气候变化与入侵物种

气候变化与入侵物种（Climate change and invasive species）谈的是气候变化导致环境不稳定的过程，环境受影响之后会促进入侵物种（某个地区史上未曾有过的物种）的传播。
入侵物种会成为许多国家的财政负担。入侵物种会造成生态退化，改变功能，并把其提供的服务降低。另外还需额外成本来控制入侵生物的蔓延、减轻进一步的影响以及恢复生态系统。例如在1906年至1991年间，有79种入侵物种在美国造成估计有1,200亿美元的损失。入侵物种让中国国内生产毛额 (GDP) 每年减少1.36%。 管理生物入侵的成本会很昂贵。在澳大利亚，每年为监测、控制、管理和研究入侵杂草的费用约为1.164亿澳元，完全由中央和地方政府承担。 但在某些情况下，入侵物种会有好处（例如经济报酬）。譬如可砍伐入侵树木用于商用林业。但在大多数情况下，经济报酬会远小于入侵所产生的成本。
人为导致的气候变化和入侵物种的增长与生态系统的变化直接相关。这些生态系统受去稳定化的影响，会为入侵物种创造更适宜的栖息环境，让它们在离开原栖息地后仍能成长茁壮。美国农业部也认为气候变化与入侵物种是导致全球生物多样性丧失四大原因中的两个。
控制入侵物种进犯的方法包括有预防、早期发现、气候预测和基因控制，其中最有希望的是透过基因控制的手段。。
背景.
气候变化对受影响地区及当地栖息地的动植物产生。其影响中包括大气中二氧化碳浓度升高、水中pH值变化，甚至会导致物种灭亡。这些因素通常会给生态系统中的本土生物带来生理压力和挑战。当一地气候条件明显变暖或变冷，可提供机会让非本土的陆地生物和海洋生物迁入，与当地已存在的物种竞争。当外来生物具有良好的适应性时，就有可能接管当地生态系统。
城市化的建设过程中，有机会导致本地物种死亡，而由非本地物种取代，这可能会影响到生态系统内的营养水平。气候变化的影响会对本土生物体产生生理压力，而提升外来物种入侵的机会，更进一步破坏原有生态系统。
本节摘自气候变化。
“气候变化”在常见用法中描述的是全球变暖（全球平均气温持续上升）及其对地球气候系统的影响。更广泛意义的气候变化（参见气候变率与变化）还包括之前长期的地球气候变化。目前全球平均气温上升速度比之前的更快，主因是人类大量燃烧化石燃料所引起。使用化石燃料、砍伐森林及一些农业和工业活动均会增加温室气体排放（特别是二氧化碳和甲烷）。温室气体可吸收及保留太阳辐射的部分热量，大量的温室气体会在地球的对流层及平流层中捕获并累积更多的热量，而导致全球变暖。
定义.
入侵物种.
根据国际自然保护联盟（简称IUCN）于2017年的定义，入侵物种是“由当地自然环境以外所引入，且会对当地生物多样性、生态系统服务或人类福祉产生负面影响的的动物、植物或其他生物体。”
而气候变化也会让人们重新把所谓入侵物种给予定义。随著时间演进，一些从前被认为具有入侵性的物种可能会在生态系统中变得不那么有影响力，而其他以前被认为是非入侵性的，反可能会变成入侵物种。与此同时，有相当数量的本地物种将会被迫迁移到新的地区。
物种分布的变化及入侵物种产生影响的变化使得为“入侵物种”定义变得困难 - 而成为该如何订立的一个案例。因为前述的动态变化，研究人员Hellmann等人（Hellmann et al. ）于2008年发表的研究报告，其结论是入侵物种应定义为“最近引入的类群”，且会“对本土生物群、经济或人类健康产生重大负面影响者”。因此随著气候变化而把分布范围扩大的本土物种，只要不造成相当大的损害，就无须归为入侵性。
人类史上引入的类群随著世代发展而变化，引入的速率也有变化。对全球外来物种首次引入的记录（以单位时间内在当地定植的外来物种首次有记录为基础）的研究显示，于1500年-1800年期间，此情况一直处于较低水平，而自1800年开始，比例持续上升 。所有首次外来物种记录中有37%发生在1970年至2014年期间。
外来物种入侵是生物多样性丧失的主要驱动因素之一，是第二大常见威胁，与16世纪以来发生的某些物种灭绝有关联。外来入侵物种还能降低自然栖息地、农业和城市地区对气候变化的韧性。反过来，气候变化也将栖息地对应物种入侵的韧性降低。
生物入侵和气候变化两者是影响全球多样性的关键因素。但所产生的影响通常会被分开看待，因为其中有多个驱动因素以复杂且非累加的方式相互作用。然而气候变化造成的一些后果已被广泛认为会加速外来物种的扩张，其中之一就是气温升高。
入侵途径.
生物入侵所采的是逐步进行的方式（称为入侵途径），包括四个主要阶段 - 引入/输送阶段、移生/偶发性阶段、建立/归化阶段和环境散布/入侵阶段。所谓途径，其概念所描述的是某些物种在每个阶段需要克服的环境考验才能成为入侵者。有许多机制会影响每个步骤的结果，气候变化就是其中之一。 
在初始输送阶段，其中的考验为地理特征。对其次的移生阶段，考验由非生物胁迫（如强烈阳光、温度或风）构成，而在第三个建立阶段，考验由间交互作用构成。在最后的环境散布阶段，地理景观的某些因素构成这些物种需要通过的考验。
交互作用.
气候变化与入侵物种之间的交互作用非常复杂，且不易评估。气候变化可能有利于某些入侵物种，但会伤害其他的，但很少有研究人员能确定气候变化对入侵物种造成的具体后果。
研究人员早在1993年就推测进入坦桑尼亚乌桑巴拉山脉东部森林中的外来树种是气候/入侵物种交互作用的结果。当地气温变化、极端降水和薄雾减少被认为是促进这种入侵的可能因素。
由于入侵物种与本土物种的特征不同，加上不同的管理策略和物种丰度，气候变化对两者的影响并不相同，这种影响会由入侵物种直接产生，但也会由于其他因素而间接产生，例如其作为有害生物或是捕食者物种。
引进入侵物种的有利条件.
对入侵途径阶段的影响.
气候变化与许多现有的压力因素交互作用，影响到入侵物种的分布、传播、丰度和影响。因此相关文献中通常会将气候变化对入侵物种的影响，在入侵途径的每个阶段分别考虑：（1）引入/输送、（2）移生/偶发性、（3）建立/归化，（4）散布/入侵。根据研究人员赫尔曼（Hellmann）的说法，气候变化在这些阶段中对入侵物种有5个非排他性结果：
气候变化造成的第一个后果是输送机制和引入机制受到改变，由于入侵通常是具有目的（例如生物防治、休闲捕鱼、农业活动）或意外经人类协助而被引入，而气候变化会改变输送的模式。娱乐和商业活动的变化将改变人类交通方式，并让某些非本地物种的从无变有，例如联结到新的区域或超过足以繁殖的特定阈值。延长的海运季节可增加非本地物种的输送数量，升高支持例如等可能入侵者的繁殖体压力。此外，出于休闲活动和保护目的而引入非本地物种的情况也可能会增加。
气候条件变化后可能会降低本土物种的竞争能力，一些原本不成功的非本地物种将趁机定植。有多种因素可提高外来物种定植的成功率。
有多种气候因素会影响到现有入侵物种的分布。由于寒冷温度而产生的限制将因全球变暖而发生变化，受此限制的物种将可往更高海拔和更高纬度地区移动。降水模式变化、河流流量和盐度变化频率也会影响对入侵物种的水文限制。许多入侵物种可因适宜气候出现而进行长距离迁移。
对本地物种的影响会因入侵物种的种群密度而改变。本地物种或资源的竞争交互作用和丰富程度也会对入侵物种产生相对影响。
不同管理策略的有效性由气候状况决定。例如随著气温升高，原本利用低温、严寒或冰封对入侵物种进行机械性控制将会变得不太有效。利用农药控制入侵物种的有效性也会发生变化。一些生物防治药剂与其目标之间关系的解耦也会对于入侵物种有利。但在另一方面，由于物种范围重叠，生物防治药剂的有效性反可能增加。
对气候条件的影响.
研究气候变化如何创造有利于入侵条件的另一角度是考虑对物种生存造成影响的环境变化。这些环境变化包括温度（陆地和海洋）、降水、化学（陆地和海洋）、洋流和海平面上升。
现在大多数关于气候引起的生物入侵的文献都涉及变暖效应，因此温度对入侵的影响的信息会多过降水模式、极端天气事件和其他气候条件的信息。
温度.
一些研究人员发现，气候变化将环境条件改变，让物种能将活动范围扩大到以前无法生存或繁殖的地区，而有利于物种分布。主要是归因于气候变化引起的温度升高。如前所述，地理分布的变化也将挑战入侵物种的定义。
在水域生态系统中，寒冷的气温和冬季是限制目前入侵物种生存的因素，而全球变暖有可能导致新物种入侵。
在入侵途径的每个阶段，温度都会对入侵物种的成功产生影响。其中包括促进以前在各地区未能成功定植和成功繁殖的物种、改变本地物种和入侵物种之间的竞争交互作用、改变海拔和纬度的限制以及影响管理的有效性。全球变暖还会改变人类活动，例如交通运输，而增加生物入侵的机会。
极端天气事件.
气候变化可能导致寒冷冬季或风暴等极端天气的增加，这可能会给当前的入侵物种带来问题。当突然的季节变化（例如特别寒冷的冬天）时，已适应温暖或更稳定气候的入侵物种可能会处于不利地位。因此难以预测的极端天气可作为入侵物种的限制机制，减少入侵物种进入受影响地区的数量。但洪水等极端气候事件也会导致先前受限制的水生物种逃逸，或是清除现有植被而让土壤裸露，让入侵者更易定植。
入侵物种得益于气候变化.
让入侵物种在气候变化时得以成功的重要因素是它们与本地物种相较，具有相对的优势条件。入侵物种通常具有一系列让它们成功的特征（例如，在不利条件下的生存能力、广泛的环境耐受性、快速生长能力和较大的分布领域）。这些特征往往能让它们能成功与本地物种竞争。然而，入侵物种并非唯一拥有、也并非所有入侵物种都具有这些特征。有些物种会从气候变化中受益，而另一些则会受到更大的负面影响。例如纵然入侵物种有能力进入新的新环境，但因其存在而导致生态系统中的食物链中断，反会造成自身与其他物种大规模死亡。由于入侵物种沿著入侵途径的选择过程行动，会较本地物种更有可能携带有利于它们在变化环境中生存的特征。
由于气候变化的影响，一些依赖互利共生关系本地物种的适应性和竞争能力会下降。而非本地物种很少依赖这种关系，因此较少会受这种机制的影响。
气候变化还会改变环境条件，挑战本地物种的适应能力，让本地物种难以生存，其遗留的生态栖位很容易由入侵物种填补。环境变化后也会损害多半已特化的本地物种，而入侵者通常是泛化种（参见泛化种与特化种），受到的影响较少。入侵物种不靠气候变化来破坏生态系统，但气候变化会把它们造成的损害强化。
生态系统解耦.
食物网和食物链是两种研究社区能量转移和捕食的不同方式。食物网在环境中往往更加真实且易于识别，但食物链强调营养级之间能量转移的重要性。气温不仅会极大影响到植物的发芽，且会极大影响到动物的觅食和繁殖习性。无论以哪种方式看待种群之间的关系，重要的是要认识到物种可能无法，也不会以相同的方式或相同的速度对气候变化作调适。这种现象称为“脱钩”，会对受影响环境的成功运行产生不利影响。由于北极的气温上升，植被开始提前生长，驯鹿幼崽因此错失觅食的机会，而有饿死的可能。
环境内解耦的具体案例包括有气温变暖和土壤变暖之间的时间差异，以及温度（加上光周期现象）和异营生物之间的关系。前一案例是由于土壤保持温度的能力所造成，情况与水比空气具有更高的比热容类似（导致海洋温度在夏季结束时达到最高温），土壤变暖的速度落后于空气，导致地上和地下子系统发生解耦。
此情形会增加入侵物种的生长速度和分布。入侵物种通常对不同的环境条件具有更好的耐受性，因而可提高生存率。无能力耐受的物种会因而死亡，生态系统因而受到新迁入者接管。 
其他影响.
当前全球有许多地区的气候将发生巨大变化，既会影响到本土物种，也会影响到入侵物种。而已适应当前气候的入侵冷水物种可能无法在新的气候条件下生存，显示候变化和入侵物种之间的交互作用并不一定会有利于入侵者。
如果特定栖息地因气候变化而发生巨大改变，这种变化可能会让本土物种无法完成其生命周期，或迫使其迁移。栖息地改变的另一后果是当物种无法迁徙时，将会灭绝。
迁移.
更高的气温还表示植物和动物的生长季节变得更长，使得它们可将活动范围往北方延伸。往极地方向迁徙也将许多物种的迁徙模式改变。较长的生长季节与食物供应量相关，会改变物种的繁殖成功率和生存率。全球变暖还会对物种产生二度影响，例如栖息地、食物来源和捕食者的改变，而导致当地物种灭绝，或是必须迁移到新的适合地区。
举例.
有害生物.
有害生物（害虫）一直被视为一种滋扰，最常见的是它们对农业的破坏、寄生于饲养牲畜以及对人类健康的影响。由于气候变化导致频繁的害虫入侵频率，而成为对生物多样性和生态系统功能的重大威胁。林业也面临此类影响的风险。有很多因素导致人们对害虫传播的担忧，均由气温升高所造成。物候变化、物种易于过冬、大气中二氧化碳浓度增加、迁徙和数量增长率加快都会直接和间接影响害虫的存在、传播和影响。已从北美洲迁移到欧洲。这种害虫同时对两个大陆的玉米生产以及经济成本产生重大影响。物候变化和气温升高使得这种害虫进一步向北（上界）扩展。在所谓的脱钩说法，一个物种传播的上界和下界并不一定会整齐配对。 由研究人员Pedro Aragon和Jorge M. Lobo进行的马哈拉诺比斯距离和多维度包络定理分析预测，即使害虫的范围正向北扩展，目前的欧洲社区仍为害虫喜爱的地区。
总体而言，由于气候变化的影响，预测农业害虫在全球的分布仍会增长，对所有作物均构成农业上和其他商业用途的威胁。
当气候变暖时，预计农业害虫将向两极（涵盖纬度和海拔高度）传播。当前平均气温约为7.5°C (45.5°F) 且降水量低于1,100毫米/年的干燥或寒冷地区将比其他地区更易受到影响。这些地区目前的气候通常不利于农业害虫的存在，温度升高后因而会给害虫提供有利的条件。随著气温升高，此类害虫的生命周期将会加快，而冬季气温高于冰点时，能让新的害虫物种在此栖息。降水对农业害虫的影响小于温度，但仍会对此类害虫产生影响。干旱和干燥植物让植物宿主更能吸引昆虫，因此害虫的数量会在干旱发生时增加。例如南美洲南部地区的的数目会因气温升高而增加。较高的温度降低扁拟榖盗的死亡率和发育时间。预计此类害虫种群会在高纬度地区增加最多。
预计气候温暖或海拔较低的地区，受农业害虫侵害的情况会降低。农业害虫降低最多的预计将发生在平均气温为27°C (81°F) 或年降水量超过1,100毫米的地区。虽说农业害虫会减少，但气候变化不太可能导致该地区现有害虫完全消失。较高的降水量会将害虫的虫卵和幼虫冲走。
病原体的影响.
目前对气候变化和入侵物种与病原体之间关系的研究虽然不多，但已知气候变化和入侵物种会为病原体的存在带来影响，并且有证据显示全球变暖将会特别增加植物病原体的丰度。虽然某些天气变化会对物种产生不同的影响，但空气中湿度增加对病原体数量迅速爆发有重要作用。在有关植物病原体应对气候变化的发病率方面则有少量的研究，大部分都集中在地上病原体。这并非表示不会受到气候变化的影响。是种土壤媒介病原体，会导致橡树数量衰退，其活性会随气候变暖而增加。
淡水和海洋环境.
不同海洋生态系统之间存在的障碍通常是​​生理性，而非地理性（例如就山脉而言）。这些生理障碍包含pH值、水温、水浊度等变化。气候变化和全球变暖已经开始对此类障碍产生影响 - 其中最重要的是水温。海水变暖（参见气候变化对海洋的影响）导致螃蟹入侵南极洲，其他掠食者也随之进入。这些入侵者进入后，海底生物界特有的物种将被迫进行调整，开始争夺资源，而把现有的生态系统破坏。
淡水系统也受到气候变化的明显影响。淡水水体内的灭绝率往往与某些陆地生物相同，甚至更高。虽然物种可能会因生理变化而而从事迁移，但具有特异性的物种可能无法达到相同的结果。随著水温升高，适应温暖水域的生物体受到正面的影响，而适应冷水域生物体则会受到负面影响。气温升高还会导致，造成海平面上升，大多数进行光合作用的物种将无法获得适量的光线照射来维持其生存。 
淡水生态系统与陆地生态系统相比，在不同区域之间几乎无地理和异位调节障碍。气温升高和寒冷持续时间缩短将会增加生态系统中入侵物种的概率，因为曾会阻碍物种生存的冬季低氧将被排除。现存于加拿大湖泊和溪流中的入侵物种美洲红点鲑即为一例。
美洲红点鲑具有消灭本地的牛鳟和其他物种的能力。水温对美洲红点鲑于溪流中的栖息有重要作用，但溪流流量和地质等因素也是美洲红点鲑能够存在的重要因素。 牛鳟只有在最温暖月份温度不超过4–7°C (39–45°F) 的溪流中才会出现种群增长，或具有竞争优势。在温度较高的水中，例如15–16°C (59–61°F)，美洲红点鲑比牛鳟更具竞争和生理优势。
冬季也是会影响美洲红点鲑栖息能力中的一个重要因素，如果其暴露于特别漫长和严酷的冬季，存活率会降低。根据观察，美洲红点鲑的活动范围由水温决定，人们越来越担心由于气候变暖的结果，美洲红点鲑会在原本较冷的水中更进一步将牛鳟消灭。气候变化不仅会影响湖泊的水温，还会影响溪流的流量，而对溪流中的其他因素产生影响。由于尚有未知因素，会让预测美洲红点鲑和牛鳟鱼将如何应对气候变化发生困难。
管理与预防.
通常对入侵物种所采的管理方法会与管理本土物种的不同。就气候变化中，对本土物种的最根本策略就是保护。但针对入侵物种的策略主要是在控制。几种不同的管理和预防策略如下列。
预测.
由于气候变化，外来入侵物种的地理分布会发生变化，美洲红点鲑为其中一例。为预测气候变化对入侵物种未来分布的影响，科学家持续进行建模研究。这类生物气候模型（也称为物种分布模型或气候包络模型）开发的目的是预测物种分布的变化，是为制定有效管理策略和行动（例如根除入侵物种与防止引入）的重要工具，以减少未来入侵物种对生态系统和生物多样性的影响。这些模型通常模拟物种当前的分布，加上气候变化预测，来预测未来的分布变动。
许多物种的分布范围预计将会扩大。但研究也预测许多物种（特别是在大空间尺度上的脊椎动物和植物）未来分布范围将会缩小。分布范围缩小的原因之一可能是由于气候变化，物种分布范围通常会向极地移动，而在某个时候会抵达海洋，海洋成为其进一步扩散的障碍。研究主要是预测侵入途径中的实际传播和建立阶段的变化，而未包括输送和引入阶段。
这些模型对于预测有用，但仍然有其限制。由于有多个变量会影响入侵途径，入侵物种的分布变动非常复杂且难以预测。这会导致模拟未来的工作会变得复杂。气候变化是这些模型中最基本的参数，但由于未来温室气体排放水平无法确定，而为模型增添许多不确定性。此外，与温室气体排放直接相关的气候变率，例如温度和降水的变化，同样难以准确预测。物种分布变化将如何对天气变化（例如气温与降水）做出反应，在很大程度上仍属未知，因此会复杂到难以理解和预测。其他可能限制分布变化，而模型通常未考虑到的因素包括是否存在适合入侵物种的栖息地，以及是否有可用资源。
因此这些模型产出的准确度属于未知，但在某种程度上仍可用作凸显和识别未来更大规模入侵热点的指标。例如可将这些热点整合成风险地图，显示最适合入侵者的区域。这将是种有益的管理工具，有助于制定预防策略和控制传播。
研究.
目前已有大量研究进行中，目的在建立积极主动的管理策略，以防止因气候变化而引入入侵物种以及扩大其分布。麻萨诸塞大学阿默斯特分校的东北气候适应科学中心（NE CASC）就是这样的研究中心之一。 “于该中心服务的科学家为联邦、州和其他机构提供气候变化对特定地区在生态系统、野生动物、水资源和其他资源的研究结果。”