外来海洋物种入侵风险评估模式*

王以斌 石红旗 刘芳明 郑洲 缪锦来

外来海洋物种入侵风险评估模式*

王以斌①石红旗②刘芳明③郑洲④缪锦来⑤

①③助理研究员，②共同第一作者，副研究员，④副研究员，⑤通讯作者，研究员，国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061
*海洋公益性行业科研专项(201305027、201405015)资助

外来海洋物种；生物入侵；风险评估；风险预测；米草属植物

以外来海洋生物入侵过程和机制分析为基础，结合多层次模糊综合判别，构建外来生物入侵的风险分析框架和风险评估模式。通过建立海洋生物入侵风险评估的分层指标体系，确定指标因子的隶属度和损害权重赋值标准，明确外来海洋物种入侵风险综合指数的计算方法、风险级别划分标准和入侵风险预警分析方法。以米草属植物(大米草、互花米草、狐米草)为例，进行海洋植物入侵种的风险评估。结果表明：互花米草和大米草为高风险海洋植物入侵种，狐米草为中等风险的海洋植物入侵种。

外来生物入侵是由外来种的入侵性、生境的可入侵性、入侵的影响等因素决定的[1]。2008—2010年全国第二次外来入侵物种普查结果显示：中国目前已查明的外来入侵物种有488种，其中植物265种，动物171种，菌物26种，病毒12种，原核生物11种，原生生物3种[2]。在地理学角度上，分布的总面积、密度和单位个体的影响这三个因素决定一个外来入侵种的总体影响，同时它们相互之间以及与总体影响之间存在着非线性的相互作用[3]，所以评价外来入侵种的生态影响是一项非常复杂的工作。

当前国内有关机构和科研人员对外来入侵物种的风险评估及评价已开展了诸多工作。中国国家质量监督检验检疫总局自1980年开始开展对有害生物的风险分析，其植物的有害生物风险分析工作处于全球植物检疫界领先水平[4]。农业部等相关部门也从2004年起成立专门的机构来进行风险评估工作[5]。马英等[6]设计了一种基于三角模糊数表示的外来海洋物种入侵风险评估体系，并利用该体系进行了互花米草等7种典型海洋外来种的风险评估。李明阳等[7]构建了一个生境预测模型用来分析与中国入侵种沙筛贝相近的斑马纹贻贝的空间分布规律及其环境影响因素。欧健等[8]构建了适用于厦门的外来入侵植物风险评价体系并结合实例进行了分析。陈蕾伊等[9]以草本种子植物的生活史特性和原产地特性作为预测因子构建了一个外来草本种子植物入侵潜力的评估预测模型。

以上工作为本研究的开展提供了大量的参考，本文提出的入侵风险评估体系和模型对同种属海洋入侵植物的风险评估具有较高的分辨率，具有科学性和可操作性，对于外来海洋物种的入侵风险评估具有重要理论意义和应用价值。

1 风险评估体系的建立

1.1 层次分析法建立风险评估指标体系

外来海洋生物入侵是海洋生物分布的地理区域的跨越，包括主动扩散和被动扩散两种方式[10-12]，人为传播所造成的海洋生物入侵已越来越频繁。入侵后的海洋生物能否建立起适宜的生物链，其发生和发展状况取决于食物资源的多少、寄主抗性、种群竞争的强弱、天敌控制能力，以及人为管理等多种因素。外来海洋生物的迅速发生和发展给当地土著种及其生境造成极大的危害[13-14]。

根据外来海洋物种入侵过程的一系列条件、事件和风险分析的对象，可划分成不同层次和等级的风险因子，同时将外来海洋物种的入侵风险监测、预测与预报相结合，便于综合管理[15-17]。根据外来生物入侵规律，参考其他文献资料[5]，按层次分析法建立了外来海洋物种入侵风险评估指标体系框架，见表1。

1.2 入侵风险综合指数计算

外来生物入侵风险是指外来生物引入具有一定发生几率的潜在的危险性。因此，某种外来物种入侵的风险实质上是其造成的危害和形成这种危害几率的一个函数[18]。采用生物入侵风险分析，结合多层次模糊综合评判模型，可以对外来海洋物种进行风险评估，其评估计算公式如下：

R为入侵风险指数，P为入侵潜力，S为危害严重性指数。

pi为入侵潜能指标因子i的分级隶属度赋值，i为指标因子。

表1 外来海洋物种入侵风险评估指标体系

*用于入侵病害微生物WSi为危害指标因子i的权系数,Si为危害严重性指标因子i的分级隶属度赋值，i为指标因子。

1.3 因子分级隶属度赋值

采用定性分级赋值的方法，对各风险因子赋值，其赋值依据及分析如下：

(1) 相关因子(pi)及分级隶属度(表2)

表2 外来海洋物种入侵相关因子( pi)及分级隶属度

(2) 危害性(Si)及分级隶属度(表3)

(3)入侵损害权系数确定(表4)

常用层次分析法来衡量各层次、各领域在外来海洋生物入侵评价总指数中的权重以及各指标在各层次、各领域中的权重。本研究中，我们应用基于层次分析法的思想建立起来的一种简化方法——因素分析法[19]。因素分析法继承了层次分析法的思想：分层次赋予权重，再在各层次内部对指标赋予权重，最后进行层内权重和层次间权重组合运算，形成总体权重。但是，在赋予层次权重和层内权重时需采用层间和层内排队进行简化的处理，运用倒序计算的方法来衡量具体的权重水平。

表3 外来海洋物种危害性因子(Si)及分级隶属度

表4 入侵损害权重

(4)入侵风险级别

综合外来海洋物种入侵能力和入侵危害后果，参考其他生物风险评估和控制体系的分级标准，提出了入侵风险级别划分标准(表5)：以0.000～0.249为低级；0.250～0.374为中级；0.375～0.500为高级；0.500～1.000为特高级。

表5 入侵风险级别

1.4 生物入侵风险预警分析

生物入侵有一个从量变到质变的过程。为了解外来海洋生物入侵状态，需要对外来海洋生物进行全方位的、动态的监测，并建立外来海洋生物入侵的预警系统，为相关决策部门提供决策依据[20]。

多元区别分析(multiple discriminant analysis,MDA)方法是用来将观测结果根据其自身特征划分成组的一种统计方法，主要应用在因变量以定性形式出现的问题的分析中[19]。用MDA方法可以确定出外来海洋物种入侵预警判别式，分析的步骤如下：

(1)依据海洋生物入侵评价指标体系建立明确的指标分组：入侵能力组、土著生物损害组、环境损害组、生态系统损害组、经济损失组。选取各组的特征变量，设定海洋生物入侵预警分析的临界指数(表6)。

表6 各指标组的临界指数

(2)为各组的特征变量(各个指标系中的分类指标)赋值。

(3)结合风险分析的指数计算结果，构建各组特征变量的预警分析判别式。入侵能力组的预警指数以P公式描述预警分析判别式；入侵危害相关各组的预警指数以S1、S2、S3、S4公式描述预警分析判别式。

(4)将预警分析指数与临界指数进行比较，从而获得海洋生物入侵预警分析结果。

海洋生物入侵的衡量标准在于能否在当地建立种群，并对本地生物、生态环境和经济带来可预测的显著影响[21]。由各预警分析判别式分别计算出海洋生物入侵能力预警分析指数和损害预警分析指数，将它们与各自的临界值作比较，得到预警分析的结论。利用外来海洋物种入侵预警机制，在收集基础数据的基础上，即可对海洋生物入侵状况定期地进行评价和预警分析。

2 米草属植物入侵风险评估实例

以大米草(Spartina anglica)、互花米草(Spartina alternif l ora)、狐米草(Spartina patens)为例运用本评估模式进行评估。这三种米草属植物自20世纪60年代起先后由仲崇信等引入中国后，已在沿海地区表现出了很强的入侵性(图1)[4,20,22-25]。

2.1 评价指标因子赋值

表7是各风险评价指标因子赋值结果。

表7 评价指标因子赋值

2.2 风险计算和风险级别评判

利用表1的赋值数据，依据公式(1)～(3)及表4、表5计算并进行风险级别划分，结果如表8。

表8 米草属植物风险级别评判

2.3 米草属植物入侵风险预警分析

米草属植物互花米草(S. alterniflora)风险预警评判结果见表9。结果表明：互花米草在入侵能力、土著生物损害、环境损害三个组别均超过临界值，属于预警关注的重点。

表9 互花米草入侵风险预警分析

综上所述，大米草和互花米草的入侵风险等级均已是高风险，互花米草入侵风险高于大米草，狐米草入侵风险等级为中等。对互花米草进行的入侵风险预警分析显示，其入侵能力、土著生物损害和环境损害都已超过临界值，属于重点关注的预警风险。马英等[6]利用构建的评估体系对互花米草进行的评估结果认为其为极高风险等级；郑冬梅等[23]认为福建地区的互花米草、大米草均属高风险物种，应严格控制其蔓延；欧健等[8]对厦门地区的互花米草进行的风险分析认为其入侵风险为“高风险”等级之上的“不可接受”等级；马喜军等[25]研究了江苏盐城附近的米草入侵现状后也得出了类似的结论。

3 结论

在对外来海洋生物入侵过程和机制分析的基础上，确立入侵风险分析框架和风险评估模式，建立了海洋生物入侵风险评估的分层指标体系、指标因子的隶属度和损害权重赋值标准，明确了海洋物种入侵风险综合指数计算方法，风险级别划分标准和入侵风险预警分析方法。利用该模式对三种米草属植物(大米草、互花米草、狐米草)的入侵风险进行了评估，结果表明：大米草和互花米草的入侵风险均为高风险等级，互花米草的入侵风险高于大米草，狐米草的入侵风险等级为中等，这一评估结果与国内外其他研究的结论相一致。该风险评估体系和模型对同属入侵植物的风险评估具有较高的分辨率，具有科学性和可操作性，对于评估可能的外来海洋物种的入侵风险具有重要的应用价值。

(2013年9月25日收稿)

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An invasive risk assessment model of alien marine species

WANG Yi-bin①, SHI Hong-qi②, LIU Fang-ming③, ZHENG Zhou④, MIAO Jin-lai⑤
①③Research Assistant, ②④Associate Professor, ⑤Professor, First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration,Qingdao 266061, Shandong Province, China

To assess the invasion risk of alien marine species, an invasive risk assessment model was constructed based on the analysis of the biological invasions processes and mechanisms, which combined with the multi-hierarchy fuzzy comprehensive evaluation. Through to establish risk assessment index of marine biological invasions, the definition of the invasive factor and subjection degree of qualitative index, and evaluated the weight of invasion damage, a clear risk assessment composite index of marine invasive alien species was calculated. The invasive risk of Spartina plantations (such asSpartina anglica,Spartina alternif l oraandSpartina patens) were assessed by this model. The results identified the grade of cordgrassSpartina alternif l oraandSpartina anglicaas very high risk, andSpartina patensas medium one.

alien marine specie, biological invasion, risk assessment, risk prediction,Spartinaplantation

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.02.007

(编辑：段艳芳)