲，從而減少其競爭對手的壓力。另外，生態位競爭有助于生態系統的恢復，一些害蟲可能會對森林生態系統產生長期的不利影響，破壞了生態系統的結構和功能，通過了解害蟲之間的生態位競爭關系，可以采取措施恢復受害樹種的生態位，從而幫助生態系統恢復正常功能。

3.3 生物多樣性研究

生物多樣性研究有助于深入了解生態系統的多樣性和穩定性，以及對病蟲害的抵抗能力。首先，生物多樣性研究有助于了解不同生物群落中的物種多樣性。通過調查不同地區的生物多樣性，可以確定哪些物種對特定的害蟲具有抗性或對抗能力，以及哪些物種容易受到侵害，有助于識別潛在的天敵、寄主或競爭物種，可以用于害蟲控制[3]。其次，生物多樣性研究有助于揭示生態系統內的相互作用。病蟲害管理不僅需要考慮害蟲和它們的宿主，還需要了解其他生物種群，如天敵、捕食者、共生生物等在生態系統中的作用。生物多樣性研究幫助我們理解這些相互作用，從而更好地預測害蟲的動態和控制方法。另外，生物多樣性研究可以用于評估病蟲害管理策略的生態風險。不同的管理策略，如化學農藥的使用，可能對生態系統產生不同程度的影響。通過研究生物多樣性，可以評估這些策略對其他生物種群的影響，以確保它們不會導致生態系統的不穩定或生物多樣性的喪失。此外，生物多樣性研究有助于保護瀕臨滅絕的物種。一些受到害蟲侵害的樹種可能也是瀕臨滅絕的物種，因此在病蟲害管理中需要平衡保護這些物種的需求，生物多樣性研究可以幫助確定如何同時維護這些瀕危物種和有效地控制害蟲。

4 結語

綜上所述，維護森林生態系統的健康和生物多樣性是必要的，特別是在面臨病蟲害威脅的情況下。生態學方法幫助森林管理工作者更好地理解、預測和管理森林病蟲害。通過充分利用這些方法，可以采取有效的管理措施，維護生態系統的平衡，降低病蟲害的風險，同時保護和促進了生物多樣性。然而，這個領域仍然充滿挑戰，需要持續的研究和合作。

參考文獻：

[1] 程光，李洋，李彩虹.生物多樣性保護技術在森林病蟲害綜合管理中的應用研究[J].農業與技術，2022，42（18）：60-62

[2] 秦明良.師宗縣國有五洛河林場森林資源與生物多樣性保護研究[J].綠色科技，2021，23（13）：101-103

[3] 和茂珍，和文清.生物多樣性保護和森林病蟲害的綜合治理分析[J].農業災害研究，2021，11（10）：181-182