鄭志鑫， 王 瑞， 張風(fēng)娟， 冼曉青， 萬(wàn)方浩

1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲(chóng)害國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193； 2河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002

外來(lái)物種入侵已成為全球性的環(huán)境問(wèn)題，中國(guó)是遭受外來(lái)入侵生物危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。隨著全球變化加劇以及我國(guó)對(duì)外貿(mào)易、旅游和交通等的發(fā)展，外來(lái)植物入侵發(fā)生的頻度和危害的程度都在迅速增加，特別是一些有毒或惡性的雜草的入侵和蔓延不僅導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難(桑衛(wèi)國(guó)等，2006； 萬(wàn)方浩等，2010; Pimenteletal.,2000)。當(dāng)前，我國(guó)外來(lái)有害生物入侵的形勢(shì)異常嚴(yán)峻，這表現(xiàn)在2個(gè)方面：新的物種正在不斷地通過(guò)貿(mào)易、旅游等途徑傳入；已入侵的物種還在不斷擴(kuò)散蔓延。因此，預(yù)防新的外來(lái)物種的入侵以及控制已入侵生物的進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延是當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估明確外來(lái)物種傳入與擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)、制定早期監(jiān)測(cè)預(yù)警措施是控制有害生物入侵、抑制其擴(kuò)散蔓延的最有效途徑(萬(wàn)方浩等,2010)。

人類活動(dòng)是影響外來(lái)物種擴(kuò)散的關(guān)鍵因素(Horvitzetal.,2017)，特別是一些大的跨區(qū)域的工程會(huì)促進(jìn)外來(lái)物種的擴(kuò)張蔓延。南水北調(diào)是中國(guó)21世紀(jì)的一項(xiàng)巨大輸水工程，目的是把長(zhǎng)江流域的水引入華北地區(qū),以緩解華北地區(qū)的水資源匱乏問(wèn)題，改善受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。南水北調(diào)工程有中線、東線和西線3條調(diào)水線路。其中，中線和東線工程分別從漢江上游的丹江口水庫(kù)和長(zhǎng)江中下游的江都引水，供給黃淮海平原大部分地區(qū)。2016年底，中線和東線工程已完工并開(kāi)始輸水。

我國(guó)的外來(lái)物種分布總體上呈現(xiàn)沿海多于內(nèi)陸的特點(diǎn)，內(nèi)陸地區(qū)呈現(xiàn)出由南向北、由東向西遞減的趨勢(shì)(何志恒和張全發(fā)，2007)。南水北調(diào)工程全程干渠大多為露天開(kāi)放性管道，在調(diào)水的同時(shí)為物種的跨區(qū)域擴(kuò)散提供了通道和動(dòng)力，尤其一些已在水源地分布的外來(lái)有害生物可能會(huì)借助這一通道跨越地理屏障從長(zhǎng)江流域向北擴(kuò)散蔓延。因此，系統(tǒng)評(píng)估外來(lái)有害生物隨南水北調(diào)工程(中線和東線)入侵和擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)，明確高風(fēng)險(xiǎn)的有害種類及其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)南水北調(diào)工程途經(jīng)地和受水區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)及外來(lái)物種防控具有重要意義。近年來(lái)，已有學(xué)者研究了南水北調(diào)工程及其輸水通道對(duì)物種傳播的影響(何志恒和張全發(fā)，2007； 呂培茹等，2010； Liuetal.,2017)，但其主要是評(píng)估水源地的土著植物(大薸PistiastratiotesL.除外)隨該輸水工程擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。雜草風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法是基于植物的生物生態(tài)學(xué)特性等指標(biāo)評(píng)估其入侵后的危害風(fēng)險(xiǎn)。生物入侵是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，其入侵的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該由傳入、定殖、擴(kuò)散與危害等綜合決定。水源地廣泛分布的重要入侵植物能否隨南水北調(diào)工程擴(kuò)散、擴(kuò)散后能否定殖并造成危害等問(wèn)題并不清楚。因此，本研究以南水北調(diào)水源地分布的危險(xiǎn)性入侵植物為評(píng)估對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建基于生物入侵過(guò)程中不同階段(傳入、定殖、擴(kuò)散、危害等)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，并結(jié)合入侵物種傳入、定殖、擴(kuò)散與危害相關(guān)因子的特性，系統(tǒng)評(píng)估它們隨南水北調(diào)工程入侵京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)，為制定有害生物的早期監(jiān)測(cè)預(yù)警措施及控制和預(yù)防外來(lái)物種對(duì)京津冀受水區(qū)的危害、保障南水北調(diào)工程區(qū)的生態(tài)安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已入侵我國(guó)的外來(lái)植物有286種，其中33種已被列入國(guó)家重點(diǎn)管理外來(lái)入侵物種名錄(農(nóng)業(yè)部外來(lái)物種管理辦公室，2013)，它們均已在我國(guó)長(zhǎng)江流域定殖并正在進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延。本研究以這33種危險(xiǎn)性入侵植物為候選評(píng)估對(duì)象，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料、標(biāo)本信息及實(shí)地考察等明確它們?cè)谀纤闭{(diào)水源地的分布、發(fā)生危害特性等信息；然后，基于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別程序，通過(guò)比較當(dāng)前分布點(diǎn)距水源地距離及植物的繁殖體或種子隨風(fēng)、水流等的擴(kuò)散距離等方法篩選出能夠隨南水北調(diào)工程擴(kuò)散的外來(lái)入侵植物，并按照構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系對(duì)其隨南水北調(diào)工程進(jìn)入京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系構(gòu)建

外來(lái)生物入侵是一個(gè)由復(fù)雜鏈?zhǔn)竭^(guò)程構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)事件，一般可以分為傳入、定殖、擴(kuò)散與危害4個(gè)階段(鞠瑞亭和李博，2012; 張從，2003； Benkeetal.,2011)。理論上，外來(lái)植物隨南水北調(diào)工程傳入京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)是由入侵過(guò)程中不同階段的多重因素所決定?；诖?，本研究通過(guò)綜合分析影響外來(lái)物種入侵的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特征及環(huán)境和人為活動(dòng)等因素, 以入侵植物的繁殖體能否進(jìn)入水源地為起點(diǎn), 提取南水北調(diào)工程促進(jìn)外來(lái)物種入侵風(fēng)險(xiǎn)形成的因子, 建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系(表1)。

該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系分為4個(gè)層次：第1層次為目標(biāo)層，即評(píng)價(jià)的目標(biāo)，以綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(R)表達(dá)，描述的是被評(píng)估入侵植物隨南水北調(diào)工程傳入受水區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的最終結(jié)果；第2層次為項(xiàng)目層，根據(jù)外來(lái)物種入侵的一般過(guò)程，即“傳入→定殖→擴(kuò)散→危害”，將所有影響物種入侵的因素分為四大類，包括傳入風(fēng)險(xiǎn)(I)、定殖風(fēng)險(xiǎn)(E)、擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)(D)和危害風(fēng)險(xiǎn)(P)；第3層次為因素層，即每個(gè)項(xiàng)目層的風(fēng)險(xiǎn)由哪些因素決定；第4層次為指標(biāo)層，即每一個(gè)評(píng)價(jià)因素由哪些具體指標(biāo)來(lái)描述。

為便于統(tǒng)一計(jì)算，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，參考已有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例(鞠瑞亭和李博，2012； 王瑞等，2015)，將各參評(píng)指標(biāo)劃分為5個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)設(shè)一個(gè)概念閾值，依次為0.25、0.50、0.75、1.00。對(duì)于可以定量的指標(biāo)，設(shè)定了打分可參考的定量范圍；對(duì)于不能定量的指標(biāo)，由專家根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)評(píng)估打分。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算

根據(jù)已構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系及指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)(表1)，由專家對(duì)評(píng)估對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)逐一打分；然后篩選出評(píng)分記錄完整的打分表，統(tǒng)計(jì)出各項(xiàng)指標(biāo)的綜合值；最后，根據(jù)層次分析法—模糊綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算出指標(biāo)的權(quán)重以及最終的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

1.3.2 項(xiàng)目層計(jì)算 通過(guò)分析入侵物種沿南水北調(diào)工程擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成條件，判定因素層與項(xiàng)目層之間的邏輯關(guān)系，確定由因素層計(jì)算相對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目層的方法。

氣候條件(E2)、基質(zhì)條件(E3)、抗性(E4)均只有1項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo), 其值可直接得出。

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)(P1)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(P2)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)(P3)與參評(píng)指標(biāo)(P1i、P2i、P3i)之間均符合替代關(guān)系，它們的計(jì)算公式分別為P1=max(P1i)、P2=max(P2i)、P3=max(P3i)。

1.3.4 指標(biāo)權(quán)重設(shè)置 綜合專家意見(jiàn)，并采用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)確定符合加法原理的指標(biāo)權(quán)重(鞠瑞亭和李博，2012； 王瑞等，2015)。

首先，構(gòu)建因子權(quán)重矩陣。參考各指標(biāo)的綜合評(píng)分值確定因子間的重要性(相同、稍強(qiáng)、強(qiáng)、明顯強(qiáng)、絕對(duì)強(qiáng))，分別設(shè)置因子間對(duì)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)權(quán)重先驗(yàn)值(1或2、3或4、5或6、7或8、9)，從而構(gòu)建因子間重要性判斷矩陣。

其次，計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)。計(jì)算指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的組合權(quán)向量，并根據(jù)公式做組合一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過(guò)，特征向量(歸一化后)即為權(quán)向量；若不通過(guò)，則需要重新構(gòu)建一致性比率較大的成對(duì)比較矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，直至檢驗(yàn)通過(guò)。最后計(jì)算得出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)估對(duì)象識(shí)別

經(jīng)資料查詢和實(shí)地考察，從33種候選評(píng)估對(duì)象中篩選出24種在南水北調(diào)中線和東線工程水源區(qū)(與水源地相連的主要河流)和途經(jīng)地有分布的入侵植物，對(duì)其隨南水北調(diào)工程擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。被評(píng)估的24種入侵植物分屬于菊科、禾本科、莧科、雨久花科等9科(表2)。刺蒼耳XanthiumspinosumL.、飛機(jī)草Chromolaenaodorata(L.) R. M. King & H. Robinson、假臭草PraxelisclematideaR. M. King & H. Robinson、薇甘菊MikaniamicranthaKunth、長(zhǎng)刺蒺藜草Cenchruslongispinus(Hack.) Fernald、節(jié)節(jié)麥AegilopstauschiiCoss、長(zhǎng)芒莧AmaranthuspalmeriWatson、少花蒺藜草CenchruspauciflorusBentham、刺萼龍葵SolanumrostratumDunal等9種入侵植物的分布區(qū)距離水源地較遠(yuǎn)，其繁殖體很難進(jìn)入水源地及其連接的河流，或與其有關(guān)的資料較少，缺少相關(guān)信息，故未評(píng)估其隨南水北調(diào)工程擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 重要入侵植物沿南水北調(diào)工程入侵京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重系數(shù)和綜合風(fēng)險(xiǎn)值(R)Table 2 Index weight coefficients and integrated risk (R) values for the major invasive plants with invasion potential into the Beijing-Tianjin-Hebei receiving area with the South-to-North Water Diversion project

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

本研究中被評(píng)估對(duì)象的權(quán)重系數(shù)值見(jiàn)表2。根據(jù)被評(píng)估對(duì)象各指標(biāo)的評(píng)分及風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)算法,計(jì)算出24種入侵植物隨南水北調(diào)工程入侵京津冀受水區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值(表2)。結(jié)果顯示，紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Sprengel) R.M. King & H. Robinson和互花米草SpartinaalternifloraLoiseleur的入侵風(fēng)險(xiǎn)值相對(duì)較低(R<0.6)，其余22種入侵植物的風(fēng)險(xiǎn)值均較高(R>0.6)，其中，喜旱蓮子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.、鳳眼蓮Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms.和大薸3種外來(lái)水生植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)值最高(R>0.8)。

3 討論

由于外來(lái)生物具有極強(qiáng)的繁殖能力，一旦成功入侵就很難被根除。因此，外來(lái)入侵物種管理中預(yù)防比治理更為經(jīng)濟(jì)、可行(Waage & Reaser,2001)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是制定有害生物早期監(jiān)測(cè)預(yù)警措施、預(yù)防與控制外來(lái)有害生物入侵與擴(kuò)散的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是外來(lái)物種研究的重要內(nèi)容(丁暉等，2006； 王瑞等，2015; Benkeetal.,2011; Pheloungetal.,1999； Pollinoetal.,2012； Weber & Gut,2004)。已開(kāi)展的外來(lái)物種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要集中在其入侵性、入侵過(guò)程中某一階段的風(fēng)險(xiǎn)，如傳入風(fēng)險(xiǎn)、擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)、適生性風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)危害風(fēng)險(xiǎn)等方面(萬(wàn)方浩等，2010)。由于生物入侵是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，單一階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有時(shí)并不能滿足早期管理的需求。近年來(lái)，基于外來(lái)物種入侵過(guò)程的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法逐漸被用來(lái)評(píng)估外來(lái)物種在特定地區(qū)的潛在入侵風(fēng)險(xiǎn)(鞠瑞亭和李博，2012)?；谏锶肭职l(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程與先驗(yàn)知識(shí)，判定影響入侵風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的關(guān)鍵因素及其邏輯關(guān)系是構(gòu)建綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的主要方法。

理論上，南水北調(diào)工程可促進(jìn)外來(lái)物種突破自然地理屏障實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延。我國(guó)外來(lái)入侵物種的發(fā)生與危害總體上呈現(xiàn)從東部、南部沿海向西部、北部地區(qū)遞減的趨勢(shì)，如江蘇、湖北、河南、山東等南水北調(diào)中線和東線工程的水源區(qū)和途經(jīng)地是我國(guó)外來(lái)入侵物種的高發(fā)區(qū)，其外來(lái)入侵植物約有190種，約占已確認(rèn)的全國(guó)外來(lái)入侵植物(286種)的66%(儲(chǔ)嘉琳等，2016; 壽海洋等，2014； 章承林等，2012； 張緒良等,2010； Huangetal.,2011)，而京津冀地區(qū)外來(lái)入侵植物共99種(石青等，2017)。本研究以評(píng)估危險(xiǎn)性入侵植物隨南水北調(diào)工程進(jìn)入京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，以外來(lái)有害生物的動(dòng)態(tài)入侵過(guò)程為基礎(chǔ)，通過(guò)分析影響外來(lái)植物入侵過(guò)程不同階段的不同因素間的邏輯關(guān)系，建立了入侵物種的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系?；谠擉w系，以南水北調(diào)水源地和途經(jīng)地區(qū)分布的國(guó)家重點(diǎn)管理入侵植物為對(duì)象，通過(guò)分析其地理分布、擴(kuò)散動(dòng)態(tài)、適生區(qū)等篩選出24種外來(lái)入侵植物，對(duì)其隨南水北調(diào)工程入侵京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，22種外來(lái)入侵植物隨南水北調(diào)工程入侵京津冀受水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)較高。其中，喜旱蓮子草、大薸、鳳眼蓮3種水生植物隨南水北調(diào)工程向北擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)極高，應(yīng)該予以重點(diǎn)關(guān)注。Liuetal.(2017)已經(jīng)在山東、河北南水北調(diào)的輸水通道發(fā)現(xiàn)了喜旱蓮子草向北擴(kuò)散種群；同時(shí)，研究表明，京津冀受水區(qū)存在其廣闊的適生區(qū)，且適生區(qū)會(huì)隨著全球變暖而增大。另外，2018年筆者在河北省保定市南水北調(diào)工程附近白洋淀流域的河道已發(fā)現(xiàn)喜旱蓮子草的新入侵種群。因此，建議在關(guān)注南水北調(diào)帶來(lái)便利的同時(shí)，應(yīng)該意識(shí)到其可能促進(jìn)外來(lái)有害生物向北入侵的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)入侵物種的早期監(jiān)測(cè)預(yù)警，降低外來(lái)生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)。本研究主要是基于與評(píng)估對(duì)象相關(guān)的生物生態(tài)學(xué)、發(fā)生危害、適生性和擴(kuò)散動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等信息做出的風(fēng)險(xiǎn)判斷，評(píng)估結(jié)果會(huì)存在一定的不可預(yù)知性，這些外來(lái)植物能否對(duì)京津冀受水區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)造成危害尚需進(jìn)一步研究。