張 寧， 薛華杰， 王筱藝， 李 薇， 徐 飛， 楊 軼， 何善勇*， 印麗萍*

1上海海關(guān)，上海 200135； 2西華師范大學(xué)/西南野生動(dòng)植物資源保護(hù) 教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 南充 637002

入侵植物是生物入侵中數(shù)量最多的類群(Luqueetal.,2014)，給全世界造成了重大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響(Pheloungetal.,1999)，植物入侵的預(yù)測(cè)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并成為諸多學(xué)者的研究目標(biāo)(Daehler & Carino,2000; Kolar & Lodge,2002; Rejmánek,2000; Richardson & Py?ek,2006)。生物入侵研究的核心問(wèn)題包括生物的入侵性與生境的可入侵性，前者探索入侵生物具有哪些特征，后者探究具有哪些特征的生境更容易被入侵(劉健等,2010; Alpertetal.,2000)。在植物入侵研究中，生境可入侵性由于受到研究范圍、各生境因子間的相互作用等多種因素限制(Higgins & Richardson,1998; Rejmnek,1989)，很難找到不同生境間顯著差異的可入侵因子(Lonsdale,1999)，在實(shí)踐應(yīng)用中相對(duì)較少；而植物入侵性的研究與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合十分緊密，已利用所發(fā)現(xiàn)的植物入侵特征建立起多種外來(lái)植物入侵篩選方法，并直接應(yīng)用于多個(gè)國(guó)家的口岸檢疫管理(Hazard,1988; Koopetal.,2012; Panetta,1993; Pheloungetal.,1999; Weber & Gut,2004)。

外來(lái)植物的入侵篩選方法多利用植物入侵特征建立，如澳大利亞雜草風(fēng)險(xiǎn)篩選方法(Australian weed risk assessment, AWRA)(Pheloungetal.,1999)，以評(píng)判受試植物是否為入侵植物確定植物的入侵身份，該方法的評(píng)判指標(biāo)(通常為植物自身的生物生態(tài)學(xué)特性)信息相對(duì)較易獲取，評(píng)判操作相對(duì)簡(jiǎn)便易行。因此，該方法能快速對(duì)外來(lái)植物進(jìn)行分類，確定出風(fēng)險(xiǎn)分析的對(duì)象，適用于對(duì)未知身份植物的風(fēng)險(xiǎn)管理。目前，我國(guó)對(duì)植物入侵性的研究相對(duì)較少，以植物入侵特征建立起的風(fēng)險(xiǎn)篩選方法也相對(duì)較少(何善勇等，2020)，但以植物內(nèi)在特性構(gòu)建指標(biāo)的入侵植物篩選方法，可通過(guò)相對(duì)客觀的植物內(nèi)在特性來(lái)識(shí)別其入侵性，快速篩選出入侵植物。鑒于此，本文介紹了入侵植物篩選方法的定義、研究理論與建立概況，并提出其在我國(guó)口岸防控中的應(yīng)用建議，旨在為我國(guó)口岸制定防范外來(lái)植物入侵的有效管理政策和措施提供參考依據(jù)。

1 入侵植物篩選方法的定義

入侵植物亦稱外來(lái)入侵植物，其概念來(lái)源于入侵生物學(xué)，是指已于自然或半自然生態(tài)環(huán)境中建立一穩(wěn)定族群并可能進(jìn)而威脅原生生物多樣性的外來(lái)種(IUCN,2000)。本文介紹的入侵植物篩選方法，主要是根據(jù)植物生物生態(tài)學(xué)特性以及植物在非本地區(qū)的危害歷史，建立相關(guān)評(píng)判指標(biāo)體系和計(jì)算方法，評(píng)判外來(lái)植物自身是否具備潛在入侵特征的過(guò)程。

2 入侵植物篩選方法的理論研究

2.1 單一類群研究

最初，學(xué)者們注意到總有部分外來(lái)植物能夠在多個(gè)相互隔離的地區(qū)內(nèi)成功定殖，便推斷植物的歸化與其自身特性之間可能存在一定的關(guān)聯(lián)性(Mack,1996)，由此便產(chǎn)生了入侵植物特性的研究。Gray (1879)最早開(kāi)始嘗試羅列和篩選與植物入侵有關(guān)的特性，但真正的興起是在Baker (1965, 1974)提出典型入侵植物特征之后，典型入侵植物特征包括12種，涉及繁殖、擴(kuò)散和適應(yīng)性3個(gè)方面的生物生態(tài)學(xué)特性(Baker,1974)，其中繁殖特性占據(jù)了主要地位。Baker的方法和理論為后續(xù)的研究提供了重要的借鑒和啟發(fā)，很多學(xué)者展開(kāi)了類似的研究(De Wet,1966; Patterson,1985)。但不久就在現(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)了與之相反的情況，即一些嚴(yán)重入侵植物僅帶有很少的入侵植物典型特征，比如海岸松PinuspinasterAiton在南非地中海生境中為入侵植物，但僅有很少的典型入侵植物特征(Kruger,1977)。因此，部分學(xué)者認(rèn)為不是所有外來(lái)植物都具有一致的生活史和繁殖特性(Williamson,1993; Williamson & Fitter,1996)。由此可見(jiàn)，單一類群研究往往并不具有普遍性。

2.2 多類群比較研究

由于單獨(dú)研究入侵植物特性具有一定的局限性，學(xué)者們開(kāi)始進(jìn)行多類群物種特性的比較。多類群物種的比較通常包括兩類：一類是針對(duì)近緣物種(如同科或同屬)間入侵植物和非入侵植物的比較；另一類是直接對(duì)入侵植物和非入侵植物兩個(gè)類群進(jìn)行特性的比較。前者主要分析分類學(xué)上親緣關(guān)系相近的同科或同屬植物中，或者系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)的物種間入侵植物和非入侵植物的特性差異。例如，在對(duì)近緣物種比較研究中，發(fā)現(xiàn)了入侵植物相較非入侵植物，更具空間生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)、更能忍受被食草動(dòng)物取食、更具擴(kuò)散效率、開(kāi)花更早且花期更長(zhǎng)、光合速率更快、具有較長(zhǎng)的土壤種子庫(kù)等多種重要的入侵特性(Py?ek & Richardson,2007)。雖然近緣物種比較能找到很多重要的植物入侵特性，但當(dāng)被應(yīng)用到所有外來(lái)植物時(shí)，很多特性并不具有普適性。

自20世紀(jì)90年代后期起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，植物信息獲取變得更為容易，針對(duì)更大類群的植物比較研究開(kāi)始增加，主要是針對(duì)入侵植物和非入侵植物之間的特性比較(Py?ek & Richardson,2007)。大類群植物的特性比較研究通常需要考慮多種因素，如比較對(duì)象、來(lái)源途徑、比較物種的數(shù)量、研究的地理范圍、發(fā)生情況以及比較的方法等，但該類研究的一些特性數(shù)據(jù)(如生長(zhǎng)率、繁殖量等)相對(duì)難以獲取。

長(zhǎng)期以來(lái)，植物入侵的預(yù)測(cè)一直是學(xué)者們的研究目標(biāo) (Daehler & Carino,2000; Kolar & Lodge,2002; Rejmnek,2000; Richardson & Py?ek,2006)。隨著認(rèn)識(shí)的深入，學(xué)者在肯定植物入侵特征重要性的基礎(chǔ)之上，也意識(shí)到了入侵特性還應(yīng)與入侵所處的階段、地理空間尺度和具體的自然環(huán)境相結(jié)合(Vanetal.,2015)。由此，近年來(lái)學(xué)者們也相繼提出了一些新的生物入侵研究框架體系。

3 入侵植物篩選方法的建立概況

根據(jù)采用的具體計(jì)算方法劃分，入侵植物篩選方法可分為定性、半定量和定量3種評(píng)判方法(Hulme,2012)。

3.1 入侵植物的篩選方法

3.1.1 定性評(píng)判方法 該方法采取專家定性評(píng)判的方法，評(píng)判時(shí)重點(diǎn)參考外來(lái)植物在非本地區(qū)的入侵歷史。該方法主要通過(guò)實(shí)地調(diào)查、文獻(xiàn)資料查找等手段，收集整理在全世界其他地區(qū)發(fā)生的入侵植物名錄、分布及基礎(chǔ)生物學(xué)信息，形成大量的入侵植物基礎(chǔ)資料供專家或決策者使用。該方法具有諸多局限性，植物在原產(chǎn)地或其他地區(qū)具有危害的歷史有一定的參考性，但并不能完全決定其是否在引入地區(qū)產(chǎn)生危害。如鳳眼藍(lán)(水葫蘆)Eichhorniacrassipes(Mart.) Solme，在其原產(chǎn)地南美幾乎不產(chǎn)生危害，但在全世界其他無(wú)霜地區(qū)卻成為嚴(yán)重入侵植物(Holmetal.,1997)。外來(lái)植物的成功入侵需要其自身與環(huán)境間多種因素共同作用(Noble,1989)，不過(guò)入侵歷史作為一項(xiàng)識(shí)別入侵植物的指標(biāo)仍具有重要價(jià)值。

3.1.2 半定量評(píng)判方法 該方法主要根據(jù)外來(lái)植物的生物生態(tài)學(xué)特性建立指標(biāo)并賦值，通過(guò)求平均值、乘法或加法等方式進(jìn)行總體風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算，形成了半定量統(tǒng)計(jì)方法(Bakeretal.,2008)。該方法來(lái)自AWRA建立的打分系統(tǒng)(Panetta,1993; Pheloung,1995)，該打分系統(tǒng)共設(shè)置49個(gè)問(wèn)題，涵蓋植物的生物地理學(xué)、外來(lái)植物歷史和生物生態(tài)學(xué)特性，并采取簡(jiǎn)單的加法進(jìn)行計(jì)算(Pheloungetal.,1999)，篩選出嚴(yán)重雜草、非雜草或介于二者之間的一般雜草。從功能和評(píng)判目的上來(lái)劃分，AWRA與本文介紹的入侵植物篩選方法較為相似。

3.1.3 定量評(píng)判方法 隨著對(duì)外來(lái)植物研究的深入，學(xué)者開(kāi)始嘗試研究定量的統(tǒng)計(jì)模型，這種模型主要從多種與入侵有關(guān)的特性中篩選出重要的特性(通常不會(huì)很多)，利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法構(gòu)建起入侵植物篩選模型(Py?ek & Richardson,2007)。該模型采用最具有分類判定的特征進(jìn)行外來(lái)植物的歸類，其中最為成功的是對(duì)松科植物入侵性的判斷，該方法篩選出松科植物的3個(gè)特征，即種子質(zhì)量、幼年期長(zhǎng)度和結(jié)果間隔周期，采用簡(jiǎn)單評(píng)判分析方法，就能評(píng)判出松屬植物是否具有入侵性(Rejmnek & Richardson,1996)。定量方法中采用的特性相對(duì)較少，因此，在大類群植物的應(yīng)用上總體準(zhǔn)確率相對(duì)較低。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)算法則可能采用更多的特性進(jìn)行定量的入侵植物篩選研究(Chenetal.,2015)。

3.2 我國(guó)對(duì)外來(lái)植物入侵風(fēng)險(xiǎn)篩選方法的研究

目前，我國(guó)對(duì)外來(lái)植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)篩選主要采取綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，即綜合評(píng)價(jià)入侵植物傳入和擴(kuò)散可能性以及后果影響等因素。具體方法包括：廈門、溫州、江浙滬地區(qū)、華東地區(qū)外來(lái)植物入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系(馮幼義等,2010; 顧慧,2014; 李明麗,2010; 歐健和盧昌義,2006)，《雜草風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)要求》(國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)，2007)，外來(lái)入侵植物雜草化風(fēng)險(xiǎn)“五階評(píng)估法” (強(qiáng)勝,2009) 等。以“五階評(píng)估法”為例，其指標(biāo)設(shè)置較詳盡，涵蓋了生物生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、管理等多方面內(nèi)容，傳入后果評(píng)估分為環(huán)境適生能力、繁殖和定殖后擴(kuò)散能力、經(jīng)濟(jì)影響能力和環(huán)境影響能力4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，最終使用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(如高、中、低)衡量評(píng)估結(jié)果。但是該評(píng)估方法對(duì)各指標(biāo)設(shè)置的合理性以及計(jì)算方法的準(zhǔn)確性有較高的要求，而且還存在著指標(biāo)信息難以獲取、不確定性大以及評(píng)估時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

近年來(lái)，我國(guó)已有基于植物生物生態(tài)學(xué)特性建立植物入侵性評(píng)判方法的初步研究。如：鄭勇奇和張川紅(2014)建立的外來(lái)樹(shù)種生物入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中，包含了對(duì)樹(shù)種自身入侵性的評(píng)估方法，但其指標(biāo)主要與喬木類植物有關(guān)；Chenetal.(2015)基于6個(gè)植物生物生態(tài)學(xué)特性，建立了基于多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的入侵植物評(píng)估模型，但其使用時(shí)需要采用相關(guān)的軟件或相關(guān)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，不便于廣泛應(yīng)用。

入侵植物篩選方法注重從植物自身生物生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行指標(biāo)構(gòu)建(Pheloungetal.,1999; USDA,2015)，通過(guò)建立相關(guān)評(píng)判指標(biāo)體系和計(jì)算方法，將植物劃分為嚴(yán)重入侵植物、非入侵植物或介于二者之間的一般入侵植物，篩選出具有潛在入侵性的外來(lái)植物。因其指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定且易獲取，不僅能快速篩選出具有潛在入侵性的植物，亦能快速篩選出不具潛在入侵性的非入侵植物。因此，便于應(yīng)用到口岸植物檢疫部門防范外來(lái)植物入侵工作中，可以對(duì)口岸截獲或監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的新的植物種類進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)提出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；同時(shí)能快速甄別出非入侵性植物，使得口岸的監(jiān)測(cè)和管理能將更多資源用于預(yù)防重點(diǎn)關(guān)注的入侵植物，節(jié)約管理成本。因此，該方法能為制定科學(xué)有效的防范外來(lái)植物入侵的管理政策和措施提供技術(shù)參考。

4 入侵植物篩選方法在我國(guó)口岸防控中的應(yīng)用建議

我國(guó)口岸作為防范外來(lái)植物入侵的 “第一道防線”，檢疫把關(guān)責(zé)任重大，只有不斷完善外來(lái)植物監(jiān)測(cè)、預(yù)警和快速反應(yīng)機(jī)制，筑牢口岸防線，才能將外來(lái)植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)控制到最低。但是，口岸面對(duì)截獲、監(jiān)測(cè)到新植物種類或當(dāng)入侵性未知的外來(lái)植物擬進(jìn)入我國(guó)境內(nèi)的時(shí)候，目前采用的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，雖然內(nèi)容涵蓋全面，但存在著指標(biāo)信息難以獲取、不確定性大以及評(píng)估時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。因此，本文介紹的入侵植物篩選方法，能通過(guò)相對(duì)客觀的植物內(nèi)在特性來(lái)識(shí)別其入侵性，主要作用是快速篩選出入侵植物，為我國(guó)口岸檢疫機(jī)構(gòu)制定針對(duì)外來(lái)植物的管理政策和措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，降低入侵植物帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響(Keller & Drake,2009)。鑒于目前我國(guó)缺乏高效的基于植物內(nèi)在特性建立的入侵植物篩選方法，提出以下3方面的應(yīng)用建議。

4.1 采取應(yīng)用與研究并行的管理策略

從我國(guó)口岸入侵植物防控工作的角度，可以實(shí)施“應(yīng)用為先，兼顧發(fā)展”應(yīng)用策略，即先在實(shí)踐中重點(diǎn)借鑒主要貿(mào)易國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，如AWRA，該方法已篩選了2800多種外來(lái)植物(Weberetal.,2009)，在全世界廣泛應(yīng)用且具有一致的準(zhǔn)確率(Gordonetal.,2008)，其他很多雜草風(fēng)險(xiǎn)篩選系統(tǒng)都在AWRA基礎(chǔ)之上進(jìn)行發(fā)展或者直接應(yīng)用(Heikkil?,2011)。Heetal.(2018)采用我國(guó)已知身份的外來(lái)植物對(duì)AWRA進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)我國(guó)外來(lái)入侵植物具有較好的篩選效果。因此，可直接借鑒AWRA的指標(biāo)和計(jì)算方法，對(duì)口岸截獲或監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的新植物種類進(jìn)行逐一評(píng)判，篩選出嚴(yán)重入侵植物、非入侵植物或介于二者之間的一般入侵植物，以幫助口岸檢疫部門管理者進(jìn)一步綜合分析，提高口岸入侵植物防控工作的效率和質(zhì)量。

同時(shí)，不斷加強(qiáng)對(duì)我國(guó)外來(lái)入侵植物與非入侵植物、外來(lái)入侵植物與本土非入侵植物、同屬植物中外來(lái)入侵植物與非入侵植物的比較研究(Py?ek & Richardson,2007)，弄清我國(guó)外來(lái)入侵植物生物生態(tài)學(xué)特性，例如植物是否耐陰、是否可以無(wú)性繁殖、是否能產(chǎn)生大量種子、是否能在1年及以下繁殖、是否能在自然環(huán)境下雜交、是否能被人類主動(dòng)擴(kuò)散、是否具有化感作用、是否為重要病蟲害的寄主等，從而構(gòu)建適合中國(guó)具體情況的入侵植物的篩選指標(biāo)，不斷探索各指標(biāo)權(quán)重以及計(jì)算方法，建立一個(gè)適合我國(guó)的篩選方法，為口岸植物檢疫部門今后進(jìn)一步利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行外來(lái)植物風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

4.2 充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段開(kāi)展工作

在實(shí)踐中需充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段開(kāi)展工作，如利用機(jī)器學(xué)習(xí)中的算法進(jìn)行植物入侵的篩選，并開(kāi)發(fā)在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算以及評(píng)判效果方面存在很高的潛力的機(jī)器學(xué)習(xí)模型(Wittenetal.,2011)。研究顯示，機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建起的外來(lái)植物的入侵風(fēng)險(xiǎn)篩選具有很高的識(shí)別準(zhǔn)確率(Elithetal.,2006; Kelleretal.,2011)，還能不斷提供新的評(píng)判方法，不斷積累和更新訓(xùn)練集，實(shí)現(xiàn)篩選的動(dòng)態(tài)發(fā)展，具有很好的應(yīng)用前景。當(dāng)口岸截獲未知入侵身份的外來(lái)植物的時(shí)候，可通過(guò)這個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的在線開(kāi)放式的入侵植物篩選系統(tǒng)進(jìn)行快速查詢和評(píng)判，相關(guān)計(jì)算結(jié)果能為口岸檢疫機(jī)構(gòu)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

4.3 構(gòu)建多部門聯(lián)合國(guó)家級(jí)入侵植物信息和預(yù)警共享平臺(tái)

入侵植物篩選方法評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性高度依賴全面、詳實(shí)的基礎(chǔ)信息(黃靜等,2014)，需在大量信息基礎(chǔ)上進(jìn)行篩選分析。因此，需加強(qiáng)與地方環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)、高校的溝通和協(xié)調(diào)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建多部門聯(lián)合國(guó)家級(jí)入侵植物信息和預(yù)警共享平臺(tái)。如：中國(guó)國(guó)家有害生物檢疫信息系統(tǒng)(www.pestchina.com)、中國(guó)外來(lái)入侵物種信息系統(tǒng)(http:∥www.iplant.cn/ias/)、中國(guó)農(nóng)作物有害生物監(jiān)控信息系統(tǒng)(http:∥www.ccpmis.org.cn/)等。通過(guò)聯(lián)網(wǎng)快速檢索外來(lái)植物的相關(guān)準(zhǔn)確信息，不僅能實(shí)現(xiàn)信息資源共享，還能提高入侵植物篩選方法對(duì)外來(lái)植物評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確率與便捷性，在短時(shí)間內(nèi)提出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，有效防控外來(lái)植物入侵和筑牢口岸檢疫防線，這不僅是落實(shí)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的基本要求，也是落實(shí)總體國(guó)家安全觀的重要環(huán)節(jié)。

本文介紹了以植物內(nèi)在特性構(gòu)建指標(biāo)的入侵植物篩選方法的基本構(gòu)想和初步研究。作為一種嘗試，入侵植物篩選方法還處在起步階段，還需要不斷地完善，在實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)展。