基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

劉 影,吳興元,李 鵬,肖池偉

1 江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,南昌 330022 2 江西師范大學(xué)鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330022 3 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100190

禽流感(Avian Influenza,AI)是由禽流感病毒引起的動(dòng)物傳染病,通常只感染鳥類(含禽類)。根據(jù)致病力強(qiáng)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(wú)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(yán)重禽類傳染病,被國(guó)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(yùn)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(fēng)險(xiǎn)[1-2]。近年來(lái),禽流感進(jìn)入高爆發(fā)期,全球多個(gè)國(guó)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(guó)2011年以來(lái)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(jì),共造成20多萬(wàn)只野鳥和家禽死亡[3]。其中,僅2013年上半年,對(duì)所有養(yǎng)殖戶造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就超過600億元人民幣[4]。相對(duì)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(gè)潛在危險(xiǎn)因素,并會(huì)嚴(yán)重威脅人類健康[5]。近年來(lái),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(duì)人群健康危害最為嚴(yán)重,人感染后死亡率高達(dá)60%[6-8]。與H5N1病毒不同的是,H7N9病毒在家禽中一般不會(huì)引起嚴(yán)重的疾病反應(yīng),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(guó)共有1065人感染H7N9,其中409人死亡[10]。

圖 1 2011年以來(lái)中國(guó)HPAI疫情點(diǎn)位和病毒類型分布(數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)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(shí)可能造成大量生物(如野鳥與家禽)、甚至人類死亡,對(duì)生物物種安全和公共衛(wèi)生安全的威脅已經(jīng)嚴(yán)重影響到區(qū)域生態(tài)安全[11-12]。本文運(yùn)用CitespaceⅤ軟件對(duì)1182篇有關(guān)生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的英文文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析表明,目前生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(hù)等層面,其研究領(lǐng)域主要包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、有機(jī)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(píng)估、水利水電工程問題、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型等。然而,有關(guān)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(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究更是鳳毛麟角。相對(duì)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(duì)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(guān)注[13-14]。據(jù)國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)統(tǒng)計(jì),在已有記錄的833種滅絕物種中,有31種與傳染性疾病有關(guān)[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(lái)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(dòng)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(gè)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(jī)和生物多樣性減少是生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的重要內(nèi)容之一。然而,將禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)安全評(píng)價(jià)二者結(jié)合起來(lái)研究還未得到足夠重視,或者重視程度與其對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)、社會(huì)安全的危害不對(duì)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(rèn)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(lái)源[2]。因此,從禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)視角評(píng)價(jià)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(qiáng)相關(guān)模型方法及其應(yīng)用研究。本文擬基于科學(xué)引文索引(Web of Science)中三大數(shù)據(jù)庫(kù),分別為科學(xué)引文索引(Science Citation Index, SCI)、社會(huì)科學(xué)引文索引(Social Sciences Citation Index, SSCI)和會(huì)議論文集科學(xué)引文索引(Conference Proceedings Citation Index-Science, CPCIS),通過運(yùn)用CitespaceⅤ科學(xué)的文獻(xiàn)計(jì)量工具,在對(duì)禽流感與生態(tài)安全評(píng)價(jià)相關(guān)研究文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)了近期禽流感與生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀。接下來(lái),梳理和比較了禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,借鑒現(xiàn)有生態(tài)安全評(píng)價(jià)理論框架,重點(diǎn)探討了基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型與方法研究進(jìn)展,以期為基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供參考。最后,根據(jù)已有文獻(xiàn)的研究主題、研究?jī)?nèi)容等,對(duì)禽流感在生態(tài)安全評(píng)價(jià)方面的研究進(jìn)行了總結(jié),并展望了未來(lái)在禽流感等傳染性疾病威脅下的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的主要方向。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文以科學(xué)引文索引(Web of Science)中三大數(shù)據(jù)庫(kù),即SCI、SSCI與CPCIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)源,分別以“Avian Influenza”、“Ecological Safety”、“Security Assessment”與“Security Evaluation”為主題檢索詞進(jìn)行檢索,語(yǔ)種為英語(yǔ),時(shí)間跨度為1996—2017年(共22年,文獻(xiàn)檢索截止時(shí)間為2017年3月)。結(jié)果共檢索到禽流感相關(guān)英文研究文獻(xiàn)(論文)共11144篇、生態(tài)安全評(píng)價(jià)相關(guān)英文研究文獻(xiàn)(論文)1182篇。通過 CitespaceⅤ文獻(xiàn)計(jì)量工具,將上述12326篇英文研究文獻(xiàn)的標(biāo)題、期刊出處、關(guān)鍵詞、及其所引用文獻(xiàn)等進(jìn)行了系統(tǒng)分析?？傮w而言,這些英文文獻(xiàn)能較好反映出1996年以來(lái)禽流感與生態(tài)安全評(píng)價(jià)相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和最新研究進(jìn)展。高致病性禽流感H5N1自1997年發(fā)現(xiàn)以來(lái),人類健康和家禽養(yǎng)殖在公共衛(wèi)生安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面所受到的威脅得到學(xué)者的廣泛關(guān)注[16]。另外,1996年生態(tài)安全得到國(guó)際認(rèn)可[17],隨之以生態(tài)安全評(píng)價(jià)為主題的研究逐步豐富起來(lái)。

Citespace以其強(qiáng)大的文獻(xiàn)共被引分析而知名,能夠通過分析論文的關(guān)鍵詞顯示一個(gè)學(xué)科或知識(shí)域在一定時(shí)期發(fā)展的趨勢(shì)與動(dòng)向,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等60多個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)對(duì)多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析有較好的適用性[18]。2012年陳紅光等人利用CitespaceⅡ?qū)﹃P(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、文獻(xiàn)共被引分析等,對(duì)新發(fā)傳染性疾病學(xué)科研究前沿?zé)狳c(diǎn)進(jìn)行有效識(shí)別,并快速確定該領(lǐng)域重要的文獻(xiàn)資料,對(duì)科研人員宏觀、準(zhǔn)確、快速掌握新興傳染性疾病領(lǐng)域基礎(chǔ)及研究進(jìn)展具有一定幫助[19]。在生態(tài)安全研究層面,國(guó)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(duì)象,利用CitespaceⅡ信息可視化工具,對(duì)國(guó)內(nèi)生態(tài)安全研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析[20]。同時(shí)，胡秀芳等運(yùn)用CitespaceⅡ?qū)Ω鲊?guó)學(xué)者發(fā)表的生態(tài)安全研究成果進(jìn)行系統(tǒng)分析與梳理,揭示了研究主題的演進(jìn)軌跡和發(fā)展趨勢(shì),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(lǐng)域的前沿和動(dòng)態(tài),在很大程度上，也為禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究提供參考和方法支持。

2 禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 禽流感研究現(xiàn)狀

基于文獻(xiàn)計(jì)量結(jié)果表明,在1996—2017年的20余年里,國(guó)際上公開發(fā)表的以“禽流感”為主題的學(xué)術(shù)論文中,刊文量排名前三位的期刊分別為《禽病》(Avian Diseases)、《病毒學(xué)雜志》(Journal of Virology)和《公共科學(xué)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(guó)均在美國(guó)。進(jìn)一步分析表明,“家禽疾病”、“獸醫(yī)學(xué)”、“病毒學(xué)”、“生物學(xué)”、“生物醫(yī)學(xué)”是這3個(gè)期刊的主要研究學(xué)科方向,這在一定程度上反映了現(xiàn)階段禽流感的相關(guān)研究主要集中在流行病學(xué)、病原學(xué)等領(lǐng)域。另外,“禽流感”相關(guān)研究還較多發(fā)表于《疫苗》(Vaccine)、《病毒學(xué)文獻(xiàn)》(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(xué)、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(guān)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(xué)特別是生態(tài)安全領(lǐng)域的研究還很少報(bào)道。此外,中國(guó)大陸、中國(guó)香港、土耳其、日本、墨西哥、埃及以及東南亞、南亞等主要國(guó)家及地區(qū)是這類研究的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域,在熱帶、亞熱帶以及溫帶國(guó)家均有分布。盡管這些國(guó)家之間經(jīng)濟(jì)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(lái),對(duì)禽流感相關(guān)研究引文次數(shù)排名前10位的文章進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與對(duì)比分析。結(jié)果表明,這些文章重點(diǎn)關(guān)注了病毒生物學(xué)特性、抗病毒藥物、病毒監(jiān)測(cè)、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(duì)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(guó)、泰國(guó)、越南、印度尼西亞、墨西哥等,然而人感禽流感是學(xué)者主要的關(guān)注對(duì)象(表2)。從文獻(xiàn)的發(fā)表時(shí)間來(lái)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(cè)是禽流感相關(guān)研究的兩個(gè)核心研究方向；而在2000年后,禽流感相關(guān)研究在進(jìn)一步加強(qiáng)病毒基因研究的同時(shí),也強(qiáng)調(diào)了抗病毒藥物、病毒監(jiān)測(cè)、流行性預(yù)測(cè)、鳥類流感研究的重要性,特別是疾病的空間流行性預(yù)測(cè)開始得到了學(xué)者的關(guān)注與實(shí)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(shì)。另外,對(duì)與禽流感研究相關(guān)的11144篇論文進(jìn)行文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),禽流感研究主要集中在流行病學(xué)、病原學(xué)、疫苗研究等熱點(diǎn)領(lǐng)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(xué)、基因等角度揭示了突變或重組對(duì)禽流感病毒致病力和傳播力的影響,并解釋了其作用機(jī)制[6]。研究結(jié)果對(duì)于預(yù)測(cè)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(yù)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(guān)禽流感的研究工作在不斷推進(jìn)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(shì)依然很嚴(yán)峻。有許多重要的科學(xué)問題如病毒的傳播機(jī)制、傳播路徑與傳播參數(shù)等依然沒有得到解決,對(duì)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(shí),有關(guān)禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估相關(guān)研究還相對(duì)薄弱。如在11144篇研究文獻(xiàn)中,也僅有1676篇是以禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為主題的研究論文,約占文獻(xiàn)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(shí)、何地、以及何種方式爆發(fā)等仍具有很大不確定性。如何預(yù)防疾病的發(fā)生或減輕疫情對(duì)公共健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響,已成為現(xiàn)階段迫切需要解決的實(shí)際問題。禽流感有季節(jié)性爆發(fā)、交替性爆發(fā)、遠(yuǎn)距離傳播等特點(diǎn),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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。同樣地,這些研究結(jié)果與結(jié)論對(duì)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(shí)意義。

2.2 禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展

類似地,根據(jù)1676篇以禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為主題的研究論文,對(duì)引文量在前10位的論文進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(huì)等多相關(guān)因素開展的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方法有“空間數(shù)學(xué)建?！?、“動(dòng)物模型”、“病例統(tǒng)計(jì)分析”、“敏感性和特異性分析”、“臨床綜合評(píng)價(jià)法”、“統(tǒng)計(jì)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(píng)估與監(jiān)測(cè)方面已有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。有關(guān)上述不同評(píng)價(jià)方法的優(yōu)勢(shì)、不足之處及其適用范圍可詳閱表3。雖然禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在實(shí)際研究中已廣泛開展,但針對(duì)禽流感傳播的重要節(jié)點(diǎn)、傳播的參數(shù)、周期性循環(huán)波動(dòng)和濤動(dòng)、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(yù)知和掌控。盡管傳染病風(fēng)險(xiǎn)制圖(包括禽流感風(fēng)險(xiǎn))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(duì)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(xì)梳理禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的基礎(chǔ)上,探討危及公共衛(wèi)生安全與生物安全的評(píng)價(jià)方法。

表3 引文量排名前10位論文中的禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法比較

另外,禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還有許多常用的評(píng)價(jià)方法。表4分別從方法的優(yōu)點(diǎn)、不足、適用范圍、指標(biāo)因子等層面,分別對(duì)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(zhǔn)則決策分析法”、“地理信息系統(tǒng)數(shù)字模型”、以及“增強(qiáng)回歸樹模型”等6種主要方法。這對(duì)開展基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(duì)公共衛(wèi)生安全和生物物種安全嚴(yán)重的侵害,但公共衛(wèi)生安全和生物安全又關(guān)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(shí)際影響。在已有的研究中禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究各為主題,因此,將影響禽流感發(fā)生與傳播等相關(guān)的環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)和文化等因素綜合起來(lái)進(jìn)行禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),以確定疫情發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)程度與時(shí)空差異,將對(duì)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?？上驳氖?目前部分學(xué)者運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理學(xué)的研究方法,對(duì)禽流感在人-禽中的爆發(fā)與傳播進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)和初步預(yù)測(cè),候鳥遷徙、家禽散養(yǎng)、活禽運(yùn)輸?shù)纫恍┡c禽流感疾病傳播有關(guān)的潛在因素被確定[58]。隨著3S空間信息技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字模型在高致病性禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中也越來(lái)越受到關(guān)注[59- 61]。

表4 禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的其他方法比較

3 基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法

影響禽流感發(fā)生與傳播的驅(qū)動(dòng)因素復(fù)雜多變,在具體的研究中不同的學(xué)者側(cè)重點(diǎn)也有所不同。因此,基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)也不能簡(jiǎn)單的依靠一種評(píng)價(jià)方法或一種模型框架來(lái)揭示其內(nèi)在的機(jī)理與時(shí)空差異。在結(jié)合禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與生態(tài)安全評(píng)價(jià)理論框架的基礎(chǔ)上,本文對(duì)基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了探討與文獻(xiàn)梳理,從數(shù)據(jù)來(lái)源、應(yīng)用范圍、優(yōu)點(diǎn)和局限性等對(duì)已有文獻(xiàn)所使用方法進(jìn)行了總結(jié)與對(duì)比分析(表5)。嚴(yán)格意義上說,這些方法還處在探索階段,還需在實(shí)際評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)應(yīng)用中對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證、修正和擴(kuò)展。生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)開放的系統(tǒng),涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)方法,可能得到不同的評(píng)價(jià)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(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)建模所采用數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多元化和廣泛性等,在具體應(yīng)用上也是很大的挑戰(zhàn)。具體而言,相關(guān)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(bào)告記錄、氣候和土地利用數(shù)據(jù)、野鳥活動(dòng)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(chǎng)數(shù)據(jù)、濕地外環(huán)境數(shù)據(jù)和交通運(yùn)輸數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)涉及不同的時(shí)空尺度,既有禽流感發(fā)生前端與后端數(shù)據(jù),又有點(diǎn)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(dāng)然,每種數(shù)據(jù)類型皆有助于預(yù)測(cè)疾病動(dòng)力學(xué)臨界潛力參數(shù),但潛在測(cè)量誤差也較大,綜合運(yùn)用起來(lái)可能會(huì)產(chǎn)生更大的偏差[62],值得重視。

表5 基于禽流感風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法比較

AHP-PSR：層次分析法與“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型,Analytic Hierarchy Process and Pressure-State-Response；ENM-DPSIR：生態(tài)位模型與“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”模型,Ecologic Niche Model and Driving Force-Pressure-State-Impact-Response；“√”表示該方法的數(shù)據(jù)源/應(yīng)用；“？”表示該方法的潛在數(shù)據(jù)源/應(yīng)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(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[63]。PSR(Pressure-State-Response)模型以簡(jiǎn)明的形式和嚴(yán)密的邏輯性綜合自然、社會(huì)多方面指標(biāo),較好地反映了環(huán)境壓力、自然狀態(tài)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間的內(nèi)在聯(lián)系[64],廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全評(píng)價(jià)中。該框架強(qiáng)調(diào)對(duì)問題發(fā)生原因-結(jié)果-對(duì)策的邏輯關(guān)系分析,如可以用來(lái)揭示人類活動(dòng)與環(huán)境之間的線性關(guān)系[65- 66]。然而,PSR模型還需要提高現(xiàn)有指標(biāo)的準(zhǔn)確性和可比性,在決策支持上不容易兼顧。為應(yīng)對(duì)這樣的缺點(diǎn),層次分析法可以用來(lái)改善指標(biāo)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)之間的互聯(lián)模式,因此與PSR模型在應(yīng)用上有很好的互補(bǔ)性[67- 69]。

基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià),可根據(jù)養(yǎng)殖戶調(diào)查和文獻(xiàn)整理等多種途徑,建立以自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生態(tài)等影響因素為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù),利用AHP-PSR模型構(gòu)建禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,優(yōu)化指標(biāo)歸類,探討能夠較全面、準(zhǔn)確反映疫源地或高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)安全水平的評(píng)價(jià)方法,并將實(shí)際應(yīng)用于基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空特征的區(qū)域生態(tài)安全狀況評(píng)價(jià)。該類評(píng)價(jià)模型在區(qū)域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)中已有應(yīng)用,如2010年陳宗鑄等人采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型為概念框架,結(jié)合層次分析法對(duì)海南省森林生態(tài)安全進(jìn)行定量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。這種方法可以很好地與GIS平臺(tái)以實(shí)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(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)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(xué)中的應(yīng)用主要是建立在了解宿主動(dòng)物、傳播媒介、病原等生態(tài)學(xué)特征的基礎(chǔ)上。根據(jù)氣候、土地覆被變化等輸入?yún)?shù),進(jìn)而預(yù)測(cè)傳染病傳播媒介和動(dòng)物宿主等未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)[74]。該方法借用了生態(tài)學(xué)的方法論和思維方式,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、遙感監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室分析、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)綜合分析等生態(tài)學(xué)方法開展實(shí)踐研究[65],并預(yù)測(cè)未來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。DPSIR(Driving Force-Pressure-State-Impact-Response)模型的理論框架是在PSR模型的基礎(chǔ)上,增加了造成這種壓力的驅(qū)動(dòng)力和系統(tǒng)所處的狀態(tài)對(duì)人類健康和環(huán)境安全的影響,其意義在于能表達(dá)影響生態(tài)安全各因素之間的信息耦合關(guān)系。對(duì)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(gòu)建基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,更好地揭示禽流感發(fā)生與傳播的真實(shí)機(jī)理。

另外,基于生態(tài)位模型,相關(guān)學(xué)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(gè)模型算法,可與DPSIP模型形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。根據(jù)不同來(lái)源獲取的數(shù)據(jù)建立生態(tài)安全評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù),通過預(yù)測(cè)模型,不僅可以識(shí)別傳染病病原、宿主、媒介及傳播的生境,發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的危險(xiǎn)因素,還可以結(jié)合DPSIR理論框架的特點(diǎn)，定量揭示疾病與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人類活動(dòng)之間相互依存與相互制約的關(guān)系,為區(qū)域生態(tài)安全提供不同尺度的安全性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。然而,此方法的難點(diǎn)在于框架設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,在選取合適的驅(qū)動(dòng)力、影響與響應(yīng)指標(biāo)選擇上難度很大。未來(lái)還需要進(jìn)一步探索、驗(yàn)證該方法在基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的適應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、生物安全評(píng)價(jià)、脆弱性評(píng)價(jià)研究中已廣泛開展[80- 82]。主成分分析本質(zhì)是對(duì)高維變量系統(tǒng)做最佳綜合和簡(jiǎn)化,同時(shí)客觀確定各指標(biāo)的權(quán)重,避免主觀隨意性。聚類分析是根據(jù)變量間的相關(guān)程度來(lái)進(jìn)行類別的聚合,對(duì)同一類的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)控制、生物安全評(píng)價(jià)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(jìn)行一定改進(jìn)。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(jì)發(fā)展方面所受到的威脅,凸顯出發(fā)展中國(guó)家家禽散養(yǎng)對(duì)生物安全的影響。在H5N1曾經(jīng)爆發(fā)與流行的主要國(guó)家(如埃及、印度尼西亞、越南、柬埔寨、中國(guó)等),當(dāng)檢測(cè)到高致病性禽流感病毒時(shí),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(guó)、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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控出發(fā),及時(shí)、有效掌控區(qū)域內(nèi)禽流感預(yù)防情況對(duì)生物安全有重要作用。盡管疾病傳播與生物接觸對(duì)生物安全構(gòu)成重要影響,但很少有家禽養(yǎng)殖中關(guān)于生物安全狀況的文獻(xiàn)研究[84]。2010年Van Steenwinkel 等人根據(jù)比利時(shí)37個(gè)專業(yè)家禽農(nóng)場(chǎng)、19個(gè)孵化場(chǎng)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(fù)合線性評(píng)分系統(tǒng),采用分類主成分分析法和兩步聚類分析法,對(duì)家禽養(yǎng)殖場(chǎng)和寵物(鳥類)場(chǎng)所禽流感潛在威脅下的生物安全進(jìn)行了評(píng)價(jià),為農(nóng)戶提供專業(yè)的預(yù)防建議,同時(shí)也為禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)下的生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)體系提供了很好的參考[85]。另外,國(guó)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(gè)農(nóng)戶問卷調(diào)查,通過比較智利、比利時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù),分析了生豬養(yǎng)殖過程中應(yīng)對(duì)傳染性疾病等危害方面的生物安全程度,并針對(duì)養(yǎng)殖戶的生物安全問題,提出了相關(guān)的政策建議[86]。這些研究案例為未來(lái)基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(shù)的發(fā)展,與計(jì)算機(jī)建模技術(shù)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(gòu),容易進(jìn)行空間疊加分析,邏輯運(yùn)算簡(jiǎn)單,具有快速、準(zhǔn)確、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[61]。其實(shí)質(zhì)是將相關(guān)研究數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)落實(shí)到具體空間位置,對(duì)輔助區(qū)域生態(tài)安全管理和決策,評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)與預(yù)警區(qū)域生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)作用明顯[88]。GIS在禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究中已有廣泛應(yīng)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(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)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(guān)環(huán)境因素,并通過地理信息系統(tǒng)生成了風(fēng)險(xiǎn)圖[52]。數(shù)字生態(tài)安全模型為禽流感的生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供了很好的理論框架參考,GIS可以結(jié)合多種評(píng)價(jià)方法,對(duì)評(píng)價(jià)工作開展有很好的促進(jìn)。類似地,Faith[89]等基于WebGIS技術(shù),從跟蹤物種入侵、水質(zhì)量評(píng)估和疾病傳播的監(jiān)測(cè)角度分析了數(shù)據(jù)獲取的重要性。WebGIS技術(shù)支持海量且異構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并將數(shù)據(jù)以圖形化、動(dòng)態(tài)與交互的方式展現(xiàn)[61],這是該模型的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

在有關(guān)基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中,涉及的研究?jī)?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(xué)關(guān)系,研究較滯后。2000年后學(xué)者在討論應(yīng)對(duì)高致病性禽流感時(shí)開始關(guān)注病毒在物種間傳播對(duì)生物安全的影響[90]；從2004年開始大部分研究重點(diǎn)關(guān)注了與高致病性禽流感相關(guān)的生物安全措施,盡管大多數(shù)文獻(xiàn)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(duì)于農(nóng)戶(后院)禽畜養(yǎng)殖中應(yīng)對(duì)生物安全的可行性和有效性[91]。高致病性禽流感對(duì)全球公共衛(wèi)生安全構(gòu)成重大威脅已經(jīng)被公認(rèn),然而禽流感研究主要以病原學(xué)、流行病學(xué)、病毒學(xué)為主,忽視了它可能帶來(lái)的嚴(yán)重生態(tài)安全問題。再有生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究主要關(guān)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(duì)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(yīng)的討論。

近年來(lái),在有關(guān)禽流感的研究文獻(xiàn)中與“預(yù)測(cè)”、“風(fēng)險(xiǎn)”、“評(píng)估”、“模型”等相關(guān)的關(guān)鍵詞在顯著增加,這些主題的研究主要與生物學(xué)和流行病學(xué)建模技術(shù)的快速發(fā)展有關(guān),比如基因表達(dá)、風(fēng)險(xiǎn)因素、疾病感染和預(yù)防[96]。另外,生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(shí)際問題,大量的建模技術(shù)和算法得到開發(fā),一系列評(píng)價(jià)方法得到廣泛應(yīng)用。在多種傳染性疾病持續(xù)爆發(fā)形勢(shì)下,尤其是禽流感發(fā)生的突發(fā)性和危害性特點(diǎn),是對(duì)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(píng)價(jià)研究的理論和方法,進(jìn)一步探討禽流感發(fā)生與傳播的動(dòng)力學(xué)機(jī)制,選擇有效、合理的模型與評(píng)價(jià)方法對(duì)禽流感引發(fā)的生態(tài)安全危機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè),這對(duì)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(kù)、主要的禽類交易市場(chǎng)等禽流感發(fā)生高危風(fēng)險(xiǎn)區(qū),這也是人類活動(dòng)非常活躍的區(qū)域,加強(qiáng)對(duì)生態(tài)安全監(jiān)控,有利于更好的為人類穩(wěn)定提供服務(wù)功能和免于生態(tài)災(zāi)變。

水禽被認(rèn)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(kù)等)周圍停歇、補(bǔ)充食物,可能使這些?？奎c(diǎn)成為新的疫源地,從而使疫點(diǎn)與水域(特別是濕地)關(guān)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(guān)聯(lián),禽流感暴發(fā)的地區(qū)有相當(dāng)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(guān),同時(shí)與它們的棲息地、活動(dòng)場(chǎng)所的生態(tài)環(huán)境有關(guān)。在我國(guó),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(dòng)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(rèn)為是H5N1傳播的中間途徑[48,54]。著眼于某一個(gè)典型區(qū)(如鄱陽(yáng)湖區(qū)),以公共衛(wèi)生安全和生物物種安全為視角,對(duì)區(qū)域內(nèi)禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)開展生態(tài)安全評(píng)價(jià),這有利于補(bǔ)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(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法研究目前處于探索階段,關(guān)鍵影響因素的科學(xué)確定,還需要從風(fēng)險(xiǎn)管理角度進(jìn)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(jī)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(dòng)力,以及野鳥與濕地、水稻種植、家禽之間病毒的傳播機(jī)制等[37,99- 102]。而實(shí)時(shí)建模給禽流感風(fēng)險(xiǎn)影響下的公共衛(wèi)生安全和生物物種安全帶來(lái)機(jī)遇也帶來(lái)挑戰(zhàn)。在建模過程中,通常需要廣泛借鑒生態(tài)安全評(píng)價(jià)的理論框架,目前國(guó)內(nèi)外常用的理論模型有國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)提出的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型(PSR, 1994)、聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)(UNCSD)在此基礎(chǔ)上提出“驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型(Driving force-State-Response, DSR, 1996)、以及歐洲環(huán)境署在PSR基礎(chǔ)上增加“驅(qū)動(dòng)力”(Driving force)和“影響”(Impact)兩類指標(biāo),發(fā)展成為“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”模型(DPSIR)等,其中以PSR模型應(yīng)用最為廣泛。這些模型框架為禽流感的生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供了理論基礎(chǔ),再結(jié)合禽流感風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的具體方法,如系統(tǒng)發(fā)育分析[103]、貝葉斯分析[104]、增強(qiáng)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(píng)價(jià)帶來(lái)可能。

總之,禽流感的發(fā)生關(guān)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(duì)基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)將成為主要方向與研究趨勢(shì)之一,也是當(dāng)下研究的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。未來(lái),需要加強(qiáng)探索如何建立數(shù)據(jù)庫(kù)？構(gòu)建何種模型？采用什么樣的評(píng)價(jià)方法？要達(dá)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(shí),還需要對(duì)禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法與生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行一系列的篩選和整合,及時(shí)建立高效、適用的基于禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法。