002外来入侵有害生物的风险分析理论与技术

外来入侵有害生物的风险分析理论与技术概念有害生物风险性分析(pestriskanalysis,简称PRA)是了解某一特定来源的有害生物可能产生的危险性水平,这一危险性水平是否可以被接受以及根据需要为降低这一危险性可以采取的措施有害生物风险评估——对已经传入、尚未发生的地区，或在新发生区传播蔓延可能引起的危险性进行系统评价的过程有害生物风险管理——风险治理决策过程，目的在于降低危险性有害生物风险性分析的必要性外来物种的入侵给经济发展、生态环境和人类健康造成了相当严重的危害，因而有必要建立一个国际警报系统,提醒人们重视潜在的有害生物贸易、经济发展导致更多外来物种入侵越是贸易频繁的国家,外来入侵物种也越多：美国每年由于某些外来种而遭受的直接经济损失和防治费用高达1370亿美元,生态环境遭受的损失约138亿美元WTO规则要求检疫管理在保护农业生产的同时,尽量减少对贸易的限制。开展有害生物风险分析的研究,是我国经贸制度与国际接轨的迫切需要各缔约方所采取的检疫措施必须建立在风险评估基础上,应考虑到对动植物生命或健康的风险性及对环境的威胁有害生物风险分析的程序从20世纪80年代末开始,国际上有害生物危险性评估已经走向程序化FAO（1996年）正式批准了“植物检疫措施国际标准”第2号《有害生物风险分析准则》。1997年又修订了《国际植物保护公约》InternationalPlantProtectionConvention,IPPC)1993年11月,美国完成的“通用的非土生有害生物风险评估步骤”(用于估计与非土生有害生物传入相关的有害生物风险),将PRA划分的三阶段也基本与FAO的“准则”一致。其特点是所建立的风险评估模型采用高、中、低打分的方法澳大利亚参考FAO的《有害生物风险分析准则》制定了“有害生物风险分析的总要求”根据ＷＴＯ的规定，程序有害生物风险分析的程序包括3方面有害生物风险性评估的初始化(pestriskassessmentinitialization)即评估目标的筛选有害生物风险性分析(pestriskassessment)经过传入、定居和扩散危险性分析,最后确定有害生物的危险性有害生物风险性治理(pestriskmanagement)通过评价不同检疫措施的效果,制定减少或降低有害生物危险性的措施,为检疫决策服务有害生物风险分析技术$1气候图技术早期有害生物适生地研究中最经典的研究技术Cook(1924年),利用“气候图”技术研究对灰地老虎在美国西部潜在的生长区在此基础上,Uvarov、Bodenheimer等又提出了“生活史气候图”、“生态气候图”。利用该技术研究苜蓿叶甲、地中海实蝇在美国和中东的适生地分布以及麦茎蜂在加拿大的适生地分布20世纪50年代初,气候图技术中又融入了实验科学,进一步提高了有害生物适生地预测结果的可信度地中海实蝇、桔小实蝇和瓜实蝇在美国适生地分布研究：利用人工气候箱模拟美国10几种典型气候条件,研究不同气候条件下的生长和发育，再结合气候分析,提出了这3种实蝇在美国可能的适生区分布$1气候图技术根据“气候相似性”原理,将某一地点的m种农业气候要素(如光、温、水等)作为m维空间,计算世界上任意2个地点间“多维空间相似距离dij”,定量地表示不同地点间的气候相似程度,采用多元分析中聚类分析方法,预测有害生物潜在的适生区分布魏淑秋等（1984年）建立了一个农业气候分析的数据库系统,并在此基础上提出了“生物气候相似研究方法”的概念和计算方法金瑞华等（1988年）利用农业气候相似距库系统对美国白蛾在我国的适生地分布进行了研究。之后,该系统先后被用于研究甜菜锈病、假高粱和小麦矮腥黑穗病在中国的潜在定居区分布。仅从环境条件方面来考虑有害生物的适生地分布,忽视了生物对不利环境条件的适应能力,其结论还很难让人信服。$2生态气候评价模型从生物对环境条件的反应角度出发,建立生物在特定气候条件下的适生模型,通过模拟生物种群在已知分布地的生长情况,确定生物种群生长模型参数,利用该参数分析生物种群在未知分布地点的生长情况,由此预测生物种群潜在的适生地分布CLIMEX分析模型(Sutherst等,1985)——用于生态气候评价——采用生态气候指标(ecoclimaticindex,简称EI)定量地表征生物种群在不同时空的生长潜力——用CLIMEX预测了2种角蝇在澳大利亚的适宜流行区分布；几十种有害生物的适生性研究,如地中海实蝇和马铃薯叶甲在新西兰,美国白蛾、地中海实蝇和苹果蠹蛾在中国的适生地分布考虑了有利或不利气候对生物生长发育的影响以及生物对气候条件的反应(如对不同气候因子的适应能力等),可比较全面地分析和评估了生物在不同地区的适生能力可用于研究不同时期(如不同年份或季节)的气候对同一地点生物种群生长的影响、不同地点气候相似性研究(类似于农业气候相似距库系统)CLIMEX系统本身某些参数（如水分指标）存在先天不足，某些假设（生态气候指标的大小与种群潜在生长能力呈线性关系）与实际情况不符$3专家系统专家系统(expertsystem,简称ES)是人工智能(artificialintelligence,简称AI)的一个分支,是一类模仿专家解决问题的计算机程序,其内部具有大量专业领域的知识,它能利用专家经验知识,来解决该领域的实际问题Royer建立了一个专门用于有害生物风险性分析(PRA)的世界植物病原数据库,并在此基础上,研制了2个有关PRA的计算机决策系统,通过人机对话输入系统所要求的一些数据,用归纳法推理和神经网络系统分析出某一有害生物的危险水平。Sutherst等（1991年）在CLIMEX的基础上,提出了一个类似专家系统的有害生物风险分析系统（PESKY）,该系统通过分析气候、植被分布、地理因子等生态因素,以及检疫管理(如检疫法规)和人类活动(如运输)等非生态因素,对有害生物风险进行综合评价专家系统的经验知识在评价非生态的软性因子方面有其独到之处。因为有害生物风险分析是一个涉及诸多生态因子和非生态因子(有害生物的生物学特性、人为传带、检疫机构和法规的完善性、检疫措施的有效性和检疫人员素质等)的复杂问题$4基于定性分析与定量估算相结合的数学模型将专家经验知识和现代数学方法相结合,建立对植物有害生物评价指标体系,确定指标值和权重,建立综合评价模型,最后找到一个合适的阈值,以此来决定某种生物可否被列为危险性有害生物蒋青、李鸣等：应用多目标综合评价方法计算有害生物危险性,探索有害生物危险性评价的定量分析方法Drake（1989）：对美国、澳大利亚等国外来生物的种类、来源进行了大致统计,并研究了外来种定居的最小种群数量、传播扩散速度对传入地生态系统的影响,还提出了预测外来种入侵的方法Yamamura等：建立了估计检疫性有害生物通过进口传播概率的数学模型,并且以墨西哥实蝇为例进行了验证Williamson：分析外来种入侵本地生态系统的机理,从遗传和进化的角度研究了外来种的影响,建立了生物入侵生态系统计算机模型Lonsdale：从可侵入性影响因素和入侵全过程的角度提出了群落入侵模型涉及到许多不稳定、动态、不确定的因素，给确切评价带来许多困难关键是建立指标体系建立多指标评估模型时，首先应从传入、定殖、扩散与猖獗的危险性和经济、社会及社会效益等方面进行综合分析，得到影响有还生物危险性的相关因子，确定有害生物风险性分析的评价体系对各级评价指标Pi(i=1,2,3,4,5,……)制定相应的评判标准利用数学表达式描述所确定评价体系的内在逻辑关系构建可行的评估模型根据模型计算出风险综合评价值（Ｒ）$5地理信息系统地理信息系统(geographicalinformationsystem,简称GIS)是20世纪60年代发展起来的空间属性数据库管理系统。其在计算机软件和硬件支持下,它把属性数据与空间数据完美地结合起来,通过获取、存储、修改、转换、显示和分析具有空间内涵的地理数据,展现了物体在时间和空间上的变化Lessard等（1990年）：首次应用地理信息系统研究预测了一种由泰勒原虫引起的牛疫病在非洲的流行区分布Shepherd等：把冷杉毒蛾引起的落叶的历史图片数字化,进行叠加分析得到落叶的频率分布图,再把此图与森林类型及地理气候图叠加,找出将来最易暴发成灾的森林区域和气候,用于对暴发灾害进行预测林伟（1994年）：应用地理信息系统对苹果蠹蛾在中国的潜在分布区进行了研究地理信息系统的出现使生态学研究从定性走向定量、向着图形和图象化发展，为生物学家研究生物种群空间生态学提供了有力的工具$5Internet技术借助于网络实现通信和资源共享。具体体现在以下3个方面:各种入侵性物种的生物学信息及其种群监测模型和预测模型、风险性预警、治理策略等时效性很强的信息能够及时地发布。不同时空和工作环境下的专家能及时收集到与PRA有关的资料，快速准确地进行分析，得出比较科学的结论可以用在线或实时的模型预测种群的未来动态,提供辅助决策服务利用公用网关界面能实现远程数据服务和共享，如各国的气象数据、遥感影象分析资料应用模型服务器也可直接把与有害生物有关的数学模型以及可执行程序提供给客户机,使用户能在本地机上连接其他国家的气象数据库,运行辅助决策程序$６打分方法（中国）针对农业有还生物考虑三方面的要素该有害生物所危害的作物种类多少及在国民经济中的地位种植面积和产值可造成的损失程度