AIS Explorer干预影响应用：优化水生入侵物种预防策略的成本效益分析

《Biological Invasions》：AIS Explorer: Intervention Impact—an application for planning more cost-effective AIS prevention programs

本刊推荐：为解决水生入侵物种(AIS)防控资源分配难题，研究团队开发了集成于AIS Explorer平台的"干预影响"决策支持应用。该工具通过模拟斑马贻贝(Dreissena polymorpha)和石生星苔(Nitellopsis obtusa)的传播动态，量化比较船舶检查、热水净化和船民教育等干预措施的成本效益。案例研究表明，不同预算约束下最优策略存在显著差异，为制定数据驱动的AIS防控计划提供了创新解决方案。

　　

在全球淡水生态系统面临日益严重威胁的背景下，水生入侵物种(AIS)的传播正引发连锁式的生态灾难。休闲船只的陆地运输成为AIS在水体间传播的重要载体，一旦建立种群，其造成的生态影响往往具有破坏性且难以控制。尽管预防被公认为最经济有效的管理策略，但资源限制使得管理机构在决定采取何种管理行动及实施地点时面临巨大挑战。

美国明尼苏达州拥有高度连接的湖泊网络，超过80万艘注册船只在该州约1.2万个湖泊间移动，其中数百个已遭受一种或多种AIS侵染。该州每年向各县拨款1000万美元用于预防工作，但由于缺乏协调机制，各县采取了局部化且差异巨大的防控方法。管理者常常需要在保护未受侵染湖泊、控制已侵染湖泊的扩散，或两者兼顾之间做出艰难抉择。

为解决这一难题，明尼苏达大学水生入侵物种研究中心的研究团队开发了名为"干预影响"的创新应用，并集成至AIS Explorer在线规划平台。这项发表于《Biological Invasions》的研究展示了一种数据驱动的方法，可帮助管理者在不同环境、经济和管辖限制下，优化AIS预防策略的资源分配。

为开展这项研究，研究人员采用了多项关键技术方法：通过访谈19个县的AIS管理者收集了防控成本数据，建立了包含船舶移动和河流连接的多层网络模型，开发了模拟斑马贻贝和石生星苔传播的动态模型，并基于R Shiny和亚马逊云服务构建了交互式决策支持平台。研究还以明尼苏达州卡斯县为案例，模拟比较了九种不同预算分配方案下的防控效果。

研究结果揭示了不同干预策略的成本效益差异。通过成本分析发现，各县在AIS预防资金分配上存在显著差异，形成了六种不同的支出策略。船舶检查的平均每次成本为20.00美元，热水净化为362.01美元，而船民教育每次仅需0.40美元。这种成本差异直接影响着干预措施的可扩展性和可持续性。

案例研究结果凸显了船民教育的关键作用。在卡斯县的模拟中，将预算的50%分配给船民教育的方案（情景2）比仅分配5%的方案（情景1）预防了更多的斑马贻贝和石生星苔新侵染。当船民教育有效性从56%降至20%时，所有情景的新侵染数量都显著增加，表明该干预措施对整体防控效果具有决定性影响。

相比之下，热水净化措施的影响相对有限。情景2（无热水净化）和情景3（20%预算用于热水净化）在新侵染预防数量上相当。即使将热水净化有效性提高至100%，也未观察到与平均有效性情况的显著差异。这表明对于目标物种而言，该干预的边际效益可能较低。

Intervention Impact应用的性能表现令人印象深刻。自2023年8月上线至2024年8月，该平台已接待约2300名访客，生成了95份管理情景报告。平均情景提交到电子邮件报告生成的时间仅为9分9秒，体现了系统的高效性。

该研究的创新之处在于首次将防控措施的成本和效益同时纳入AIS预防规划考量。通过模拟不同干预组合的效果，工具揭示了在资源有限条件下必须面对的战略权衡。特别是船民教育表现出优异的成本效益比，这对预算有限的小规模管辖区具有重要指导意义。

研究的讨论部分强调，Intervention Impact作为一个环境决策支持系统(EDSS)，遵循了保护生物学工具的最佳实践准则，能够帮助管理者应对未来不确定性、确定行动地点、选择适当措施、优化资源利用及评估行动效果。该工具通过将复杂的数据驱动建模方法转化为实践者可用的形式，有效弥合了研究与管理的鸿沟。

然而，研究也指出模型结果的准确性高度依赖输入数据的质量和数量，且当前工具仅针对明尼苏达州的两种高风险AIS。未来扩展模型涵盖更多物种和地区将进一步增强其适用性。实地验证预测结果对于建立用户信任也至关重要。

这项研究的重要意义在于为AIS防控提供了从经验决策向数据驱动决策转变的技术支撑。通过量化不同干预措施的成本效益，管理者能够制定更加科学合理的资源分配方案，从而提高防控效率，增强公众支持，并最终降低入侵风险。随着AIS威胁的持续加剧，这种创新性决策支持工具将在全球水生生态系统保护中发挥越来越重要的作用。