中國外來植物入侵風險評估研究

李惠茹,嚴 靖,杜 誠,閆小玲

上海辰山植物園,華東野生瀕危資源植物保育中心,上海 201602

生物入侵給入侵地的環境和社會經濟造成了巨大的損失[1—4],已成為21世紀五大全球性環境問題之一,得到了各國政府、國際組織、社會公眾和科學界的廣泛重視[2—3,5]。隨著全球化進程的加快,外來種的數量呈上升趨勢,世界各國都將面臨更加嚴峻的外來種威脅[6—7]。

中國的氣候類型及生態系統種類多樣,生物多樣性非常高,很多外來種容易在此定殖[8—9]。隨著經濟發展、國際化貿易的增加,外來種入侵中國的數量和頻率持續增加[5,10],重大農業入侵生物導致的新疫情不斷爆發,已經嚴重威脅到我國的糧食安全、經濟安全、生物安全、生態安全和農產品貿易安全[11]。當前“一帶一路”倡議的推進,基礎設施網絡化貫通,都將進一步加速入侵生物的傳入頻率和擴散速率[12]。此外,快速的城市化進程推動了我國入侵種的區域性擴張[13],經濟的快速發展已經成為我國生物入侵強度加大的主要因素[14—16],未來我國生物入侵的趨勢將更加嚴峻[16—17]。鑒于生物入侵對生態環境、社會經濟和人類健康造成的嚴重威脅,為了更好的對外來種進行管理,避免或減少生物入侵造成巨大的影響,對外來種進行入侵風險評估,是防止生物入侵最經濟有效的措施。為了解決這一問題,風險評估系統被相繼開發。

入侵風險評估系統是一種用來主動識別對生態或經濟造成危害的高風險植物的工具[18],是開展外來物種風險管理的基礎,也是風險分析過程中的關鍵一環,是防止外來物種入侵的最有效手段之一[3,19—20],其主要目的是系統分析外來物種對生態安全、社會經濟和人類健康可能造成的風險,為風險管理和相關政策的制定提供依據,為外來入侵種的引進和管理服務[3,20—21]。本文簡述了國內外主要的外來生物風險評估系統,全面分析了我國外來植物風險評估研究過程中存在的問題,并提出了建議和對策,以期對我國外來植物的風險評估工作提供參考。

1 國內外主要外來生物風險評估系統

1.1 國外主要外來生物風險評估系統

入侵生物學的關鍵挑戰是弄清哪些外來種即將歸化和擴散或者哪些外來種將對生物多樣性或者其他資源造成不利影響[22—23]。為了應對這一挑戰,一系列入侵風險評估系統被相繼開發出來,所有的方法具有共同的目標,即為外來入侵種的引進和管理服務[18]。目前應用較多的是多指標綜合評分系統,即根據外來種的生物學和生態學信息特征,對每項指標進行賦值,從而獲得不同外來種的綜合得分情況。一般而言,受外來種影響較為嚴重的地區風險評估工具的開發和使用水平高于其他地區,例如美國不僅在州和地區范圍獨立開展風險評估和控制工作,也構建了聯邦體系外的有害生物風險評估程序[24]。世界范圍內影響力比較大風險評估系統的主要有以下幾種：

1.1.1澳大利亞雜草風險評估系統(Weed Risk Assessment,WRA)[25]

WRA是一個以問題為基礎對擬引入外來植物的雜草潛力進行風險評估的系統,采用問卷調查的方法設置了49個問題,內容涉及外來種的現狀、氣候和分布、生物學特性、繁殖特征、傳播特點等。根據最終得分確定是否引種或者需要進行進一步評估。若進一步評估不僅需要更深入的研究和經濟成本/效益分析,而且需要在必要的條件下進行種子發芽等生物學實驗。對于信息不全的物種,WRA系統允許知識缺口,無需回答所有條目的問題,但針對每一模塊需要回答問題的最低數量進行了限制,提高了該系統對信息量較少或者新近發現的外來種的風險預測能力,為風險管理者提供了科學的依據[26]。WRA系統可操作性比較強,已經用于多種外來植物的評價,并且在多個國家和地理區域進行了測試,被廣泛認為是預測植物引種風險的一種方法,在引進新植物時其可作為一種普遍采用的評估系統[27],經過改良后用于新西蘭、夏威夷等多地區的雜草風險評估[28]。

1.1.2南非外來植物專家系統(Alien Plant Expert System,APES)[29]

APES是Richardson 等[30]、Richardson 和 Cowling[31]、Richardson等[32]工作的擴展和延伸。通過理論論證和實證分析,他們開發了一套基于非洲南端獨有的硬葉木本環境特征和成功入侵生物特征的風險評估方案,共包括6個模塊24個問題,主要用于評價南非硬葉灌木系統中的潛在外來入侵種。該系統用流程圖的形式將外來植物入侵的過程概念化,首先展示了已經入侵的物種是如何克服多種障礙成功入侵的,并對尚未引進或已引進但未顯示入侵跡象的一系列外來物種進行了評估[29]。

APES系統最顯著的優點之一是它的透明度,此外,推理過程簡單明確,得出結論(高風險/低風險)的步驟可追溯,能夠在數據缺乏或者不確定的情況下完成評估過程,不僅在識別高入侵風險外來種方面可以應用,在生物建模方面也具有較大潛力,有望在外來種入侵的關鍵階段實在防控資源的優化配置[29]。APES的缺點是重點關注南非天然植被(硬葉林)的環境和可能引進種特征之間的特定相互作用,設置的問題和規則不具有普遍性。由于不同外來種入侵的屏障和窗口在不同的環境中表現不同,一般不建議普遍應用該系統。

1.1.3聯合國糧食及農業組織有害生物風險分析(Pest Risk Analysis,PRA)[33—34]

聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization,FAO)《國際植物保護公約》秘書處編纂了一系列《國際植物檢疫措施標準》,其中,第11號修訂1標準是“包括環境風險分析在內的檢疫性有害生物風險分析”。該標準詳細介紹了有害生物風險分析工作程序,以確定其是否為檢疫性有害生物,共分為3個階段：第一階段：開始階段,主要目的是查明需要進行風險分析的有害生物和傳播途徑。第二階段：有害生物風險評估,大致分為3個步驟：有害生物分類、評估傳入和擴散的可能性、評估潛在的經濟影響。第三階段：有害生物風險管理,針對上述2個階段的評估結果,確定是否需要進行風險管理以及采取措施的力度。聯合國糧食及農業組織有害生物風險分析是比較基礎和重要的風險評估方法,為世界許多國家和地區提供了參考。

1.1.4中歐地區環境雜草入侵潛力評價程序[35]

該系統分為預評估系統和評估系統兩部分,預評估系統首先排除了官方控制或已經被列為檢疫對象的外來種、廣泛存在的或者僅計劃栽培保護的種類,這可以確保不會對具有可觀經濟利益的物種引進造成影響。符合風險評估條件的物種進入評估系統,該系統包括氣候匹配度、物種在歐洲的狀態等12個問題或指標,并針對每個問題答案設置了不同的分值,最后根據評估結果,將符合風險評估條件的物種分為三類(高風險、需要進一步觀察和低風險)。該系統簡單易操作,是對歐洲外來植物評估的首次嘗試,但是,生態基礎數據的缺乏是影響其評估結果的主要因素。未來該系統應在實踐中繼續測試并在必要時修正,其可行性還需要入侵管理專家及風險評估專家應用并進一步評估[35]。

1.1.5德國-奧地利黑名單信息系統(German-Austrian Black List Information System,GABLIS)[36]

GABLIS系統采用5個基本標準和6個補充標準來評估外來種的影響,評估結果分為白名錄、灰名錄和黑名錄3個主要類別,迄今已在魚類、維管植物、哺乳動物、鳥類和大型底棲動物中進行了測試,也用于評估一個國家尚未出現的外來物種(黑名單-警告名單)。GABLIS是一個跨國家、在分類學上具有普遍性意義的風險評估系統,具有足夠的靈活性,微小調整即可對不同環境下(陸生和水生)的外來種進行評估,未來有望納入更多的分類群,擴大其適用性。作為一個跨國風險評估工具,GABLIS還測試了一些規則,未來可能會為歐洲外來種管理的總體戰略提供有價值的參考。但是,GABLIS僅考慮外來種對生物多樣性的影響,沒有考慮其對社會經濟的影響,具有一定的局限性[36]。

1.2 國內主要外來生物風險評估系統

我國對外來生物風險評估的研究起步較晚,面對入侵種對我國造成的生態、經濟和社會等方面的問題,國家急需掌握外來種的入侵風險及管理依據,從源頭上嚴格控制外來種的入侵風險[3,9]。20世紀80年代,原農業部植物檢疫實驗所開展了“危險性病蟲雜草的檢疫重要性評價”研究,根據不同類群有害生物的特點,按照為害程度、受害作物的經濟重要性、分布、傳播和擴散的可能性、防止難易程度進行了綜合評估,依據評價分數進行檢疫重要性評價。此項工作是我國外來生物風險評估工作的首次探索,評估結果為1986年和1992年及以后制定和修訂進境植物危害性有害生物名單及有關檢疫措施提供了科學依據[37—38]。這項工作意味著我國檢驗檢疫領域有害生物風險分析(PRA)工作的開始,對于開展外來種的風險評估具有重要的參考價值。

1.2.1全國性的入侵風險評估系統

在研究有害生物風險的各個相關因素的基礎上,1994年,蔣青等[39]基于我國的檢疫情況及專家咨詢,建立了以生物因子為起點的綜合指標評估體系,主要包括5方面的內容：國內是否有分布、潛在的危害性、受害作物的經濟重要性、移植的可能性、危險性管理的難度,初步確立了我國有害生物危害性評價指標體系；隨后,1995年,蔣青等[40]運用邏輯關系和數學表達式對各指標體系進行了定量化分析,并確定了各指標的評判標準。梁憶冰等[41]運用該系統對入境我國的48種花卉攜帶的400多種有害生物進行了風險分析,并根據風險值高低進行排序。這對我國后續的風險評估工作起到了積極的作用,但是該評估體系并沒有設置各個指標的權重,評估指標之間存在一定的重復,指標體系中生態、社會影響涉及較少。此后,1997年,范京安和趙學謙[42]利用模糊數學的方法,在蔣青等[39—40]的基礎上,對各風險指標進行了調整,將風險因子的評判等級分為5級,利用層次分析法計算了一級指標和二級指標的權重。

2002年,李振宇和解焱[43]基于外來物種的繁殖和擴散、遺傳特性、有害特征、適應性特征、物種類型、被控制特點、入侵歷史7個方面建立了外來物種入侵風險指數評估體系。該系統根據專家對外來種具體情況的判定設定指標分值,每個單項賦值的高低反映了該單項風險程度的高低以及引起入侵可能性的權重大小。該評估系統參考澳大利亞雜草風險評價系統,并結合兩位專家的認知構建而成,但是指標設置比較簡單,評估對象范圍比較大,涉及植物、動物、微生物,設置的指標針對性不強。該系統盡管受限于專家的判斷,缺乏生物學實驗和指標定量研究,但是為后來的評估系統構建提供了參考。

參照FAO/IPPC制定的《有害生物風險分析指南》和《檢疫性有害生物風險分析指南》,周國梁等[44]對以往評估體系中存在的不同層次指標間的相互交叉問題進行了歸類和修改,從外來種入境的可能性、定殖擴散的可能性及入侵后果方面構建了有害生物風險評估體系。該系統設置了相對詳細的評估標準,并對外來種造成的經濟、社會、生態影響設置了指標和評估標準。此外,丁暉等[19]制定了外來種的風險評估體系,并設置了目標層(外來植物的風險)、準則層(入侵性、適應性、建立種群及擴散的可能性、危害性)、指標層及指標層參數,并提出了指標量化、權重設置、綜合模型建立和風險等級劃分的方法。

1.2.2區域性的入侵風險評估系統

隨著全國性風險評估研究的深入,區域性、省市級的風險評估系統也逐漸建立,歐健[45]基于生物入侵過程及各階段關鍵特性的分析和歸納,結合廈門市的自然環境、生態系統特點、外來植物入侵現狀和經濟行業特點,構建了廈門市外來植物入侵風險評估的指標體系。通過設置一組輪換指標,使得該系統包括2部分內容：引入型風險評估系統(用于引進種的風險評估)和存在型風險評估系統(用于已分布外來種的風險評估),可以同時滿足尚未進入的外來種和已定殖外來種的風險評估。

鄭美林和曹偉[46]通過設置地理分布、傳播與繁殖方式、入侵途徑、適應性特征、危害性和影響程度6個一級指標,12個二級指標構建了東北地區外來種的風險評估體系。李明麗[47]基于5個一級指標,27個二級指標構建了江浙滬地區的風險評估體系。此外,以市為單位的風險評估也逐漸開展[48—51]。同時,針對單個外來入侵種的風險評估研究日漸增多[52—54]。這些小尺度范圍和基于具體外來種的評估是對我國風險評估研究的有益補充,但是存在指標不完善、權重設置主觀性強、分級標準有待優化等問題。

2 我國外來植物風險評估研究存在的問題

雖然我國已經有全國性和區域性的外來植物風險評估系統,但都沒有廣泛應用,主要存在以下問題：

2.1 物種基礎信息缺乏

2.1.1物種信息記錄不足

本底資料、表型可塑性等基礎信息可以反映外來植物入侵的過程和生態適應性,是構建風險評估系統的重要指標,其信息的可靠性直接關系到評估結果的準確性,但是在我國現有的風險評估系統中,這些基礎信息卻經常被忽視。中國對外來種入侵信息收集和管理比較滯后,植物檢疫名錄更新緩慢,本底資料相對匱乏[55],相關文獻和植物志書對其收錄不全,《中國植物志》(1959—2004)和《Flora of China》(1994—2013)缺乏外來植物傳入時間、傳入方式、歸化/入侵時間、擴散歷史、原產地信息等關鍵資料,對于潛在入侵種的預警缺乏可靠的信息支持,而這些資料是深入研究外來植物入侵風險評估的重要基礎。此外,我國入侵植物的調查不均衡,缺乏全面細致的普查工作,目前大量的研究集中在東部及南部沿海,如上海的外來植物調查是以25平方千米的網格為單元,發現了大量的外來植物新紀錄[51],而西北地區的調查相對薄弱,基礎數據及標本數量較少,尤其沒有詳細的分布記錄,阻礙了入侵風險評估工作的開展。

2.1.2錯誤鑒定時有發生

物種的準確鑒定是風險評估的第一步,對外來植物的錯誤鑒定會因對入侵種的疏于防控而導致不良的生態效應。我國外來植物的錯誤鑒定時有發生,例如,南美天胡荽的學名應為Hydrocotyleverticillata,而不是國內文獻普遍記載的Hydrocotylevulgaris,后者在中國并沒有分布,也未見引種栽培,但是由于兩者形態相近而相互混淆。另外,反枝莧Amaranthusretroflexus和綠穗莧Amaranthushybridus之間也存在混淆,國內大部分的期刊文獻、部分植物圖鑒甚至地方植物志都錯誤的將綠穗莧鑒定為反枝莧。其實,反枝莧在華東及華南地區極少見,而綠穗莧在北至內蒙古、新疆等地均發現有分布,兩者也是因為形態特征相近而被錯誤鑒定[56]。

2.1.3表型可塑性未納入評估體系

外來植物的成功入侵往往伴隨著一系列的表型變化,這是外來物種適應異質生境的重要策略,在快速適應入侵地環境過程中起了關鍵作用[57]。外來種哪些表型的可塑性更強,從而更有利于成功入侵[58]？哪些入侵種借助表型變異快速適應環境,而近緣種卻被淘汰？這些信息的準確程度直接關系到風險評估的客觀性,值得我們深入的研究。雖然目前我國已經具有全國范圍內的入侵植物調查資料,但是大多是對前人工作的總結,缺乏外來植物的本底資料和表型數據的積累和分析,在設置評估指標時難以對其量化。

在實際的評估過程中,由于基礎數據缺乏,關于外來物種某一具體方面的危害或者影響通常會被包含在更高一級的指標中進行評估,從而忽略了真正影響[59],這是我國風險評估系統構建過程中存在的主要障礙。

2.2 適生區分析不完善

適生區分析是利用物種已知的分布數據和相關環境變量,根據一定的算法來推算物種的生態需求,然后將運算結果投射至不同的空間和時間中來預測物種的實際分布和潛在分布[60—61],可為物種地理分布區的預測和外來入侵生物的風險分析提供重要的量化分析工具[62]。對生態學家和入侵種風險管理者而言,獲得氣候變化下物種范圍變化的可靠預測是一項重要的挑戰[63]。1984年,魏淑秋等[64]建立的“農業氣候相似距庫”最早應用于檢驗檢疫領域,開展了小麥矮腥黑穗病在中國的適生區研究[65]。1989年,原農業部植物檢疫實驗所引進的CLIMEX系統對美洲白蛾等進行了適生性研究[66]。蔣青[67]通過氣候相似比較,結合生態氣候下限指標分析出假高粱Sorghumhalepense在世界的可能分布區及在我國的適宜分布區,這是我國首次運用現代信息技術對外來植物進行的適生區分析。

近年來,隨著全球性物種分布數據庫的共享及地理信息系統的快速發展,在大尺度上,生態位模型(Ecological Niche Models, ENMS)被廣泛用于預測氣候變化對全球物種分布的潛在影響[63]。常見的生態位模型有：MAXENT最大熵模型[68]、BIOCLIM模型[69]、GARP遺傳算法規則模型、DOMAIN模型[70]、CLIMEX生態氣候模型[71]和ENFA生態位因子分析模型等[72]。

適生區分析是風險評估的重要量化指標,對于風險評估結果的可靠性影響較大。盡管生態位模型越來越多的應用于外來種的適生區分析中,但是很少有將外來種的適生區分析結果作為評估指標納入評估體系構建的案例。此外,地理分布數據和環境變量是影響模型轉移能力的重要因素,但是在實際操作中,構建模型所選用的分布點有時并不能反映外來種的分布范圍,且存在采樣偏差。選擇環境變量時并沒有充分考慮其對具體物種的限制作用,從而降低了模型的轉移能力,導致分布區預測的范圍不準確。

我國對外來種的分布區預測主要是限于單個模型進行分析,缺乏多個模型預測的綜合比較分析,而多個模型的比較分析有利于選擇最優模型進行準確的預測；同時,我國的適生區分析相關研究主要集中在入侵比較嚴重的個別種,缺乏屬級或者科級下全部外來植物的適生區分析。除目標種外,同屬或同科其他外來植物的適生區分析是構建評估系統的重要指標,而忽視這些可能會在將來造成新的生態問題。

我國的適生區相關研究主要集中在氣候變化對外來入侵種潛在分布區的影響,極少將人類活動因子納入外來種分布區預測模型及風險評估體系的研究。然而,人類活動如道路修建、土地開墾等對生境產生較大的干擾,已經大大加速了生物入侵的速率,使許多生物能夠到達自然傳播無法到達的生境[6,73—74]。因此,將人類活動作為重要指標納入生態模型構建是社會經濟發展的需求,可以研究外來植物在中國未來的分布格局及高適生區,揭示人類活動對入侵植物的分布格局的影響。

2.3 風險評估體系構建不客觀

操作簡單、結果可靠的風險評估系統對于保護國家生物安全與構建防控策略至關重要,能夠極大的節約外來種管理的經濟和時間成本。然而,我國已經建立了多個風險評估系統,但一直沒有得到有效的運用,主要存在以下問題：

風險評估系統相關研究大多基于專家判斷,主觀性較強。我國的風險評估體系構建過程中普遍存在“聚焦偏差”,即過于重視某些與侵犯性相關的先入為主的屬性,這些往往來源于具體案例研究或個人經驗,而不是反映普遍現象,評估的可重復性和客觀性受到一定的限制。

部分風險評估系統適用范圍太廣,在針對某一具體外來植物開展風險評估時,許多指標并不適用。評估體系所涵蓋的物種范圍越大,其設計就越難以做到準確和靈活[21]。我國一些評估系統的評估對象不僅包括植物,還包外來動物及微生物[75],評估系統中沒有專門設立與外來種入侵能力顯著相關的指標,指標設置缺乏針對性,在實際操作過程中,評估對象的入侵特征并不能與具體的指標相吻合,導致評估系統不能廣泛運用。此外,我國自然地理狀況復雜,同一外來種在我國不同地區生態學習性差別較大,而且外來種在我國分布呈現明顯的區域分化,因此,我國亟需構建某一生境類型、某一分類等級或某一地區的風險評估系統,實行差別化的風險評估,可以更明確的反映生態系統和分類群的特殊性,使得風險評估準確性更高。

我國的風險評估的研究和實踐主要集中在檢驗檢疫領域,評估內容主要針對口岸病蟲害和雜草檢疫方面。由于外來種入境后存在不確定的“滯后期”,面臨的生態環境更加復雜,用于檢驗檢疫系統的評價標準并不具有普遍適用性。此外,此類評估系統主要關注外來種的“入境的可能性”,對外來植物入侵后造成的經濟、社會、生態影響的相關內容涉及較少,而對經濟或人類健康的影響是入侵風險分析的關鍵,直接影響人民福祉的提高。

2.4 對新近外來種的關注度不夠

中國生物安全的壓力不僅來自于已經造成嚴重危害的種類,還來自于目前尚未造成明顯危害的潛在入侵種。在全球生物入侵嚴峻形勢的影響下,我國對入侵植物的認識和警惕有了明顯的提高,馬金雙和李惠茹[76]報道我國共有外來入侵植物239種,有待觀察種(潛在入侵種)多達225種,涉及不同的生物型和生態型。除此之外,新的入侵植物不斷被報道[9,77—79],過去20年全國范圍內歸化或入侵植物新紀錄超過60種[9,80],這一數字還在持續增加中,部分新近發現的外來植物擴散速度很快,對生態環境及經濟發展已經產生明顯危害,如假刺莧Amaranthusdubius、鮑氏莧Amaranthuspowellii和白花金鈕扣Acmellaradicansvar.debilis等[77],這些植物并沒有受到廣泛關注。目前大多數研究關注互花米草Spartinaalterniflora、飛機草Chromolaenaodorata、紫莖澤蘭Ageratinaadenophora、薇甘菊Mikaniamicrantha等惡性入侵植物,且主要針對生理生態、危害及防治措施方面的研究,缺乏對于新近外來種的監測及風險分析,相關的入侵風險評估研究十分有限。而對新近外來植物的風險分析是早期風險預警的必要條件,對于保護我國生態安全具有重要意義。

3 建議與對策

3.1 構建外來植物基礎信息數據庫是風險評估的基礎

外來植物基礎資料的調查與考證是預防和控制外來植物入侵的基礎工作之一,構成了風險評估系統的指標體系。對評估指標量化會使評估體系更加客觀,然而定量數據的獲得并非易事,需要外來植物大量的基礎數據作為支撐。我國外來植物的基礎信息嚴重缺乏,針對這一問題,應盡快開展外來植物基礎信息的詳細考證及野外調查工作,構建外來植物基礎信息數據庫,這是深入研究外來植物入侵風險評估的重要基礎,更是科學普及與科學管理的基準指南。

外來植物的基礎資料不僅包括學名、異名、原產地、入侵分布邊界、最早文獻記載、模式標本信息、早期標本信息、近緣種信息、報道文獻、圖像信息、相似種等本底資料,還應包括生物量、生長速率、株高、開花時間、種子千粒重、表型變異等數據。我國入侵植物文獻資料嚴重不足,改革開放以前的資料極少,針對早期入侵時間和地點的考證,應通過查閱大量記錄中國植物采集狀況的外文文獻,尤其是記錄中國臺灣和香港地區的文獻A list of plants from formosa、臺灣農家便覽、Flora hongkongensis、Flora of Kwangtung and Hongkong及CABI網站提供的文獻目錄等獲得；針對原產地有異議的入侵種,利用Flora of North America、Flora of China、Flora of Pakistan等資料進行綜合判斷；分布信息通過查閱中國數字植物標本館(CVH: http://www.cvh.ac.cn/)、國家標本館平臺(NSII: www.nsii.org.cn)等數據平臺及國內主要標本館獲得。表型數據的獲取應建立在長期野外調查的基礎上,設立固定樣地,并結合同質園實驗統計表型變異數據。

由于大多外來植物具有較高的生態多樣性和分類上的復雜性,這使得外來植物的鑒定并非易事,盡管存在這些限制,外來物種數量的迅速增加迫切需對其進行準確的鑒定,這是進一步開展風險分析的基礎。然而,外來種尤其是茄屬、莧屬等表型變異較大,且存在屬內雜交,國內已有文獻資料并沒有對其進行詳細記載,對其進行準確鑒定并非易事,針對這一問題,除了查閱最新的分類學成果之外,還需查閱Tropicos、IPNI、The Plant List等權威分類學數據庫及原產地的分類學文獻資料綜合分析,并結合分子生物學手段有望解決其分類學問題。

外來種基礎資料的積累和搜集是一個長期的過程,但是外來物種數量的迅速增加迫切需要構建包括上述信息在內的本底資料和表型數據的基礎信息數據庫,使得風險評估有據可依,這有利于加快我國植物檢疫名錄更新速度,提高外來種的管理水平。Genovesi和Shine[81]認為,在生物多樣性喪失或者受到顯著降低的威脅時,不應該將缺乏確定性當做推遲采取措施的理由。換言之,基礎數據不完善的情況時有發生,數據集永遠不會完整,但風險評估不能因為數據不完善而停止,對各類外來入侵種進行風險評估并加強管理勢在必行。

3.2 運用生態位模型進行生態風險分析是風險評估的重點

利用生態位模型對外來植物的適生區進行分析是風險評估的重要組成部分。近年來,隨著全球性物種分布數據庫的共享及地理信息系統的快速發展,生態位模型越來越多的用于預測在當前和未來氣候條件下外來入侵植物的潛在分布。

不同的生態模型機理不同,在實際操作和應用中存在顯著差異,預測結果往往不同,這就需要對模型的準確性和可信度進行評估,避免出現“假陽性”或“假陰性”情況,這是確定模型預測結果可信度的重要環節[62]。常用的模型評價指標有靈敏度、特異度、Kappa統計量、AUC值,其中AUC值不受閾值的限制,是一種廣泛用于評價預測模型準確率的方法[82—83]。模型選擇時一般是用不同模型對同一物種的潛在分布范圍進行模擬,然后根據模型評價指標選擇最優模型。目前使用較多是最大熵MAXENT模型預測當前和未來氣候條件下外來植物的分布范圍,該模型主要是通過物種的已知樣本分布數據和環境數據找出物種概率分布的最大熵,從而對物種的分布進行估計和預測[68],即使分布數據較少時也能獲得較好的預測結果[84]。Hernandez等[85]對美國加州18種動物在6個樣本量等級下的模型模擬效果進行研究,認為MAXENT模型在每個樣本量下均能穩定、準確的預測。同樣,Wisz等[86]針對不同樣本規模對物種分布模型性能影響的研究表明：與其他模型相比,MAXENT模型在所有樣本規模下均能很好的預測物種的潛在分布區。

模型的轉移能力對于潛在分布區預測的準確性至關重要,而地理分布數據和環境變量選擇是影響模型轉移能力的重要因素。由于生態位的保守性,構建模型時所選用的物種分布點要盡量反映物種的地理分布范圍,同時要降低物種的采樣偏差；環境變量的選擇要充分考慮其對物種的限制作用、各環境變量之間的空間相關性以及不同地理種群間生態空間是否一致,同時要降低環境變量的空間維度,提高生態模型的轉移能力,從而準確模擬物種的分布范圍[61,87]。

此外,高強度的生產和經濟活動給外來種的傳入和擴散創造了有利條件,應盡快將人類活動強度指標納入分布區預測模型,研究環境因素和人類活動加劇背景下外來植物在中國未來的分布格局及高適生區,揭示人類活動對入侵植物的分布格局的影響。人類活動數據一般來源于國際地球科學信息網絡中心(CIESIN)的人類足跡數據層,由基礎設施建設、人類土地利用、人口密度、鐵路、公路等8個全球數據層生成,能夠客觀、全面的反應人類活動的強弱及其空間分布狀態。

3.3 建立科學的風險評估系統是核心

3.3.1指標設定和權重設置

一個評估系統的科學性在于是否包括全面、相互獨立、與入侵能力顯著相關的指標[88]。入侵風險評估指標不是越多越好,應該建立在全面分析風險產生過程的基礎上,選取決定風險產生的關鍵因素；指標選擇不僅要反映整個入侵過程、定義明確、測度方式標準,還應該能夠全面反映外來種的入侵特征,避免重疊[19]。同時,指標應該具有可操作性和可比性,在使用過程中可以根據評估對象的不同進行適當的調整,并不會影響評估體系的整體效能[19]。小尺度范圍內,外來種在局部環境中的生理生態指標對于是否能夠成功入侵更為重要[89],在構建評估體系時應該重點考慮。

構建評估體系需要重點考慮指標權重的設置。評估系統的指標以不同方式加權會影響評估結果和準確性,未來應該探索如何通過設置不同的權重來提高評估的客觀性。由于外來植物風險事件的復雜性和模糊性,用精確數學模型設置評價指標的權重難度較大。層次分析法(Analysis Hierarchy Process,AHP)是一種定性和定量相結合的多層次權重分析方法,可以用來確定各指標的主觀權重,是評估風險的一種有效辦法[90—91],近年來被廣泛用于風險評估,但是,層次分析法在確定權重時主觀性較大。熵權法是確定客觀權重的方法之一[92—93],指標的熵值越小,表明指標值的變異程度越大,權重越大[94]。主客觀綜合權重法能減少權重設置的主觀性,結合兩種方法特點,李帥等[95]采用主客觀相結合的方法確定寧夏城市人居環境評價體系的指標權重；劉媛媛等[94]結合層次分析法和熵權法評估了孟印緬地區的洪水災害風險。近年來,研制定量化的入侵風險評價系統受到各國的廣泛關注,但是,其可行性[96]、透明度[97]、指標如何量化[98]等方面均面臨挑戰。

3.3.2構建分類別的入侵風險評估系統

入侵風險評估體系的設計是評估的重點和難點[19]。我國自然地理狀況復雜,氣候類型多樣,同一外來植物在我國不同地區的生態學習性差別較大。例如鳳眼藍Eichhorniacrassipes在我國長江以南入侵嚴重,但在東北地區則是溫室栽培植物；馬纓丹Lantanacamara在我國華南地區已經造成了嚴重的入侵,但是在華東地區則是觀賞花卉；此外,外來植物的入侵特征與傳入方式多樣,難以用統一的評估體系對外來植物進行評價。選擇某一區域,或選取特殊生態系統如水體生態系統、城市及人工生態系統等,或者選取不同類群如旋花科、莧科開展分類別的風險評估研究,并針對不同評估對象選取合適的評估指標,可以更明確的反映生態系統和分類群的特殊性,有利于獲得更準確的評估結果。Tucker和 Richardson[29]對南非高山硬葉林的外來植物進行風險評估時,將外來種對硬葉灌木火災的適應性(外來種的幼年期長度、成株火后存活率、土壤種子庫有效持續時間)作為重要的指標進行評估。Olenin等[99]開發了歐洲咸水及海水環境的風險評估系統,并在波羅的海進行了測試。張帥等[88]對我國入侵植物多樣性的區域分異研究結果表明,外來入侵植物在我國分布呈現明顯的區域分化,應建立具有區域特點的外來植物入侵風險評估系統。綜上,我國亟需構建特定區域、特定生態類型或不同類群的風險評估體系,根據評估對象的生物學與生態學特征建立符合實際要求的評估標準,實行差別化的風險評估,為我國入侵植物防控措施的制定提供理論依據。

3.4 加強新近外來植物的管理是風險評估的關鍵

入侵的早期階段是管理外來種的最佳時段[100]。在外來植物入侵的早期(甚至在進入新區域之前)評估外來植物的影響是早期預警的關鍵,也是有效應對新入侵者的必要條件[36]。為了防止新的植物入侵,迫切需要構建入侵風險評估及早期預警系統,以確定某一特定物種成為入侵種的可能性[101—102]。

“風險”是風險評估程序中的重要因素,由未來潛在負面影響的程度和預后的不確定性構成[103]。盡管近年來進行了大量研究,但是對于外來種尤其是新近外來種未來的影響進行精確的評估仍存在很大困難[104—105]。德國—奧地利黑名單信息系統(GABLIS)將對生物多樣性負面影響尚未充分了解的外來物種列入灰色名錄,這得到了《生物多樣性公約》(2000)預防原則的支持。我國也進行了一些探索性的工作,馬金雙和李惠茹[76]基于野外調查和文獻考證,將225種外來植物劃分為潛在入侵種,這些物種的未來的發展趨勢有待進一步的觀察。基于事前預防比事后控制成本低得多的原則,對于新近外來種,假陽性(認定為一個外來種是入侵種,盡管它不是)是可以接受的,但假陰性(認定為一個外來種不是入侵種,盡管它是)不能被接受,這與Mack等[104]對外來種堅持“證明清白之前有罪”的原則一致。此外,定期審查評估結果,在獲得充分數據的情況下允許物種在不同名錄間的遷移。

我國對外來植物的風險評估主要集中在近年來已經造成嚴重危害的入侵植物,但是,野外調查發現部分新近的外來植物擴散速度很快,更應該提高警惕性,如長芒莧于1985年首次在北京豐臺區路邊發現,目前在我國京津冀部分地區已經形成單優群落。2015年,白花金鈕扣在安徽南部被發現時,種群規模已經較大[106]。中國歸化植物的新紀錄在不斷增加中,然而這些植物并沒有受到廣泛關注,相關的入侵風險評估研究十分有限。外來物種數量的迅速增長迫切需要決策工具進行入侵種的管理和植物貿易的規范化,以減少新引進植物的入侵風險。對新近外來植物的忽視可能使其成為下一個惡性入侵種,尤其是在一些大型建設項目中,需要在環境影響評價中增加有關外來種引進和擴散的風險評價內容,確保這些活動引發的外來種入侵風險最小化。

4 展望

面對外來入侵植物造成的嚴重生態、經濟和社會等方面的問題,國家急需外來植物管理的基礎依據。對外來種進行風險評估的目的是決定哪些外來種應該列入國家有害雜草清單,并決定哪些新近外來物種應該被優先控制或消除,從而合理的調配資源。我國環境保護部聯合中國科學院先后發布了4批外來入侵物種名單,為我國外來入侵種的管理提供了依據。然而,這些外來入侵種具體分布于我國哪些地區？未來的擴散趨勢如何？哪些地區是重點管理區域？近緣種中是否存在潛在入侵種？如何科學有效的對這些外來種進行防控？這些問題尚需深入研究。

在我國目前已知的入侵植物中,超過一半的種類是作為觀賞植物、牧草、藥用或者食用植物等人為引入的[80]。這些植物在引種的初期對于經濟、觀賞、環保等起到過積極作用,但是隨著經濟的發展、社會需求的改變以及外來種在引入地的適應性變化,這些有意引入的外來種角色發生了很大變化,從能夠“解決問題的植物”變成了“問題植物”,從有益植物變為要花費大量人力和財力來治理的有害植物。為了解決這一問題,不僅需要對外來植物進行引入前的入侵風險評估,以確定該物種是否適合被引入,如果評估為高風險,則禁止引入,這就從源頭上消除了入侵的風險；還需要建立外來植物引入后的監測和快速反應體系,制定切實可行的快速反應計劃；加強外來種引入后對本土物種和生態系統影響的監測,一旦有爆發或者擴散趨勢,迅速采取控制措施。早期發現和快速反應是預防和控制新疫情的關鍵,這就需要多部門、多行業的分工協作和國際合作交流,將在臨近國家或地區造成危害但尚未進入我國的外來種列入警惕名單,并保持與這些國家的入侵信息的交流和溝通。

入侵風險評估報告是風險評估結果的輸出形式,基于外來種的風險評估結果,有望形成每個外來種的風險評估報告,包括評估的詳細過程、評估指標分值及評估結果討論等信息,這將是外來植物的完整檔案,是對其入侵風險的客觀評價,也是對我國外來種入侵風險、預警和管理策略制定的積極探索。此外,絕大多數的風險評估體系在我國法律上不具有約束力,因此評估結果在外來種管理執行中受到限制,未來需要提高評估結果及與入侵相關的環境政策的接受程度。

2017年,國家重點研發計劃項目“重大/新發現農業入侵生物的風險評估及防控關鍵技術研究”立項,這說明風險評估與防控方面的研究已經引起學術界的高度重視。2020年8月,“如何實現農業重大入侵生物的前瞻性風險預警和實時控制？”入選中國科協2020年十大工程技術難題,反映了我國學術界對生物入侵問題的高度重視和廣泛共識。目前,我國在入侵生物的傳入后的防控方面取得顯著進展,但在潛在和新發入侵生物的風險評估及檢測預警方面仍存在不少問題,對于已經建群的入侵種如何建立防控的優先級,國內研究還相對薄弱。抵御入侵生物于國門之外,推動生物入侵的防控由被動轉為主動,促進我國入侵生物早期預警平臺的搭建與檢驗檢測技術的快速發展,是對我國入侵風險管理水平的挑戰,對于保障我國生態安全具有重要意義。