生物灾害管理理论研究与生物灾害精确管理 生物灾害

　　摘要总结了生物灾害管理理论的研究进展，包括其主要理论、标准化原理、模式、理念、策略等内容，介绍了生物灾害精量管理的基本原理、措施、实现途径等，以供参考。 　　关键词生物灾害；管理；理论研究；精确管理
　　中图分类号X43文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）03-0020-04
　　
　　传统的“生物灾害”定义为：由活的生物体暴露于微生物和有毒物质所造成的灾害。显然这个定义是从灾害的受体角度来定义的。根据灾害学对灾害的定义原则，“生物灾害”应该从灾害源的角度，并参考生态学内涵来进行定义，这样可以避免歧义。2008年，笔者据此对“生物灾害”进行了定义：少数生物偶然抢占生态位，导致原有生物种群之间的共生、竞争、协同等平衡关系遭到破坏，超出了生态系统自身恢复能力，导致人员、财产、环境等产生损失。这样传统的“生物灾害”就被分解成了2个部分：“暴露于微生物”造成的灾害属于新的“生物灾害”中的病害，“暴露于有毒物质”属于“环境污染”或其他灾害产生的有毒物质的侵害（如火山爆发、火灾、爆炸等）造成的次生灾害。但是，这种定义还有缺陷，没有突出人为因素引发的生物灾害。为此，笔者再次将其修改为：某种生物种群数量突然增加，导致其所在的生态系统失衡，并超出了该生态系统自身恢复能力，从而对人类的生产生活环境、财产甚至生命或健康造成损失。
　　生物灾害属于自然灾害，除了具有一般自然灾害的共同点外，还具有生物性、周期性、突发性、扩散性、隐蔽性、区域性、社会性、可控制性等特点。生物灾害管理是一个有效组织协调可利用的一切资源应对生物灾害事件的过程[1]。其根本目的就是通过对生物灾害进行系统的监测和分析，进一步改善灾害应急管理周期中减灾、准备、响应和重建等方面的措施，以尽最大可能通过有效的组织协调，来保障生态安全，并将人员与经济财产损失降到最低程度。生物灾害管理必须根据有害生物生物学、生态学特性和不同生物灾害的特点，进行科学管理，因此生物灾害管理工作具有科学性、系统性、社会性、时间性、政策性、目标性、计划性、层次性等特点[2-3]。生物灾害管理活动是依据生物灾害发生客观规律、有关生物灾害的法律法规和其他有关规范性文件，对有害生物实施监测预报、检疫、预防和灾害治理等具体行为。它涉及社会生产生活的各方面，应遵循系统化、法制化、社会化、科学化等原则。
　　1生物灾害管理理论研究进展
　　人类在进行生物灾害防治的漫长过程中，逐渐懂得了有害生物的有害性不是绝对的道理，管理理论由“斗争”逐渐转变为科学管理，管理策略逐步完善，走出一条由有害生物的单一防治到综合防治、由综合防治再到灾害管理的发展历程。防灾理念实现了由“消灭”到危机管理、由危机管理向风险管理转变，管理方式由行业管理向公共管理转变，防灾措施由重救灾向重预防转变，防治策略由被动防治向分级管理、分类施策、分区治理转变。
　　1.1 生物灾害管理主要理论
　　（1）单一防治。完全依靠化学防治杀灭害虫（1940）。
　　（2）综合防治（IPC）。以互不矛盾的方式，应用一切适当的技术使害虫种群减少到经济受害允许水平之下，并维持这个低水平的害虫种群管理系统（1950/FAO，1965）。
　　（3）综合治理（IPM）。害虫综合治理是一个多学科的、偏重于生态学的，对害虫种群实施治理的管理方法。利用各种防治方法配合成为一个协调的害虫管理系统，在其实施过程中，害虫综合治理乃是多战术的战略，但是在这些战术中，要充分地利用自然防治因素，而只是在必需时，才用人工防治害虫（R．F．Smith ，1978）。
　　（4）全部种群治理（TPM）。主要是针对危害人畜的害虫，首先采用化学防治方法（或其他手段）将虫口密度压到最低限度，再释放不育雄虫，达到彻底消灭害虫的目的。
　　（5）大面积种群治理（AMP）。主张采用系统分析的方法测定多维的、动态的经济阈值，由此决定是否进行防治。一旦决定进行防治时，就尽量做到彻底消灭，使害虫数量减到最少。
　　（6）生态防治（EPC）。依据整体观点和经济生态学原则，选择种类单一或组合措施，不断改善和优化系统结构与功能，使其安全、健康、高效、低耗、稳定、持续，同时将害虫维持在经济阈值水平之下（1976/1998）。
　　（7）工程治理。对危害严重、发生普遍或危险性大的病虫害，采取有效技术手段和工程项目管理办法，有计划、有步骤、有重点地实行预防为主、综合治理，对病虫害进行生产全过程管理，把病虫灾害损失减少到最低水平，实现持续控灾的一种病虫害管理方式（国家林业局,1997）。
　　（8）可持续治理（SPM）。从生态系统的整体功能出发，在充分了解生态系统结构与功能的基础上，加强生物防治、抗性品种应用和有害生物与天敌动态监测，综合使用各种生态调控手段，通过综合、优化、设计和实施，将有害生物防治与其他措施融为一体，对生态系统及其有害生物―天敌关系进行合理的调节，变对抗为利用，变控制为调节，以充分发挥系统内各种生物资源的作用，使农林业生产得以持续发展（骆有庆，1990）。
　　（9）害虫管理系统工程。根据害虫与作物之间的关系、昆虫物种之间的关系，结合管理措施的综合影响关系，应用系统工程原理与方法对害虫实施控制[4]。
　　（10）生态系统管理（ecosystem management）。生态系统方法（ecosystem management task）：一种维持或恢复自然生态系统和它们功能及价值的方法（IEMTF，1995）。生态系统管理：是一种物理、化学和生物学过程的控制，它们将生物体与它们的非生命环境部分及人为活动的调节连接在一起，以创造一个理想的生态系统（CEM，1996）。
　　（11）精准施药（precision medicine）。始于20世纪90年代。农药精确使用：定时、定量、定点施药[5]。在进行药物治理时，尽量选用只对靶标生物有作用的药物，或尽量选择只对靶标生物有作用的施药方式。这样的药物治理方式对非靶标生物和环境扰动小，有利于施药后生态系统快速恢复健康[6]。
　　（12）生态健康（ecology health）。始于20世纪80年代，是指人与环境关系的健康，是测度人的生产、生活环境及其赖以生存的生命支持系统的代谢过程和服务功能完好程度的系统指标，包括人体和人群的生理和心理生态健康，人居物理环境、生物环境和代谢环境的健康，以及产业和区域生态服务功能的健康（王如松，2005）。森林健康（forest health）：森林健康是指森林生态系统具有稳定和谐的森林结构，较强的抗灾能力，并能为人类提供较多的生态服务功能和森林物质产品[7]。森林保健：使森林具有较好的自我调节并保持其系统稳定性的能力，从而使其最大的、最充分地持续发挥其经济、生态和社会效益的作用（1987/1992）。
　　（13）生物管理（BC）。广义的生物管理概念：根据研究对象的生物学特性和生态学特性，运用生态健康原理，采用生态学和管理学手段，使研究对象和谐地融入生态系统中去，使生态系统保持健康状态，或促进生态系统恢复健康。狭义的生物管理概念只是针对人工生态系统而言的，即biology management：根据经营对象的生物学特性和生态学特性，运用生态健康原理，采用生态学和管理学手段，使经营对象和谐地融入生态系统中去，达到一定的经营目标[8]。
　　（14）“双精”管理（2P）。通过对生态系统健康状况进行实时监测，运用先进的预测技术，对生态系统健康状况进行精准预测预报，对生态系统实施精确管理，维护或恢复生态系统健康[9]。
　　（15）生物灾害管理（biological disaster management）。灾害管理理论始于20世纪70年代。生物灾害管理是一个有效组织协调可利用的一切资源，应对生物灾害事件的过程。其根本目的就是通过对生物灾害进行系统的监测和分析，采取GCSP 管理策略和双精管理技术，进一步改善灾害应急管理周期中减灾、准备、响应和重建等方面的措施，以尽最大可能通过有效的组织协调，来保障生态安全，并将经济财产损失降到最低程度。具体内容包括监测预警、检疫御灾、应急救灾，灾害发生前的各种计划、物资资金准备等备灾措施，灾害发生后的救灾工作和灾后恢复工作，以及避免和减少灾害发生的促进生态健康措施[10]。
　　1.2生物灾害管理标准化的原理
　　生物灾害管理标准化是对生物管理活动中实际与潜在的问题做出统一规定，以获得最佳的管理活动秩序，提高生物灾害管理水平和技术水平，促进并维护生态健康。生物灾害管理标准化除了应遵循一般标准化原理外，还应遵循灾害性原理、生物性原理、技术强制性原理和安全性原理[11-14]。
　　（1）灾害性原理。生物灾害属于自然灾害，其管理必须遵循灾害的发生发展规律。基于生物灾害的突发性，生物灾害管理按照GCSP策略，根据生态学原理和生态健康理论，事先制定相应的应急预案和标准化技术措施，当生物灾害发生时，按照应急预案组织救灾和标准的技术措施进行灾害预防与治理（应急性）。基于生物灾害的可监测预测、可控制性，生物灾害管理要采取积极的预防措施，防止生物灾害发生。生物灾害管理标准化，要对生物灾害的监测、预警、检疫、治理等技术标准化，及时推广先进的预防与治理技术，规范生物灾害管理行为，实现及时预警，快速响应，高效救治（预防性）。生物灾害治理结束后，要及时进行评估，总结经验教训，尤其是要对其中的组织指挥、技术规划设计的过失予以追溯，有必要时要追究责任人的法律责任[15]。这就使得生物灾害管理活动要标准化，才有可参照的标准，才能对整个管理活动予以客观的评价。这个过程也是一个学习的过程，通过评估、追溯、学习，不断提高生物灾害管理的管理水平和技术水平（追溯性）。
　　（2）生物性原理。生物灾害管理对象是生物，其生长受自然因素的影响，演变依赖于自然条件，并且存在明显的生长周期，种类分布具有明显的区域性。因此，生物灾害管理标准化就要在诸多影响有害生物生活的环境因子中，区分可操控因子和不可操控因子、稳定因子和不稳定性因子、安全性因子和不安全性因子，在可适用性范围内，因地因时制宜，选择安全、稳定、可操控的因子对其实施科学控制，及时将其抑制在可允许的阈值范围内，恢复并维持生态系统的健康。
　　（3）技术强制原理。生物灾害管理是一项技术性、法制性很强的活动，在生物灾害管理活动中，没有先进可靠的技术标准和相关法律法规支撑，仅凭少数个人主观经验进行灾害救治，往往会贻误最佳救治关键期，造成不必要的损失。此外，国际化的标准技术措施，还会消除贸易技术壁垒，促进国际贸易的发展。技术强制，就是要对生物灾害管理活动中关键技术进行强制性规定，对监测预警方法、指标、监测网络等予以统一规定，采取同样的技术指标，建立监测预警模型，实现监测预警信息全球无缝共享。全球使用统一、先进的检疫技术、检疫程序，建立标准的检疫网络，及时有效地拦截有害生物入侵，并消除技术贸易壁垒。对生物灾害关键控制因子和控制技术、治理程序等标准化，使得生物灾害治理规范化，提高生物灾害救治效率。建立标准的灾害评估标准，对生物灾害管理活动进行科学客观的评估，不断改进生物灾害管理方法，促进生物灾害科学发展。
　　（4）安全原理。生物灾害管理的目的，在于保障生物安全和生态安全，维护人类生命健康安全和财产安全。因此，生物灾害管理标准化，一方面要推广先进的灾害预防与救治技术，提高防治水平，防止生物灾害发生，或者及时进行治理，最大限度地减少损失。另一方面，要开发先进技术，既能保证预防与治理的高效性，又要对生态、人类生命财产不产生危害。这就要求研发、推广使用先进的施药技术和高效、低毒、低残留药物或生物药剂，或者开发新的生态管理技术，促进并维护生态系统健康。
　　1.3生物灾害管理模式
　　模式是某种事物的标准性形式或固定格式，管理模式的定义是从特定的管理理念出发，在管理过程中固化下来的一套操作系统。可以用公式表述为：
　　管理模式=管理理念+管理系统+管理方法
　　生物灾害的管理模式可以表达为：
　　BDM=f（EH）+f（BDMS）+f（GCSP，2P，…）
　　其中，EH为生物灾害管理理念，即生态健康；BDMS为生物灾害管理系统，包括生物灾害管理组织机构、法律法规、物资设备等；GCSP、2P为管理方法，包括管理策略、技术措施等。
　　1.4生物灾害管理的理念
　　生物灾害管理的理念为生态健康，生态系统是一个庞大复杂的有机体，生态健康是指生态系统具有稳定和谐的组织结构、较强的活力和恢复力、畅通的生态流，对相邻的系统没有侵害作用。显然，健康的生态系统是一个理想状态，人类作为生态系统的一个子系统，主动介入生态健康管理，就是要维护生态系统的健康。生态健康管理，就是为了维护或促进生态系统的健康而采取的措施，生态健康管理的目的是增强维持系统稳定性与和谐性，提高生态系统抗逆能力，除去或避免系统中或系统外危害生态健康的因素，创建有利于生态健康的良好环境条件。生态健康管理的主要内容包括：健康监测、维护健康、增进健康等。
　　1.5生物灾害管理的策略
　　生物灾害管理的策略为GCSP管理，是分级管理、分类管理、分区管理、分期管理的缩写，主要是针对生物灾害的不同发生特点，采取不同的应对策略。
　　（1）分级管理。根据生物灾害源的危险性或灾害的危害程度，将生物灾害或有害生物划分等级，按照等级，启动相应的应急预案，进行灾害管理。国家突发事件危机分级管理主要是针对火灾、地震、气象等突发灾害制定的。生物灾害不同于上述灾害，生物灾害的分级管理与其他灾害分级管理有所不同，可采取2种分级方案：一是按照灾害严重程度――生物灾害危害程度分级。Ⅰ级为高度危险检疫性有害生物（highly risky quarantine pest）；Ⅱ级为一般检疫性有害生物（risky quarantine pest）；Ⅲ级为限定的非检疫性有害生物（regulated non-quarantine pest）；Ⅳ级为非限定性有害生物（non-regulated pest）。按照分级结果，启动相应预案。二是按照灾害源的可控制性、发展态势――有害生物危险性分级。Ⅰ级为造成生态、经济危害巨大，并直接危及人类生命安全或直接危害大范围人类健康的；或高度危险检疫性有害生物在省际间连片大面积暴发；Ⅱ级为造成生态、经济危害巨大，并直接危害局部人类健康的；检疫性有害生物连片大面积暴发；Ⅲ级为造成生态、经济危害巨大；或一般有害生物在县际间连片大面积暴发；Ⅳ级为一般有害生物在县内连片大面积暴发。对有害生物进行风险分析，按照分析结果进行分级。根据分级结果，对不同级别的有害生物，采取不同的管理措施。如Ⅰ级有害生物由国家监管，一旦发现，立即铲除；Ⅱ级由省级监控，一旦发现新疫点，限期拔除。
　　（2）分类管理。按照有害生物种类、危害对象的不同，对生物灾害进行分类，采取不同的管理措施。对于不同的灾害源，根据不同灾害源的特点，采取不同的技术措施进行防治。对于不同经营目的、权属的灾害受体遭受生物灾害，其管理措施、管理责任也不尽相同。例如林业生物灾害治理，由森林的经济效益或生态效益的可确定受益者承担，而森林的生态效益的受益对象难以明确时，林业生物灾害防治责任主要由政府承担；对于成片大面积暴发的林业生物灾害或Ⅰ、Ⅱ级林业生物灾害发生时，由政府承担治理责任[16]。
　　（3）分区管理。一是自然区域。生物灾害的区域性特点，决定了不同区域的生物灾害，其发生发展特点都不会相同。根据自然区划和生物灾害分布状况、发生特点与规律，进行生物灾害发生区域区划，根据发生区的灾害特点，采取相应的管理措施。二是行政区域。所有的灾害管理措施，最终都将以行政区划为管理单位进行落实，因此灾害发生区的区划，应该结合行政区划进行。
　　（4）分期管理。生物灾害发生发展，常遵循一个特定的生命周期。生物灾害不同的发生发展周期，采取不同的应对管理措施。根据生物灾害可能造成的威胁、实际灾害已经发生、危害逐步减弱与生态系统恢复3个阶段，可将生物灾害事件总体上划分为预防期、预警期、暴发期、缓解期、善后期（表1）。当然，生物灾害发生发展过程复杂多变，各个阶段之间的划分不一定十分明显，而且有时还会相互交织、循环往复，因此要根据具体灾害发展生命周期，确定相应的管理措施，尽快恢复生态系统健康，尽量减少灾害损失。
　　2生物灾害精确管理
　　生物灾害精确管理理论，源于张国庆的生物灾害“双精”管理理论。所谓“双精”管理（2P），就是精密监测与精确管理，精密监测就是对生态系统进行紧密的监测与准确的预测，精确管理就是对生态系统进行精确的管理，促进并维护生态系统健康。由此可见，“精密监测”属于“精确管理”，是“精确管理”的一部分，因此“‘双精’管理”应该修改为“精确管理”。即：生物灾害的精确管理，就是对生态系统实行实时监测，及时发现非健康生态系统，找出影响生态健康的因子，采取先进的生态管理措施，及时、快速地恢复“患病”生态系统的健康；对处在健康、亚健康状态的生态系统，采取合理的管理措施，维护并保持生态系统处在比较稳定的健康状态。也就是说，生物灾害的精确管理，不仅要克服被动防治和单种防治带来的弊端，更重要的是主动维护生态系统的健康。对生物灾害的防治，采取“防在关键点，治在要害处”策略，尽量减少防治给生态系统带来的扰动，把生物灾害造成的损失控制在允许的范围之内[17]。生物灾害精确管理的实质为：一是重在监测，对生态系统健康状况进行实时监测，发布精准预报。二是重在预防，维护健康状态生态系统的健康，使其保持在比较稳定的健康状态。三是对非健康的生态系统，采用先进的生物管理学技术，使其尽快恢复健康。这里的生物管理学技术，主要是指采取一定的管理措施，利用生态系统自身修复能力，使其恢复健康。在不得已的情况下，才采取人工干扰措施，促进其恢复健康。
　　2.1精确管理基本原理
　　生物灾害精确管理的理论基础是生态健康理论，精确管理策略是GCSP管理，其管理原理包括精密监测原理、精确治理原理和生物管理原理。
　　（1）精密监测。对生态系统进行连续的、实时的监测，通过对积累的数据进行分析，利用先进的数据分析手段，建立比较完备的、接近有害生物在自然条件下的生态模型（生活、发生发展等模型），利用这一模型，对有害生物未来的发生发展情况做出精确的预报。
　　（2）精确治理。利用精准预报结果，通过已经建立的、比较完备的、接近有害生物在自然条件下的生态模型（生活、发生发展模型），建立人工干扰模型，尽量使用生态系统自身修复能力使其恢复健康。在不得已的情况下，才选择比较合理的人工干扰手段（化学的、生物的、物理的等），对有害生物做出较为精确的干扰，使其危害降到允许的阈值内，并促进“患病”生态系统较快地恢复到健康状态。这种比较合理的人工干扰措施，是指对环境、对生态系统包括对其他生物的损害控制在允许的阈值内，并且能在较短的时间内自然修复，没有永久损害，对人类没有损害。这里的阈值，根据有害生物种类和危害对象的不同，分为经济损失阈值和生态承受能力阈值。
　　（3）生物管理。生物管理概念见1.1（13）。有害生物管理：以生态学理论为基础，运用生态健康原理，采用先进的生物管理学手段和有害生物调控技术与策略，对有害生物实施科学控制，维护生态系统的健康。
　　2.2精确管理措施
　　（1）时间管理。生物灾害的时间管理，就是利用生物的生长发育与时间密切相关的特性（时间性），加强对承灾体（作物、林木、牲畜、人类等）的培育与保护，提高承灾体的健康水平和抗性，加强对灾害源（有害生物）实施调控，将其对承灾体的危害控制在允许的阈值内。生物灾害的时间管理关键是开展生物灾害精密监测，准确找出防治关键期，在防治关键期内，采取有效措施，控制有害生物的快速增殖，防止生物灾害的发生[18]。生物灾害的时间管理措施最常见的就是研制防治历，按照防治历实施生物灾害管理。
　　（2）空间管理。生物灾害的空间管理，就是利用有害生物的生长发育与空间密切相关的特性（空间性），采取一定的技术措施，创造有利于承灾体（作物、林木、牲畜、人类等）生长发育的环境，消除对有害生物生长发育有利的空间环境，从而实现对生物灾害的有效控制。在宏观上，即在大跨度空间范围内，采取检疫措施，阻止有害生物入侵、蔓延；在中等尺度空间上，加强生物灾害监测，及时发现，及时防治；在小尺度的微观上，通过微生态环境的调控，实现对有害生物的控制，如适度密植控制杂草生长，混交趋避树种提高林分抗性，或者调控温湿度使有害生物不能正常发育，或者释放信息素干扰有害生物性行为或集散行为等。
　　（3）生理调控。采取物理的、化学的或生物措施，对承灾体（作物、林木、牲畜、人类）或灾害源（有害生物）的生理活动实施调控，提高承灾体的抗性水平，或者使有害生物不能正常发育、不造成危害或者使其死亡。生理调控的理论依据是生物的生理有序性。生理有序是指生物机体的内部组织依靠功能上的协调作用，实现机体内部的物质、能量及信息的有序交流，共同促进机体的有序化进程。生理有序的发展表现为机体的内部组织越来越精细，分工越来越明确，协调性越来越好，物质、能量及信息的利用率越来越高，对环境的适应能力越来越强。从总体上讲，生理有序可使生物有效地适应现有的环境，其特点是内部运动、外部静止。生物灾害的生理调控就是促进承灾体的生理有序化，破坏有害生物的生理有序。
　　（4）生态调控。通过环境管理改善生态环境，提高生态健康水平，通过合理的农业措施、林业措施，协调农业生态系统、森林生态系统结构与功能的优化，从而达到控制有害生物、保护生境的目的[19-20]。
　　（5）精准施药。在进行药物治理时，尽量选用只对靶标生物起作用的药物，或尽量选择只对靶标生物起作用的施药方式。这样的药物治理方式对非靶标生物和环境扰动小，有利于施药后生态系统快速恢复健康。其实，精准施药也是属于精确治理的范畴。
　　由于有害生物的生长发育时间性、空间性是不可分割的，同时伴随着复杂的生理活动，并表现出复杂的生态特性。因此，各个精确治理不是孤立的，而是相互渗透的，在进行时间管理时不能离开空间管理，同时还需要使用到生理、生态调控措施，甚至可能还需要用到精准施药技术，空间管理亦然。同样，在使用生理调控措施时，可能同时涉及到生态调控与精准施药技术。
　　2.3精确管理的实现途径
　　“双精”管理关键是通过先进的手段，进行实时监测；通过长期数据积累，建立准确的预报模型和人工干扰模型，进行准确预报和人工干扰模拟；采用先进的生物管理技术，实现有害生物科学管理。
　　（1）运用现代技术，进行实时监测。利用3S、实时溯源系统等现代信息技术相结合，建立有害生物监测和预警体系[21]。以信息技术和生态、化学技术为依托，结合常规抽样和调查技术，研究重大有害生物的中长期测报和短期准确预报技术，提高预警水平和御灾决策能力。
　　（2）通过长期数据积累，建立准确的有害生物生态学模型。仿照气象部门的做法，制定长远的工作计划，完善监测工作的组织与监督制度，规范外业数据采集与上报行为，确（下转第26页）
　　（上接第23页）
　　保监测数据准确、规范，通过长期数据积累，建立准确的有害生物生态学模型。
　　（3）采取先进的生物管理技术，维护生态系统健康[22-24]。生物灾害管理，重在促进和维护生态系统的健康，其次是实时发现非健康的生态系统，并及时采取必要的管理措施，使其尽快恢复健康：加强生态监管，确保生态系统处于健康状态；及时掌握生态系统健康状况，促进亚健康状态的生态系统恢复健康；利用生态系统的自我补偿能力，实现有害生物精确管理；必要时，采用先进的人工干扰技术，及时恢复生态系统健康；加强检疫管理，防止有害生物通过人为方式扩散。
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