外来物种风险评估指标体系和评估方法

外来物种风险评估指标体系和评估方法外来物种的入侵是导致生物多样性丧失的主要原因,已成为全球性热点环境问题之一。目前,许多国家、国际组织纷纷采取措施加强外来物种管理。外来物种风险评估是对外来物种引进过程中产生的不确定事件进行识别、评估和处理,以最小的管理成本将各种不利后果减少到最低程度的科学管理技术。外来物种风险评估是开展外来物种风险管理的基础,是防止外来物种入侵的最有效手段之一,开展外来物种风险评估对我国的生物多样性保护具有重要意义。近年来,有关我国农业有害生物和检疫对象的风险分析已有一些报道,但从外来物种的范畴和生物多样性保护角度开展的研究还较少。因此,研究外来物种风险评估指标体系和评估方法是十分必要的。1国内外开展外来物种风险评估的主要行动许多国际公约条款和国际组织文件都涉及外来物种的风险评估,如《生物多样性公约》(CBD)、联合国粮食和农业组织(FAO)、世界贸易组织的《贸易技术壁垒协定》(TBT)和《实施卫生与植物卫生措施协议》(SPS),《拉姆萨公约》中“关于入侵物种和湿地的决议”、世界自然保护联盟(IUCN)的“IUCN关于预防外来入侵物种引起生物多样性丧失的指导原则”以及欧洲和地中海植物保护组织(EPPO)的“有害生物风险评价实施方案”等都对此做了相应规定。一些发达国家加强了对外来入侵物种的管理,把风险评估作为一项重要措施。美国先后开展了一系列有关杂草和水生外来生物的风险评估。1999年,美国前总统克林顿要求起草1项入侵物种管理计划,该计划包括提供科学评估入侵物种引进和扩散带来风险方面的内容。澳大利亚制定了国家杂草战略,提出了杂草风险评价系统(weedsriskassessmentsystem)。该系统正确识别了370种(类)杂草中所有危害严重的杂草,此后,又对该系统进行了改进并用于新西兰的杂草风险评估。我国也制订了一些有关外来物种风险评估的法规和政策,并建立了专门机构,如《全国生态环境保护纲要》第14条要求“对引进外来物种必须进行风险评估”。2002年,国家质检总局颁布了《进境植物和植物产品风险分析管理规定》和《进境动物和动物产品风险分析管理规定》,这2个规定对进出境检疫工作中的进境动植物、动植物产品和其他检疫物传带检疫性有害生物的风险分析作了较为系统的规定,包括风险分析启动、风险评估和风险管理等方面内容。国家环境保护总局环发[2003]6号《关于加强外来入侵物种防治工作的通知》要求,“逐步建立起引进外来物种的环境影响评价制度。对所引进的物种不仅要考虑其经济价值,而且还要考虑其可能对生物多样性和生态环境产生的影响,进行科学的风险评估,并进行必要的相关试验”;“只有经过环境安全影响评价的外来物种才能引进、应用和商业化”。但我国还没有制订针对有意引进物种开展风险评估的专门性法规,在实际工作中,许多领域缺乏可操作的工作程序。2004年,我国成立了由农业部牵头,环保、质检、林业、海洋、科技、商务、海关等部门参加的全国外来入侵生物防治协作组,该机构的职责包括研究建立风险评估机制等。此外,各有关职能部门都成立了外来入侵物种防治的专门机构,明确了管理职能。如农业部成立了外来物种管理办公室,外来入侵生物预防与控制研究中心;国家环境保护总局成立了生物安全管理办公室;国家林业局成立了防止外来林业有害生物入侵管理办公室,林业有害生物检验鉴定中心。2外来物种风险评估指标体系2.1外来物种的风险识别外来物种入侵风险识别的任务就是明确风险产生的过程。其步骤是分析致灾因子中的主要因子,获得各种致灾因子的生物学、生态学属性和经济意义,分析承灾体的生活规律、对致灾因子适应和抵御能力的生物属性;分析在一定区域范围内,特定致灾因子对承灾体的危害程度(图1)。外来物种入侵是由众多自然因素和社会经济因素共同作用的结果。其入侵风险主要来自4个方面:自身因素、环境因素、人为因素和入侵后果。自身因素是外来物种本身具备的有利于入侵的生物学和生态学特性,如外来入侵物种很强的繁殖能力、传播能力等固有的特性以及对环境改变的适应能力。环境因素是适合外来物种入侵的各种生物和非生物因素,如本地的竞争者、捕食者或天敌,适宜外来物种生长、繁殖、传播、爆发等的气候条件等。人为因素是人类活动对外来物种入侵产生的影响,如人类活动为外来物种入侵创造了条件,对外来物种入侵、传播扩散和爆发疏于防范或采取了不适当的干预措施。入侵后果是外来物种各种不利于人类利益的生物学、生态学特性作用结果,表现为经济、环境、人类健康的损失。图1外来物种入侵事件的风险识别过程Fig.1Identificationofinvasionriskofalienspecies2.2建立外来物种风险评估指标体系的技术路线通过上述对风险产生过程的分析,根据风险产生特点,综合分析其生物学、生态学、人类活动和危害等方面的因素,形成提取影响风险产生的内在和外在关键因子方案(图2)。图2外来物种风险评估指标体系的建立流程Fig.2Flowchartforestablishmentofanindexsystemforriskassessmentofalienspecies2.3建立外来物种风险评估指标体系的原则指标体系必须反映外来物种入侵风险产生的过程,体现风险的内涵与特征,定义明确准确,测度方法标准,计算方法规范。建立指标体系应遵循的原则包括:(1)重要性。评价指标不是越多越好,应建立在科学分析风险产生过程基础上,选取决定风险产生的关键因素,与风险的有无、大小之间具有直接联系。(2)系统性。指标体系作为一个有机整体,应能全面反映外来物种入侵各要素的特征、状态及各要素之间的关系,但要避免指标之间的重叠,使评价目标与指标有机联系为一个层次分明的整体。(3)实用性。指标体系运行过程中应具有很强的可操作性和可比性,可以用定量指标,也可以用定性指标。(4)灵活性。根据评估对象和使用者的不同,可对指标体系进行相应调整。由于指标体系涉及领域广泛,其评估对象也具有不确定性,并且使用者专业知识和使用目的也会有所差异。因此,指标体系在使用过程中应能根据具体情况做相应调整,并且不影响指标体系整体效能。2.4外来物种风险评估指标体系的构建2.4.1指标体系结构指标体系分为目标层、准则层和指标层3个层次。目标层(R)是外来入侵物种的风险(R),它由4个准则层指标计算获得。准则层(Ri)由入侵性(R1)、适生性(R2)、扩散性(R3)和危害性(R4)组成,分别由相应的指标层指标计算获得。指标层(Rij)指标是准则层指标的具体化,是评价外来物种入侵风险的基础,本研究确定了17个指标层指标(表1)。为使指标体系便于操作,笔者提供了相应的参数,在实际使用时,用参数来代替指标层指标。表1外来物种风险评估指标体系Table1Riskassessmentindexsystemforalienspecies2.4.2指标的定义2.4.2.1入侵性指外来物种通过各种渠道引入本地的可能性,它由引入地的发生程度、引进途径和防止措施3个指标组成。(1)引入地的发生程度:指该物种在引入地的分布状况。如外来物种的危害性虽很严重,但已在本地广泛发生,其风险已经产生,就不能纳入评估范围。(2)引进途径:指外来物种通过有意或无意引进的方式由原产地进入本地的渠道。对于有意引进的物种,引进需求主要取决于该物种的利用价值。对于无意引进的物种,引进的可能性主要取决于有关人类活动的强度,如交通运输、贸易、旅游活动越频繁,就越容易将外来物种携带到本地。(3)防止措施:指防止外来物种引进的行政措施和技术手段以及相关国际公约的效力。2.4.2.2适生性指外来物种在引入地建立种群的可能性,它由适应能力、抗逆性、气候适合度和其他限制因子适合度4个指标组成。(1)适应能力:指该物种对一种或多种生态因子的适应范围,包括对气候、食物、寄主、土壤的适应范围。(2)抗逆性:指该物种对逆境的耐受能力,包括对低温、高温、水分胁迫、农药、火灾等的耐受能力。(3)气候适合度:指该物种现有分布区与引入地气候的相似程度。气候因素是决定物种生存最重要的因素之一,包括温度、光照、降雨等气候因子。(4)其他限制因子适合度:除气候因素之外,其他限制外来物种生存和繁殖的生态因子。根据物种的不同,这些生态因子也各不相同。动物必须有适宜的食物,植物和土壤的关系非常密切,微生物必须有适宜的寄主。此外,许多物种的生活史有其特殊规律,应考虑其他生态因子的限制作用。2.4.2.3扩散性指外来物种种群在引入地传播、迁移、扩散的可能性。它由外来物种的生长速度、繁殖能力、扩散能力、适宜的气候范围、其他限制因子范围和控制机制6个指标组成。(1)生长速度:指单位时间内外来物种生物量的增加量。该指标反映外来物种的生长特征,一般认为外来入侵物种生长相对较快。(2)繁殖能力:指单位时间内外来物种产生后代的数量。物种的繁殖能力与繁殖方式有密切关系,营无性繁殖的植物或孤雌生殖的动物繁殖能力强。外来入侵物种一般都具有很强的繁殖能力。(3)扩散能力:指外来物种个体或繁殖体从一个生境转移至另一生境的能力。植物的扩散距离由3方面因素决定:可动性、传播因子和地形。一般只有植物繁殖体具有可动性,它取决于繁殖体的重量、大小、体积、特殊构造(翅、剌钩、气囊等);动物个体均具有或大或小的可动性;微生物主动扩散能力主要取决于传播媒介的可动性。(4)适宜的气候范围:指适合外来物种生长和繁殖的气候带的面积。(5)其他限制因子范围:除气候因素之外,其他限制外来物种生存和繁殖的生态因子的分布情况。(6)控制机制:控制外来物种种群扩散的自然因素和人为措施。自然因素指在自然界中已有的外来物种的天敌,与外来物种竞争的生物,抑制外来物种生长、繁殖的生物;人为措施包括人类采取的清除和控制外来物种的物理、化学、生物、生态替代等措施。2.4.2.4危害性指外来物种对引入地的经济、环境和人体健康等方面已经或可能造成的不利影响。它由经济重要性、生态环境重要性、人类健康重要性和其他不利影响4个指标组成。(1)经济重要性:指外来物种对农林业生产、贸易、旅游、交通运输造成的经济损失。(2)生态环境重要性:指外来物种对生态系统组成、结构和功能,物种多样性和遗传多样性的不利影响和危害。(3)其他不利影响:除了经济、环境、人类健康外,外来物种对社会稳定、文化传统等方面造成的不利影响。3外来物种风险评估的方法3.1指标属性的量化指标属性的量化是为了解决指标间的不可公度问题。评价指标分为定性指标和定量指标2类,定性指标需要量化,定量指标需要无量纲化和归一化。3.1.1定性指标的量化定性指标由于缺乏明确的测度方法,至今还没有一个公认的量化模式,一般采用专家评分法,通常分为5个等级,即将危险性由低到高划分为无危险、低度危险、中度危险、高度危险和极高危险,依次取量化值为0、1、2、3和4。3.1.2定量指标的量化定量评价指标可以分为成本型、效益型、固定型和区间型4种类型。成本型指标是指属性值越小越好的指标;效益型指标是指属性值越大越好的指标;固定型指标是指属性值既不太大、又不太小为最佳的指标;区间型指标是属性值以落在某个固定区间内为最佳的指标。根据评价指标的类型,可构建相应的无量纲化标准函数。根据指标值对风险值的影响,外来物种风险指标可分别采用上述标准函数进行量化,经无量纲化和归一化后取整,亦可获得相应量化值。如潜在的患者人数、该物种国外或其他地区的市场价格等为效益型指标;发生面积、天敌种类和分布等为成本型指标。3.2指标权重的设置指标权重的确定有主观法和客观法2大类。主观法是由决策分析者对各指标的主观重视程度而赋权的一类方法,主要有专家调查法、循环评分法、二项系数法、层次分析法等。客观赋权法则依据评价对象各指标数据,按照数学上的计算准则得出各评价指标权重,如熵值法、最小二乘法以及最大方差法等。虽然主观法是基于对指标的主观偏好方法,免不了带有一定程度的主观随意性,但由于外来物种风险事件的复杂性和模糊性,用精确的数学模型来求取评价因素的权重难度很大;此外,风险事件的系统分析不够时,过分相信数学模型,反而使权重不尽合理。因