劉 影,吳興元,李 鵬,肖池偉

1 江西師范大學地理與環(huán)境學院,南昌 330022 2 江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室,南昌 330022 3 中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101 4 中國科學院大學資源與環(huán)境學院,北京 100190

禽流感(Avian Influenza,AI)是由禽流感病毒引起的動物傳染病,通常只感染鳥類(含禽類)。根據(jù)致病力強弱,禽流感可分為高致病性禽流感(Highly Pathogenic Avian Influenza, HPAI)、低致病性禽流感(Low Pathogenic Avian Influenza, LPAI)和無致病性禽流感(Naught Pathogenic Avian Influenza,NPAI)3種。其中,HPAI是由正黏病毒科A型流感病毒(AI Virus Type A)引起的一種嚴重禽類傳染病,被國際獸疫局(OIE-World Organization for Animal Health)列為A類傳染病。雖然LPAI致病性弱、死亡率低,其存在卻非常廣泛,并可能在候鳥遷徙、家禽散養(yǎng)、交通運輸?shù)雀鞣N因素綜合影響下通過基因突變或重組轉(zhuǎn)變成HPAI,其臨床表現(xiàn)主要是感染不同亞型,因此不能忽視LPAI的發(fā)生風險[1-2]。近年來,禽流感進入高爆發(fā)期,全球多個國家和地區(qū)家禽、野鳥感染禽流感疫情和人感禽流感疫情不斷出現(xiàn)。圖1顯示了我國2011年以來32起高致病性禽流感疫情的空間分布(數(shù)據(jù)截止到2017年2月)。據(jù)不完全統(tǒng)計,共造成20多萬只野鳥和家禽死亡[3]。其中,僅2013年上半年,對所有養(yǎng)殖戶造成的直接經(jīng)濟損失就超過600億元人民幣[4]。相對而言,高致病性禽流感(HPAI)病毒是引發(fā)人群集中發(fā)生流感的一個潛在危險因素,并會嚴重威脅人類健康[5]。近年來,人感染禽流感疫情已成為全球面臨的重要公共衛(wèi)生問題。其中,以高致病性H5N1型和H7N9型禽流感病毒對人群健康危害最為嚴重,人感染后死亡率高達60%[6-8]。與H5N1病毒不同的是,H7N9病毒在家禽中一般不會引起嚴重的疾病反應,這使得防止病毒傳播給人類的控制難度加大[9]。截止到2017年3月31日,我國共有1065人感染H7N9,其中409人死亡[10]。

圖 1 2011年以來中國HPAI疫情點位和病毒類型分布(數(shù)據(jù)來源：中國農(nóng)業(yè)部)Fig.1 Spatial distribution of the occurrences of HPAI and their related virus types since 2011 in China (Data sources: Ministry of Agriculture of the People′s Republic of China)

禽流感作為一種鳥類輸入性傳染性疾病,在爆發(fā)時可能造成大量生物(如野鳥與家禽)、甚至人類死亡,對生物物種安全和公共衛(wèi)生安全的威脅已經(jīng)嚴重影響到區(qū)域生態(tài)安全[11-12]。本文運用CitespaceⅤ軟件對1182篇有關生態(tài)安全評價研究的英文文獻統(tǒng)計分析表明,目前生態(tài)安全評價研究主要集中在可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)資源利用和生態(tài)保護等層面,其研究領域主要包括生態(tài)風險、有機農(nóng)業(yè)、環(huán)境足跡、全球糧食增產(chǎn)、土地退化治理、人居環(huán)境安全、基于生態(tài)鏈的生命周期評估、水利水電工程問題、生態(tài)系統(tǒng)服務、濕地生態(tài)系統(tǒng)評價模型等。然而,有關禽流感造成的公共衛(wèi)生安全與生物物種安全等層面的影響研究尚未充分開展,而基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價研究更是鳳毛麟角。相對而言,傳染性非典型肺炎(Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS)、口蹄疫(Foot-and-Mouth Disease, FMD)等其他新興傳染性疾病對全球公共衛(wèi)生安全和生物物種安全的威脅與影響研究已得到廣泛關注[13-14]。據(jù)國際自然保護聯(lián)盟(IUCN)統(tǒng)計,在已有記錄的833種滅絕物種中,有31種與傳染性疾病有關[15]。其中,生物多樣性安全或生物物種安全是指區(qū)別于一般資源概念上的生態(tài)安全,是指外來物種入侵引發(fā)的生物物種安全。在全球化背景下,人員流動和貨物流通日益密切,這使得生物物種安全的影響范圍已突破傳統(tǒng)政治疆域邊界,成為一個全球性挑戰(zhàn)。這其中以禽流感為代表的流行病引發(fā)的公共衛(wèi)生危機和生物多樣性減少是生態(tài)安全評價研究的重要內(nèi)容之一。然而,將禽流感發(fā)生風險與生態(tài)安全評價二者結(jié)合起來研究還未得到足夠重視,或者重視程度與其對人類生命財產(chǎn)、社會安全的危害不對等。

禽流感作為一種常見于“禽-畜-人”之間的流行病,其病毒是目前被公認的威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物安全、公共衛(wèi)生健康等最主要的潛在病毒來源[2]。因此,從禽流感發(fā)生風險視角評價區(qū)域生態(tài)安全具有其必要性和緊迫性,并迫切需要加強相關模型方法及其應用研究。本文擬基于科學引文索引(Web of Science)中三大數(shù)據(jù)庫,分別為科學引文索引(Science Citation Index, SCI)、社會科學引文索引(Social Sciences Citation Index, SSCI)和會議論文集科學引文索引(Conference Proceedings Citation Index-Science, CPCIS),通過運用CitespaceⅤ科學的文獻計量工具,在對禽流感與生態(tài)安全評價相關研究文獻統(tǒng)計分析的基礎上,總結(jié)了近期禽流感與生態(tài)安全評價的研究現(xiàn)狀。接下來,梳理和比較了禽流感風險評價方法,借鑒現(xiàn)有生態(tài)安全評價理論框架,重點探討了基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價模型與方法研究進展,以期為基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價提供參考。最后,根據(jù)已有文獻的研究主題、研究內(nèi)容等,對禽流感在生態(tài)安全評價方面的研究進行了總結(jié),并展望了未來在禽流感等傳染性疾病威脅下的區(qū)域生態(tài)安全評價研究的主要方向。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文以科學引文索引(Web of Science)中三大數(shù)據(jù)庫,即SCI、SSCI與CPCIS數(shù)據(jù)庫為基礎文獻數(shù)據(jù)源,分別以“Avian Influenza”、“Ecological Safety”、“Security Assessment”與“Security Evaluation”為主題檢索詞進行檢索,語種為英語,時間跨度為1996—2017年(共22年,文獻檢索截止時間為2017年3月)。結(jié)果共檢索到禽流感相關英文研究文獻(論文)共11144篇、生態(tài)安全評價相關英文研究文獻(論文)1182篇。通過 CitespaceⅤ文獻計量工具,將上述12326篇英文研究文獻的標題、期刊出處、關鍵詞、及其所引用文獻等進行了系統(tǒng)分析?？傮w而言,這些英文文獻能較好反映出1996年以來禽流感與生態(tài)安全評價相關領域的研究現(xiàn)狀和最新研究進展。高致病性禽流感H5N1自1997年發(fā)現(xiàn)以來,人類健康和家禽養(yǎng)殖在公共衛(wèi)生安全和經(jīng)濟發(fā)展方面所受到的威脅得到學者的廣泛關注[16]。另外,1996年生態(tài)安全得到國際認可[17],隨之以生態(tài)安全評價為主題的研究逐步豐富起來。

Citespace以其強大的文獻共被引分析而知名,能夠通過分析論文的關鍵詞顯示一個學科或知識域在一定時期發(fā)展的趨勢與動向,已經(jīng)被廣泛應用于計算機科學、信息科學以及醫(yī)學等60多個領域,同時對多元、分時、動態(tài)復雜網(wǎng)絡分析有較好的適用性[18]。2012年陳紅光等人利用CitespaceⅡ?qū)﹃P鍵詞共現(xiàn)分析、文獻共被引分析等,對新發(fā)傳染性疾病學科研究前沿熱點進行有效識別,并快速確定該領域重要的文獻資料,對科研人員宏觀、準確、快速掌握新興傳染性疾病領域基礎及研究進展具有一定幫助[19]。在生態(tài)安全研究層面,國內(nèi)秦曉楠等人以CSSCI中299篇生態(tài)安全研究論文為研究對象,利用CitespaceⅡ信息可視化工具,對國內(nèi)生態(tài)安全研究現(xiàn)狀進行了分析[20]。同時，胡秀芳等運用CitespaceⅡ?qū)Ω鲊鴮W者發(fā)表的生態(tài)安全研究成果進行系統(tǒng)分析與梳理,揭示了研究主題的演進軌跡和發(fā)展趨勢,總結(jié)其發(fā)展變化的內(nèi)在原因[21]。這些研究結(jié)果不僅刻畫并總結(jié)了被研究領域的前沿和動態(tài),在很大程度上，也為禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價研究提供參考和方法支持。

2 禽流感發(fā)生風險評價

2.1 禽流感研究現(xiàn)狀

基于文獻計量結(jié)果表明,在1996—2017年的20余年里,國際上公開發(fā)表的以“禽流感”為主題的學術論文中,刊文量排名前三位的期刊分別為《禽病》(Avian Diseases)、《病毒學雜志》(Journal of Virology)和《公共科學圖書館》(PLos One),刊文量分別為624篇、570篇和564篇,這些期刊出版國均在美國。進一步分析表明,“家禽疾病”、“獸醫(yī)學”、“病毒學”、“生物學”、“生物醫(yī)學”是這3個期刊的主要研究學科方向,這在一定程度上反映了現(xiàn)階段禽流感的相關研究主要集中在流行病學、病原學等領域。另外,“禽流感”相關研究還較多發(fā)表于《疫苗》(Vaccine)、《病毒學文獻》(Archives of Virology)等以疫苗與病毒生理研究為主題的期刊,表明禽流感研究在醫(yī)學、疫苗開發(fā)上占據(jù)重要地位。表1列舉了過去20余年有關禽流感研究刊文量排名前10位的期刊。從中不難發(fā)現(xiàn),生態(tài)學特別是生態(tài)安全領域的研究還很少報道。此外,中國大陸、中國香港、土耳其、日本、墨西哥、埃及以及東南亞、南亞等主要國家及地區(qū)是這類研究的重點關注區(qū)域,在熱帶、亞熱帶以及溫帶國家均有分布。盡管這些國家之間經(jīng)濟發(fā)展水平有很大差異,但人-禽密切接觸是其主要共性問題。

表1 禽流感研究刊文量前10的期刊

接下來,對禽流感相關研究引文次數(shù)排名前10位的文章進行統(tǒng)計與對比分析。結(jié)果表明,這些文章重點關注了病毒生物學特性、抗病毒藥物、病毒監(jiān)測、野鳥禽流感、人感染禽流感等主題,涉及的病毒類型有H5N1、H7N9、H1N1和H16,感染對象包括雞、鴨、鵝、紅嘴鷗、海燕、天鵝等家禽和野鳥,疫情主要發(fā)生在中國、泰國、越南、印度尼西亞、墨西哥等,然而人感禽流感是學者主要的關注對象(表2)。從文獻的發(fā)表時間來看,在2000年以前,人感染禽流感病情診斷與分析、病毒基因檢測是禽流感相關研究的兩個核心研究方向；而在2000年后,禽流感相關研究在進一步加強病毒基因研究的同時,也強調(diào)了抗病毒藥物、病毒監(jiān)測、流行性預測、鳥類流感研究的重要性,特別是疾病的空間流行性預測開始得到了學者的關注與實踐研究,因此也說明了禽流感研究呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。另外,對與禽流感研究相關的11144篇論文進行文獻統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),禽流感研究主要集中在流行病學、病原學、疫苗研究等熱點領域,在病毒、病原及疫苗等微觀水平上取得了顯著的發(fā)展。這些研究從分子學、基因等角度揭示了突變或重組對禽流感病毒致病力和傳播力的影響,并解釋了其作用機制[6]。研究結(jié)果對于預測禽流感的大流行和毒株致病力變化,以及研發(fā)新型抗流感藥物與預防疫苗均具有重要意義。

表2 1996—2016禽流感研究引用次數(shù)前10名的文章

雖然世界范圍內(nèi)有關禽流感的研究工作在不斷推進與深化,也取得了很多重大成果,但是目前禽流感的防控形勢依然很嚴峻。有許多重要的科學問題如病毒的傳播機制、傳播路徑與傳播參數(shù)等依然沒有得到解決,對公共衛(wèi)生安全和生物物種安全造成的威脅不容忽視。與此同時,有關禽流感發(fā)生風險的評估相關研究還相對薄弱。如在11144篇研究文獻中,也僅有1676篇是以禽流感風險評估為主題的研究論文,約占文獻出版量的15.03%。禽流感爆發(fā)雖然以冬春季為主要高發(fā)季節(jié),但其具體何時、何地、以及何種方式爆發(fā)等仍具有很大不確定性。如何預防疾病的發(fā)生或減輕疫情對公共健康和社會經(jīng)濟的影響,已成為現(xiàn)階段迫切需要解決的實際問題。禽流感有季節(jié)性爆發(fā)、交替性爆發(fā)、遠距離傳播等特點,如何將疫情事件信息、病毒遺傳信息、野鳥遷徙信息、外環(huán)境信息等結(jié)合,通過模型還原病毒的傳播量,以及模擬出病毒在生態(tài)系統(tǒng)中的傳播路徑等仍是今后禽流感風險評價研究的重點與難點。同樣地,這些研究結(jié)果與結(jié)論對禽流感的防控和區(qū)域生態(tài)安全穩(wěn)定有著重要的現(xiàn)實意義。

2.2 禽流感發(fā)生風險評價方法研究進展

類似地,根據(jù)1676篇以禽流感風險評價為主題的研究論文,對引文量在前10位的論文進行比較分析。結(jié)果表明,目前該主題具有重要影響力的公開發(fā)表論文多數(shù)(8篇)是以實驗數(shù)據(jù)、臨床數(shù)據(jù)、以及病例數(shù)據(jù)等為主要數(shù)據(jù)源,只有少數(shù)論文(4篇)是綜合環(huán)境、生態(tài)、社會等多相關因素開展的風險評價。評價方法有“空間數(shù)學建?！?、“動物模型”、“病例統(tǒng)計分析”、“敏感性和特異性分析”、“臨床綜合評價法”、“統(tǒng)計分析”、“Logistic多元回歸分析”、以及“Auto-Logistic多元回歸與空間分析”,這些方法在傳染性疾病評估與監(jiān)測方面已有相當廣泛的應用。有關上述不同評價方法的優(yōu)勢、不足之處及其適用范圍可詳閱表3。雖然禽流感發(fā)生風險評價在實際研究中已廣泛開展,但針對禽流感傳播的重要節(jié)點、傳播的參數(shù)、周期性循環(huán)波動和濤動、最大似然傳播路徑、以及潛在傳播路徑的研究還很欠缺,這種欠缺使得禽流感爆發(fā)很難被預知和掌控。盡管傳染病風險制圖(包括禽流感風險)在過去三十年間有一定發(fā)展,然而受數(shù)據(jù)可用性制約和建模方法影響,其結(jié)果依然存在很大的不確定性[40]。禽流感的危害不言而喻,然而目前對可能引起重大生態(tài)安全事件的研究較少。因此,迫切需要在詳細梳理禽流感發(fā)生風險評估方法的基礎上,探討危及公共衛(wèi)生安全與生物安全的評價方法。

表3 引文量排名前10位論文中的禽流感風險評價方法比較

另外,禽流感風險評價還有許多常用的評價方法。表4分別從方法的優(yōu)點、不足、適用范圍、指標因子等層面,分別對比與總結(jié)了“層次分析法”、“生態(tài)位模型”、“貝葉斯分析”、“空間多準則決策分析法”、“地理信息系統(tǒng)數(shù)字模型”、以及“增強回歸樹模型”等6種主要方法。這對開展基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價在方法上有一定借鑒作用。禽流感作為一種人-畜共患傳染性疾病,它的發(fā)生與傳播是對公共衛(wèi)生安全和生物物種安全嚴重的侵害,但公共衛(wèi)生安全和生物安全又關系生態(tài)安全整體,然而這兩方面又受禽流感發(fā)生與傳播的實際影響。在已有的研究中禽流感發(fā)生風險評估與生態(tài)安全評價研究各為主題,因此,將影響禽流感發(fā)生與傳播等相關的環(huán)境、生態(tài)、社會和文化等因素綜合起來進行禽流感發(fā)生風險評價,以確定疫情發(fā)生的風險程度與時空差異,將對區(qū)域禽流感防控、公共衛(wèi)生安全和生物安全有重要意義。可喜的是,目前部分學者運用了統(tǒng)計學和地理學的研究方法,對禽流感在人-禽中的爆發(fā)與傳播進行了定量評價和初步預測,候鳥遷徙、家禽散養(yǎng)、活禽運輸?shù)纫恍┡c禽流感疾病傳播有關的潛在因素被確定[58]。隨著3S空間信息技術的發(fā)展,數(shù)字模型在高致病性禽流感發(fā)生風險評估和生態(tài)安全評價研究中也越來越受到關注[59- 61]。

表4 禽流感發(fā)生風險評估的其他方法比較

3 基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價方法

影響禽流感發(fā)生與傳播的驅(qū)動因素復雜多變,在具體的研究中不同的學者側(cè)重點也有所不同。因此,基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價也不能簡單的依靠一種評價方法或一種模型框架來揭示其內(nèi)在的機理與時空差異。在結(jié)合禽流感風險評價方法與生態(tài)安全評價理論框架的基礎上,本文對基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價方法進行了探討與文獻梳理,從數(shù)據(jù)來源、應用范圍、優(yōu)點和局限性等對已有文獻所使用方法進行了總結(jié)與對比分析(表5)。嚴格意義上說,這些方法還處在探索階段,還需在實際評價與預測應用中對其進行驗證、修正和擴展。生態(tài)系統(tǒng)作為一個開放的系統(tǒng),涉及到社會、經(jīng)濟和自然、環(huán)境等因素,這些信息都存在著不確定性。因此不同的評價方法,可能得到不同的評價結(jié)果,而結(jié)果的可比性是重要問題之一。另外,基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價建模所采用數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多元化和廣泛性等,在具體應用上也是很大的挑戰(zhàn)。具體而言,相關數(shù)據(jù)包括了病原體和宿主豐度、人口數(shù)量和感染率、人類病例報告記錄、氣候和土地利用數(shù)據(jù)、野鳥活動數(shù)據(jù)、家禽衛(wèi)生防疫狀況、家禽飼養(yǎng)方式、廢棄物處理形式、病禽處理情況、禽類產(chǎn)品市場數(shù)據(jù)、濕地外環(huán)境數(shù)據(jù)和交通運輸數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)涉及不同的時空尺度,既有禽流感發(fā)生前端與后端數(shù)據(jù),又有點線面不同尺度上的數(shù)據(jù),在綜合建模中具有很大挑戰(zhàn)。當然,每種數(shù)據(jù)類型皆有助于預測疾病動力學臨界潛力參數(shù),但潛在測量誤差也較大,綜合運用起來可能會產(chǎn)生更大的偏差[62],值得重視。

表5 基于禽流感風險的生態(tài)安全評價方法比較

AHP-PSR：層次分析法與“壓力-狀態(tài)-響應”模型,Analytic Hierarchy Process and Pressure-State-Response；ENM-DPSIR：生態(tài)位模型與“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應”模型,Ecologic Niche Model and Driving Force-Pressure-State-Impact-Response；“√”表示該方法的數(shù)據(jù)源/應用；“？”表示該方法的潛在數(shù)據(jù)源/應用

3.1 AHP-PSR模型

層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)在安全和環(huán)境研究的多個領域得到廣泛應用[63]。PSR(Pressure-State-Response)模型以簡明的形式和嚴密的邏輯性綜合自然、社會多方面指標,較好地反映了環(huán)境壓力、自然狀態(tài)和人類社會經(jīng)濟活動之間的內(nèi)在聯(lián)系[64],廣泛應用于生態(tài)安全評價中。該框架強調(diào)對問題發(fā)生原因-結(jié)果-對策的邏輯關系分析,如可以用來揭示人類活動與環(huán)境之間的線性關系[65- 66]。然而,PSR模型還需要提高現(xiàn)有指標的準確性和可比性,在決策支持上不容易兼顧。為應對這樣的缺點,層次分析法可以用來改善指標的準確性和系統(tǒng)之間的互聯(lián)模式,因此與PSR模型在應用上有很好的互補性[67- 69]。

基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價,可根據(jù)養(yǎng)殖戶調(diào)查和文獻整理等多種途徑,建立以自然環(huán)境、社會經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)生態(tài)等影響因素為基礎的數(shù)據(jù)庫,利用AHP-PSR模型構建禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價指標體系,優(yōu)化指標歸類,探討能夠較全面、準確反映疫源地或高危風險區(qū)生態(tài)安全水平的評價方法,并將實際應用于基于禽流感發(fā)生風險時空特征的區(qū)域生態(tài)安全狀況評價。該類評價模型在區(qū)域森林生態(tài)安全評價中已有應用,如2010年陳宗鑄等人采用“壓力-狀態(tài)-響應”模型為概念框架,結(jié)合層次分析法對海南省森林生態(tài)安全進行定量動態(tài)評價[70]。另外,王小丹等人利用ArcGIS中的ArcObjects和Visual Basic for Applications將PSR模型和AHP合并作為ArcGIS 9的動態(tài)鏈接庫。這種方法可以很好地與GIS平臺以實現(xiàn)其空間分析功能與結(jié)果可視化,從而大大提高了在空間上動態(tài)評價區(qū)域生態(tài)安全[67]。

3.2 ENM-DPSIR模型

ENM(Ecologic Niche Model)方法在流行病學中的應用主要是建立在了解宿主動物、傳播媒介、病原等生態(tài)學特征的基礎上。根據(jù)氣候、土地覆被變化等輸入?yún)?shù),進而預測傳染病傳播媒介和動物宿主等未來風險區(qū)域或分布區(qū)域[71- 73],并發(fā)現(xiàn)其他物種傳播或入侵的潛在風險[74]。該方法借用了生態(tài)學的方法論和思維方式,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、遙感監(jiān)測、實驗室分析、生態(tài)網(wǎng)絡綜合分析等生態(tài)學方法開展實踐研究[65],并預測未來潛在風險。DPSIR(Driving Force-Pressure-State-Impact-Response)模型的理論框架是在PSR模型的基礎上,增加了造成這種壓力的驅(qū)動力和系統(tǒng)所處的狀態(tài)對人類健康和環(huán)境安全的影響,其意義在于能表達影響生態(tài)安全各因素之間的信息耦合關系。對于禽流感而言,由于其發(fā)生與傳播受多種因素綜合影響,DPSIR框架模型與ENM結(jié)合有利于構建基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系,更好地揭示禽流感發(fā)生與傳播的真實機理。

另外,基于生態(tài)位模型,相關學者先后研究發(fā)展了生物氣候分析系統(tǒng)[74]、生態(tài)位因子分析模型[75]、基于規(guī)則集的遺傳算法模型[76]和最大熵模型[77- 79]等多個模型算法,可與DPSIP模型形成優(yōu)勢互補。根據(jù)不同來源獲取的數(shù)據(jù)建立生態(tài)安全評價數(shù)據(jù)庫,通過預測模型,不僅可以識別傳染病病原、宿主、媒介及傳播的生境,發(fā)現(xiàn)關鍵的危險因素,還可以結(jié)合DPSIR理論框架的特點，定量揭示疾病與環(huán)境、經(jīng)濟、人類活動之間相互依存與相互制約的關系,為區(qū)域生態(tài)安全提供不同尺度的安全性評價和風險評價。然而,此方法的難點在于框架設計比較復雜,在選取合適的驅(qū)動力、影響與響應指標選擇上難度很大。未來還需要進一步探索、驗證該方法在基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價中的適應性與限制性。

3.3 主成分分析與聚類分析法

主成分分析(Principal Component Analysis)與聚類分析法(Cluster Analysis)在傳染性疾病風險評估、生物安全評價、脆弱性評價研究中已廣泛開展[80- 82]。主成分分析本質(zhì)是對高維變量系統(tǒng)做最佳綜合和簡化,同時客觀確定各指標的權重,避免主觀隨意性。聚類分析是根據(jù)變量間的相關程度來進行類別的聚合,對同一類的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后，可以揭示影響生物安全程度的變量,這兩種方法在傳染性疾病風險控制、生物安全評價與安全措施管理研究中可以配合使用,也可以根據(jù)變量的差異進行一定改進。較常見的有分類主成分分析(Categorical Principal Component Analysis)和兩步聚類分析(Two-Step Cluster Analysis)。然而，禽流感疫情的不定期爆發(fā),人類健康和家禽養(yǎng)殖在公共衛(wèi)生安全和經(jīng)濟發(fā)展方面所受到的威脅,凸顯出發(fā)展中國家家禽散養(yǎng)對生物安全的影響。在H5N1曾經(jīng)爆發(fā)與流行的主要國家(如埃及、印度尼西亞、越南、柬埔寨、中國等),當檢測到高致病性禽流感病毒時,控制病毒蔓延最有效的方法基本上依賴于家禽接種疫苗和大規(guī)模撲殺(如中國、印度尼西亞、埃及和越南)[16,83]。然而,這些措施已經(jīng)難以為繼。

生物安全是生態(tài)安全的重要內(nèi)容之一,從禽流感發(fā)生風險評估與防控出發(fā),及時、有效掌控區(qū)域內(nèi)禽流感預防情況對生物安全有重要作用。盡管疾病傳播與生物接觸對生物安全構成重要影響,但很少有家禽養(yǎng)殖中關于生物安全狀況的文獻研究[84]。2010年Van Steenwinkel 等人根據(jù)比利時37個專業(yè)家禽農(nóng)場、19個孵化場和寵物(鳥類)網(wǎng)站上286名受訪者的調(diào)查問卷數(shù)據(jù),使用一種復合線性評分系統(tǒng),采用分類主成分分析法和兩步聚類分析法,對家禽養(yǎng)殖場和寵物(鳥類)場所禽流感潛在威脅下的生物安全進行了評價,為農(nóng)戶提供專業(yè)的預防建議,同時也為禽流感發(fā)生風險下的生態(tài)安全評價方法、評價內(nèi)容和評價體系提供了很好的參考[85]。另外,國內(nèi)張躍華等人利用聚類分析法,根據(jù)浙江省德清縣471個農(nóng)戶問卷調(diào)查,通過比較智利、比利時的相關數(shù)據(jù),分析了生豬養(yǎng)殖過程中應對傳染性疾病等危害方面的生物安全程度,并針對養(yǎng)殖戶的生物安全問題,提出了相關的政策建議[86]。這些研究案例為未來基于禽流感發(fā)生風險的生態(tài)安全評價工作開展提供了很好的思路。

3.4 數(shù)字生態(tài)安全模型

隨著GIS(Geographic Information System)和RS(Remote Sensing)信息提取技術的發(fā)展,與計算機建模技術相結(jié)合產(chǎn)生了數(shù)字生態(tài)安全模型[87]。該方法采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構,容易進行空間疊加分析,邏輯運算簡單,具有快速、準確、可操作性強等優(yōu)點[61]。其實質(zhì)是將相關研究數(shù)據(jù)、信息和知識落實到具體空間位置,對輔助區(qū)域生態(tài)安全管理和決策,評價、預測與預警區(qū)域生態(tài)安全風險作用明顯[88]。GIS在禽流感風險評估研究中已有廣泛應用,2008年方立群等人建立了2004—2006年期間確診的182起家禽、野鳥感染H5N1和21例人感H5N1的病例數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫還包括疫情發(fā)生期間的野鳥遷徙、家禽密度、環(huán)境變量(水體、濕地、交通線路、主要城市、降水量和海拔高度)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被納入地理信息系統(tǒng),利用Logistic多元回歸分析,確定了疾病發(fā)生的相關環(huán)境因素,并通過地理信息系統(tǒng)生成了風險圖[52]。數(shù)字生態(tài)安全模型為禽流感的生態(tài)安全評價提供了很好的理論框架參考,GIS可以結(jié)合多種評價方法,對評價工作開展有很好的促進。類似地,Faith[89]等基于WebGIS技術,從跟蹤物種入侵、水質(zhì)量評估和疾病傳播的監(jiān)測角度分析了數(shù)據(jù)獲取的重要性。WebGIS技術支持海量且異構的數(shù)據(jù)存儲,并將數(shù)據(jù)以圖形化、動態(tài)與交互的方式展現(xiàn)[61],這是該模型的優(yōu)勢。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

在有關基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價研究中,涉及的研究內(nèi)容基本停留在定性描述階段,沒有深入探討兩者之間的科學關系,研究較滯后。2000年后學者在討論應對高致病性禽流感時開始關注病毒在物種間傳播對生物安全的影響[90]；從2004年開始大部分研究重點關注了與高致病性禽流感相關的生物安全措施,盡管大多數(shù)文獻都描述了隔離和遏制的生物安全原則,但沒有可靠證據(jù)表明這些措施對于農(nóng)戶(后院)禽畜養(yǎng)殖中應對生物安全的可行性和有效性[91]。高致病性禽流感對全球公共衛(wèi)生安全構成重大威脅已經(jīng)被公認,然而禽流感研究主要以病原學、流行病學、病毒學為主,忽視了它可能帶來的嚴重生態(tài)安全問題。再有生態(tài)安全評價研究主要關注全球氣候變化、糧食安全、土地利用、生物多樣性、可持續(xù)發(fā)展等內(nèi)容[92- 95],以禽流感為代表的傳染性疾病引起的公共衛(wèi)生安全和生物安全的研究基本被忽視。雖然有研究探討了禽流感對公共衛(wèi)生安全、生物物種安全的威脅,但在生態(tài)安全層面仍然缺乏相應的討論。

近年來,在有關禽流感的研究文獻中與“預測”、“風險”、“評估”、“模型”等相關的關鍵詞在顯著增加,這些主題的研究主要與生物學和流行病學建模技術的快速發(fā)展有關,比如基因表達、風險因素、疾病感染和預防[96]。另外,生態(tài)安全評價已經(jīng)完成從理論階段探索向?qū)嵺`發(fā)展階段跨越,并注重解決實際問題,大量的建模技術和算法得到開發(fā),一系列評價方法得到廣泛應用。在多種傳染性疾病持續(xù)爆發(fā)形勢下,尤其是禽流感發(fā)生的突發(fā)性和危害性特點,是對公共衛(wèi)生安全和生物安全的重要挑戰(zhàn)。因此,需要借助禽流感與生態(tài)安全評價研究的理論和方法,進一步探討禽流感發(fā)生與傳播的動力學機制,選擇有效、合理的模型與評價方法對禽流感引發(fā)的生態(tài)安全危機進行評價預測,這對維持區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和生態(tài)健康顯得尤為急迫。如湖泊濕地、水稻種植區(qū)、重要水庫、主要的禽類交易市場等禽流感發(fā)生高危風險區(qū),這也是人類活動非?；钴S的區(qū)域,加強對生態(tài)安全監(jiān)控,有利于更好的為人類穩(wěn)定提供服務功能和免于生態(tài)災變。

水禽被認為是禽流感病毒的天然宿主,一些遷徙類水鳥飛行途中在濕地(水稻田、湖泊、河流和水庫等)周圍停歇、補充食物,可能使這些?？奎c成為新的疫源地,從而使疫點與水域(特別是濕地)關系密切[97]；張繼榮等發(fā)現(xiàn)濕地與湖泊的位置和密度與禽流感暴發(fā)有直接的關聯(lián),禽流感暴發(fā)的地區(qū)有相當數(shù)量與濕地、湖泊發(fā)生覆蓋[98]。病毒的自然存在、存活及傳播與家禽、野鳥等宿主有關,同時與它們的棲息地、活動場所的生態(tài)環(huán)境有關。在我國,特別是南方的水稻田往往是野生鳥類、家禽和人類的共同活動地,因此可能增加跨物種流感病毒傳播的可能性,尤其是自由散養(yǎng)的鴨子被認為是H5N1傳播的中間途徑[48,54]。著眼于某一個典型區(qū)(如鄱陽湖區(qū)),以公共衛(wèi)生安全和生物物種安全為視角,對區(qū)域內(nèi)禽流感發(fā)生風險開展生態(tài)安全評價,這有利于補充大尺度下生態(tài)安全研究的內(nèi)容。

4.2 討論

由于基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價方法研究目前處于探索階段,關鍵影響因素的科學確定,還需要從風險管理角度進一步調(diào)查家禽與野鳥中高致病性禽流感病毒的持久性、調(diào)節(jié)機制和發(fā)生的深層原因等方面入手,需要全面了解人感禽流感和禽類之間病毒傳播的驅(qū)動力,以及野鳥與濕地、水稻種植、家禽之間病毒的傳播機制等[37,99- 102]。而實時建模給禽流感風險影響下的公共衛(wèi)生安全和生物物種安全帶來機遇也帶來挑戰(zhàn)。在建模過程中,通常需要廣泛借鑒生態(tài)安全評價的理論框架,目前國內(nèi)外常用的理論模型有國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)提出的“壓力-狀態(tài)-響應”模型(PSR, 1994)、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會(UNCSD)在此基礎上提出“驅(qū)動力-狀態(tài)-響應”模型(Driving force-State-Response, DSR, 1996)、以及歐洲環(huán)境署在PSR基礎上增加“驅(qū)動力”(Driving force)和“影響”(Impact)兩類指標,發(fā)展成為“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應”模型(DPSIR)等,其中以PSR模型應用最為廣泛。這些模型框架為禽流感的生態(tài)安全評價提供了理論基礎,再結(jié)合禽流感風險評價的具體方法,如系統(tǒng)發(fā)育分析[103]、貝葉斯分析[104]、增強回歸樹模型[56]、生態(tài)位模型[43]等,為禽流感影響下的區(qū)域生態(tài)安全評價帶來可能。

總之,禽流感的發(fā)生關系到區(qū)域的公共衛(wèi)生安全和生物安全問題,也離不開在生態(tài)安全層次的探討。隨著生態(tài)安全內(nèi)涵的豐富與研究的深入,對基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價將成為主要方向與研究趨勢之一,也是當下研究的一個重點領域。未來,需要加強探索如何建立數(shù)據(jù)庫？構建何種模型？采用什么樣的評價方法？要達到什么樣的目的？這些將是我們需要更深入解決的問題。同時,還需要對禽流感發(fā)生風險評估方法與生態(tài)安全評價方法進行一系列的篩選和整合,及時建立高效、適用的基于禽流感發(fā)生風險的區(qū)域生態(tài)安全評價方法。