进口植物及植物产品有害生物风险分析.doc

进口植物及植物产品有害生物风险分析植物保护第32卷第4期(2006)PLANTPROTECTIONVo1.32No.4(2006)(Ambrosrda)topostemergenceimazethapyr1J1.WeedScience,1996,44(2):248251.1,281HARRISONSK,REGNIEREE,SCHMOLLJT.Postdispersalpredationofgiantragweed(Ambrosiatrifida)seedinno-tillagecorn1,J.WeedScience,2003.51(6):955964.1,291吴海荣,强胜,段惠,等.豚草(AmbrosiaartemisiifozL.)1J1.杂草科学,2004(2):5052.1301ZELAYAIA.OWENMDK.Evolvedresistancetoacetolactatesynthase-inhibitingherbicidesincommonsunflower(Helianthusannuus),giantragweed(Ambrosiatrifida),andshattercane(Sorghumbicolor)inIowa1J1.WeedScience,2003.52(4):538548.1,31HOSSNE.AL-KHATIBK,PETERSONDE,eta1.Efficacyofglyphosate,glufosinate,andimazethapyronselectedweedspecies1,J1.WeedScience,2003,51(1):11O一117.132马骏,万方浩,郭建英,等.豚草卷蛾的生态适应性及其风险评价J.应用生态,2003,14(8):13911394.133FRANEYRJ,HARTSE.Timeofapplicationofcloransulamf0rgiantragweed(Ambrosiatrida)controlinsoybean(Glycinemax)l-J1.WeedTechnology,1999,13(4):825828.1341胡白石,许志刚,周国梁,等.梨火疫病的进境风险分析J1.植物保护,2001,28(4):303308.1351王茂华,许志刚.玉米高原病毒病及其风险分析I-J1.植物检疫,2002,16(2):8890.进口植物及植物产品有害生物风险分析王爱丽,施宗伟.,马小光.,沈佐锐,李瑞军卜(1.河北农业大学植物保护学院昆虫系,保定071001;2.中国农业大学农学与生物技术学院,北京100094;3.中国检疫检验科学研究院动植物检疫研究所,北京100029)摘要本文从经济,生态和人及人类社会3个方面阐述了外来有害生物的风险;根据国际标准ee制订的有害生物风险分析流程,定性地描述了有害生物风险分析的方法;并从入侵种特性研究,适生区预测研究和风险分析模型3个方面阐述了有关有害生物风险分析的理论研究进展,这些理论研究有助于为有害生物风险定量分析提供科学依据.关键词有害生物风险分析;植物检疫;适生区预测;风险模型中图分类号S413OPestriskanalysisonimportedplantsandplantproductsWangAili,ShiZongwei.,MaXiaoguanga,ShenZuorui,LiRuijun(1.DepartrnentofEntomology,CollegeofPlantProtection,H幽AgriculturalUniversity,Baoding071001,China;2.CollegeofAgronomyandBiotechnology,ChinaAgriculturalUniversity,BeOing100094.China;3.J,ffofAnimalandPlantQuarantine,ChineseAcademyofJ,f0,zandQuarantine,Beijing100029,China)AbstractThispaperintroducedpestriskanalysis(PRA)inthreeaspects.Firstly.itintroducedthenegativeimpactsofexoticspeciesoneconomy,ecology,humanhealthandsociety.ItishelpfultOrecognizetheriskofpestsinacomprehensivewayandestablishconvincingriskindices.Secondly,itillustratedtheprocedureofPRAbyinternationa1standardsinordertOshowhowaqualitativePRAismade.At1astitreferredtOthedevelopmentofresearchesrelatedtOquantitativePRA,includingtheresearchonthecharacteristicsofexoticspecies.thepredictionofpotentialdistributionandriskmodels.Keywoldspestriskanalysis;plantquarantine;predictionofpotentialdistribution;riskmodels随着全球经济的一体化,国际间植物及植物产品的贸易不断增加,外来种随植物及植物产品进入的几率也不断增加.某些外来种对环境的影响是中性甚至有益的;而某些外来种的入侵将对入侵地造成非常严重的后果口.这种商品携带有害生物的可能性和外来有害生物影响的不确定性就形成了风收稿日期:20051118修订日期:20060415*通讯作者E-mail:liruijun99sinmcom险.为防止外来植物检疫性有害生物传人,保护农,林业生产安全及生态环境,方便贸易,各国在进出口贸易时将启动有害生物风险分析(pestriskanalysis,PRA).它不但是预防外来有害生物进入的主要手段之一和制定植物检疫政策的基础,同时也起到检疫的正当技术壁垒作用,充分发挥检疫的保护?20?植物保护第32卷第4期(2006)PLANTPROTECTIONVo1.32No.4(2006)功能,强化检疫对贸易的促进作用.所以,近些年PRA越来越为人们所关注.而对有害生物风险的认识,有助于全面进行PRA工作,有助于为风险分析确定量化指标提供科学依据.1外来有害生物的风险外来种的危害近些年来,由于外来种引起的一系列灾难性的后果,使生物入侵成为一个世界性问题,就总体而言,入侵种的主要危害涉及以下几个方面.1.1经济影响外来有害生物在对农作物造成的直接伤害,降低作物产量及产品品质等方面所带来的损失是可观的2.在降低产品品质方面,除了影响农产品价值外还会大大影响到产品的出口.而每年用于监测外来有害生物,使用防治药剂,改良品种以防除这些有害生物的费用更是相当庞大4.在我国,国内专家对其中危害最严重的l1种外来生物进行了粗略的损失估计,仅松材线虫,水葫芦,马铃薯甲虫,薇甘菊等几种主要外来有害生物每年就造成超过574亿元人民币的直接经济损失5.除了以上直接经济影响以外,有害生物还会引起许多灾难性的事故,造成经济损失,如某些恶性杂草导致耕地的退化6,以及引起严重的火灾7.1.2对生态的效应由于外来人侵种对入侵地环境的改变,导致许多本地生物面临灭绝的危险.在Wilcove的研究中,外来种的引入是人类引起生物灭绝列居第二的破坏性影响因素8.在美国,调查的956种濒临灭绝生物中,大约有400种受到外来种的威胁9.其他研究也都证明了外来种入侵对生物多样性的破坏性,如凤眼莲(Eichhorniacrassipes,又名水葫芦)入侵后大量繁殖,覆盖整个水面,阻挡了阳光,破坏了食物链,致使沉水植物及水生动物死亡.一种入侵美国的外来蚜虫,不仅破坏当地的冷杉,还导致两种本地鸟和3种外来鸟数目的减少1叩;造成这些影响的因素很多,因为不同生态系统下,外来种入侵的过程和危害机制各不相同.其大体的机制包括入侵种与本地种的竞争和相互排斥n-12,对食物链的破坏1引,杂交5,对环境的影响(自然环境中氮素的增加)7,引入危害物1等.更好的研究这些机制,为人类更加准确的认知和确定外来生物的影响有很大的帮助.1.3对人及人类社会的危害历史上及近代有许多由于外来种入侵对人及人类社会造成严重危害的案例.例如爱尔兰饥馑,原产于南美洲马铃薯的晚疫病菌于19世纪30年代随引种的种薯传人欧洲,马铃薯晚疫病(Phytophthorainfestans)在爱尔兰大暴发,导致马铃薯绝产,造成了历史上着名的大饥荒,夺去数十万人的生命.某些有害生物,由于其自身的特点,对人及动物就可以造成直接的伤害,如红火蚁(Solenopsisinvicta)可以造成家禽,蛇类等许多动物的死亡,人在被其叮咬后,会有火辣的疼痛感.侵入我国的普通豚草(Ambrosiaartemisiifolia)和三裂叶豚草(Atriida)所产生的花粉会引起人过敏反应,导致枯草热症_1.2有害生物风险分析的工作流程正是由于外来人侵种造成的严重的危害,有害生物风险分析越来越为人们所重视.至2004年年底,联合国粮农组织已经制定了多个与有害生物风险分析相关的标准,如有害生物风险分析准则(国际植检措施标准第3号出版物),确定某一地区的有害生物状况(国际植检措施标准第8号出版物),对检疫性有害生物的有害生物风险分析(国际植检措施标准第11号出版物),有害生物报告(国际植物卫生措施标准第l7号).我国也参照其有关规定,根据中华人民共和国进出境动植物检疫法及其实施条例制定了进境植物和植物产品风险分析管理规定.在这些规定中详细给出在何种情况下启动有害生物风险分析,及定性地描述了风险评估,风险管理的工作流程.PRA包括3个阶段,分别为开始进行分析风险的工作,评估有害生物风险,治理有害生物风险.开始阶段主要是明确PRA的任务,地区,类型;一般有两个开始,一是以途径为起始的,如以一种商品为一种途径的起始;一是以有害生物为起点的.以途径为起点的PRA,分析人员首先搜集资料,确定该途径潜在的有害生物名单,及与潜在有害生物相关的信息;以有害生物为起点的PRA,分析人员首先明确该生物为潜在的有害生物.在评估阶段,分析人员考虑每一种有害生物的各个方面,特别是关于其地理分布,生物学和经济重要性的实际资料.然后利用专家评判来评估其在PRA地区的定殖,扩散的可能性和经济重要性,最后描述传人PRA地区的可能性的特点.如果其具有需采取植检措施的足够风险,则进入第3阶段.第3阶段主要是分析和选择减少风险的最佳方案或选择得出可以接受的水平,植物保护第32卷第4期(2006)PLANTPROTECTIONVo1.32No.4(2006)?21?提出切实可行的检疫措施,并对此进行监测和评价.3风险分析主要理论依据的研究上述的风险分析流程只是一个定性的指南,怎样得到科学的风险分析还依赖于大量实际的研究,而不同方面理论研究的进展对风险分析工作有很大的促进作用.3.1入侵种特性的研究外来人侵种能成功入侵与其所具有的生物学特性是密不可分的,如很强的生态适应性,超强的繁殖能力,独特的生存策略,特殊的传播方式l1,特殊的抗逆性,特殊的行为特性ll引.高增祥等将入侵种的特性分为生活史(或生物学)特性,生态学特性l_l.澳大利亚的杂草评估系统涉及杂草的生物地理,不受欢迎的特性和生物学或生态学特性l2.对先前成功入侵种特性的研究及在其他地区成为入侵种的特性的研究对于预测新人侵种,制定法规规范,研究入侵机制,进行风险分析等是十分有帮助的.许多研究者正在进行入侵种特性的研究及通过对入侵种生物特性建立模型而进行新人侵种的预测和有害生物的风险评估2卜.Baker针对杂草性的植物种类,总结出了一些生活史的特征,认为更多地符合这些特征的物种比符合得较少的物种更有可能成为入侵种l_2.SarahReichard开发出对于植物入侵的统计模型,指出入侵种与一些特征之间的强烈相关性l2.目前已经接受了一些长期以来已经确定的关于杂草的诊断特征,并且其可以作为外来种风险分析的参考2.如澳大利亚的风险评估系统就是根据杂草特征确定可能成为环境或农业系统杂草物种的风险评估系统.另外,值得注意的是,一些研究者认为Baker特征是不可靠的,成功入侵的一般性结论依据不足l1,而要提供一份所有人侵杂草所具有的共同特征的清单是不现实的_2引,许多特征不能一概而论,如在入侵的不同阶段,重要的特征不同_2;某些特性并不是其本身的的性状,而是在选择压力下人工进化的产物.所以有些研究者又对入侵种的基因特征进行了深入研究,得到很多宝贵的研究成果.3.2适生区的预测一个物种从传人到最后的猖獗是一个复杂的过程.就有害生物而言,不单单依赖于物种本身的特性,不同地域的地理环境和生态系统对外来种的影响是不同的.许多因素会影响到物种是否能在当地生存及建立种群,例如气候因子,土壤类型,地理特征,自然地理屏障(沙漠,海洋,山脉等),植被类型,物种间的关系包括与人类关系以及历史原因等.马小光等指出应考察天气一地理一植物一有害生物天敌一人构成的复合生物链_2.研究者主要通过建立模型的方法来确定物种与环境之间的定量关系,确定影响物种分布的关键性因子,从而进行新地区是否有适合该物种的生态位的预测.常用的统计方法有判别分析,逻辑斯谛回归分析,广义线形模型,典范对应分析,分类与回归树,人工神经网络等_2.在影响物种生存的诸多因素中,以气候因子作为重要因子的研究是最为深人的.1924年Cook提出用气候图对有害生物的潜在分布进行分析引,随后人们建立以数据库系统为基础的气候统计学方法.1985年,Sutherst和Maywald建立了一个用于生态气候评价的微机分析模型CIIMEXl3,它是通过物种已知地理分布区域的气候参数来预测物种潜在分布区的软件.至1999年发布了可以在Windows操作平台下运行的CLIMEXforWindows1.1,其自身带有世界上大约2500个地区的气象资料和某些物种对气候条件的要求l2,该系统得到了广泛应用,被用于几十种有害生物的适生性研究.另一种应用较为广泛的预设预测规定的遗传算法(GARP,geneticalgorithmforrule-setproduction),1992年由DavidStockwell开发_3卜.,它利用物种的已知分布数据和环境数据来产生物种的生态位模型,这些模型描述物种在何种条件下能保持一定种群,从而用于研究生物的多样性和物种的潜在分布.目前应用其发表的文章有近20篇(/desktopgarp20051022).除此以外,已开发的常用的生物气候分析的软件还有BIOCLIM,DOMAIN,FLORAMAP等2.在我国,原北京农业大学魏淑秋等建立了农业气候相似距库,并在此基础上提出了生物气候相似研究方法_3,其被应用于PRA领域,对美国白蛾(Hyphantriacunea)343,假高粱(Sorghumhalepense)l3等进行了分析.凭借计算机功能的增强,沈佐锐运用随机性模型提出一种新方法,即用天气模拟模型驱动有害生物种群动态模拟模型,并用MonteCarlo和Bootstrap技术,构造WVP(Weather-via-Pest)风险函数,应用其进行了多项的研究36-37.3.3风险分析模型研究风险的概念首先是在西方经济管理科学中提出_2引.应用数学的语言来描述就是导致损失的事?22-植物保护第32卷第4期(2006)PLANTPROTECTIONVo1.32No.4(2006)件发生的概率(户)和所带来的损失(c)的函数,R一厂(P,c)c.风险作为一种客观存在,无处不在,如投资风险,保险,火险,医疗风险.无论是对于自然界还是社会,政府,甚至每个人,都面临着风险,风险分析与管理的问题.而风险分析已成为许多领域研究的一个重要分支,并相应地得到基于风险理论的数学模型,如应用于保险业的短期个别风险模型,短期聚合风险模型等38.目前,世界上应用于风险分析最为广泛的工具是RISK4.5,其基于蒙特卡罗(MonteCarlo)方法,对各种可能的结果进行模拟,给出相应事件的发生概率(.au/risk/).内部提供了37个概率分布函数,并直接与微软Excel结合进行数据输入与输出.关于有害生物的风险分析模型,美国在2O世纪7O年代建立了一个对尚未在加州定殖的有害生物进行打分的模型I3.随后其采用场景分析与和蒙特卡罗相结合的方法I1,就是利用场景分析的方法将有害生物进入,定殖,扩散,导致损失等过程分解为场景和组成场景的一系列事件,每个事件用一个数学模型(通常使用简单的线性乘法数学模型)来表达,将所有模型按发生的时空关系进行组装得到有害生物引起风险的数学表达I3.我国在20世纪90年代进行了大量关于有害生物风险进行量化评估的探讨和研究.确立的方法是通过对专家的咨询建立指标体系,随后对指标进行综合评价.在建立指标体系方面,在不同的层次上确定树状的多层次因子,对每个因子制定定量化的标准,根据具体情况给每个因子赋予不同权重.完成指标体系的建立后,用多种数学方法来对其进行综合评价I1.1995年蒋青等利用系统工程方法得到多指标综合评价法3,此方法被用于杨潜叶叶蜂(Aessataianensis)l_4.,红脂大小蠹I4等多种有害生物的风险性分析.随后我国学者又研究了模糊数学综合评判模型和计算方法15.42.现在我国也在尝试应用RISK进行风险评估工作.法也不同程度地影响结果的客观性.而各种理论的研究有助于认识问题的本质,如随着分子生物学的发展,人们试图从基因的角度解释生态学的理论问题,为理论提供实验性的依据.这些使得人类的预见能力越来越强,也为风险分析工作提供新的方法.针对我国目前进口植物及植物产品的实际PRA工作而言,虽然在近些年中取得相当的成绩,但还有许多不足.首先,由于风险分析工作相对其他发达国家起步较晚,基础设施建设不足,如风险分析工作要涉及世界各地的有害生物,其基本信息通常来源于以往的调查,研究报告,报刊杂志等,即工作人员要做大量针对以往信息的工作.而每一个工作者在开始一项任务时都需要做大量重复性的工作,这大大地降低工作效率.建设有害生物信息数据库,专家信息数据库可帮助风险分析人员减少工作量,增加人员间交流,从而提高工作效率.另外,PRA是一项工作量大且交叉性强的工作,需要多学科人才组成团队来共同努力.就植保专家而言,按产品种类,有害生物类别进行的专项研究可大大提高研究的深度,缓解重复简单工作的问题.只有这样才能得到高质量的,有实践指导意义的风险分析报告,为政府部门提供可靠的有说服力的建议.参考文献1WILLIAMSONBiologicalInvasionsM.London:Chap-/nanandHall,1998.4讨论6综上所述,有害生物风险分析是一项重要而复杂的交叉学科,它需要检疫工作者,生物学家,生态7学家,数学家,经济学家等等不同领域的专家学者共同努力.就生物领域而言,对外来有害生物造成的危害地全面了解,对有害生物自身的深入研究,有助于认识风险,为PRA提供客观的分析指标,使各种量化分析模型符合实际.同时,数学模型建立的方9DAVIDPlMENTEL,LORILACH,RODOLFOZUNIGA,eta1.EnvironmentalandeconomiccostsofnonindigenousspeciesintheUnitedStatesJ.Bioscience,2000,5O(1):5365.DANT0N10CM,KARKSImpactsandextentofbioticin-vasionsinterrestrialecosystemsJ.TrendsinEcologyandEvolution,2002,17(5):202204.PALMESystematicsandtheimpactofinvasivefungionagricultureintheUnitedStatesJ.Bioscience,2001,51(2):141147.徐汝梅.生物入侵一理论与实践M.北京:科学出版社,2003.CAMPBELLFT,SCHLARBAUMSEFadingForests:NorthAmericanTreesandtheThreatofExoricPestM.NewYork:NaturalResourcesDefeneeCouncil,1994.VITOUSEKPM,DANTON10CM,L00PELL,eta1.BiologicalinvasionsasglobalenvironmentalchangeJ.AmericanScientist,1996,8:468478.WlLCOVEDS,ROTHSTEINDAVID,eta1.QuantifyingthreatstoimperiledspeciesintheUnitedStatesJ.Bioseience,1998,48(8):607615.O0NSERVANCYTN.AmiericasLeastWanted:AlienSpe植物保护第32卷第4期(2006)PLANTPROTECTIONVo1.32No.4(2006)?23?ciesInvasionsofUSEcosystemsEM.Arlington(VA):TheNatureConservancy,1996.10ALS0PFJ,LAUGHLINTEChangesinthespruce-firavifaunaofMt.GuyotJ.JoumaloftheTennesseeAcademyofScience,1991,66:207209.11HESTERAJ.Influenceonfireandsoilnutrientsonnativeandnon-nativeannualsatremnantvegetationedgesintheWestemAustralianwheatbeltJ.JoumalofVegetationScience,1992,3:101108.r12HUENNEKELF.Potentialinterferencebetweenathreatenedendemicthistleandaninvasivenonnativeplant,J.ConservalionBiology,1994,9:415425.,133埃尔顿.动植物入侵生态学M.张润志,任立译.北京:中国环境科学出版社,2003.14吴虹明,包维楷,王安.外来种入侵对乡土生物多样性的影响机制J.长江流域资源与环境,2004,13(1):4046.,153李尉民.有害生物风险分析M.北京:中国农业出版社,2003.16万方浩,郭建英,王德辉.中国外来入侵生物的现状,管理对策及风险评价体系C生物多样性与外来人侵物种管理国际研讨会论文集防治外来人侵物种.北京:中国环境科学出版社,2002:7797.17VERMEUGJ.AnagendaforinvasionbiologyJ.BiologicalConservation,1996,78:39.18SUAREZDA,HOLWAYAV.Animalbehavior:anessentialcomponentofinvasionbiologyJ.Tree,1999,14(8):328330.19高增祥,季荣,徐汝梅,等.外来种入侵的过程,机理和预测J.生态,2003.23(3):559570.J.昆虫知识,2004,41(4):379386.-29马晓光,沈佐锐.植保有害生物风险分析理论体系的探讨J.植物检疫,2003,17(2):7074.-30SLfTHERESTR.MAYWALDGFAcomputerizedsystemformatchingclimatesinecology,J.AgriEcosystemEnviron,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