东北虎豹国家公园野生动物口蹄疫空间风险评估

孟庆礼，黄利亚

（1. 长白山自然保护管理中心，吉林 安图 133613；2. 长白山科学研究院，吉林 延边 133613）

口蹄疫是由小RNA 病毒科（Picornaviridae）口疮病毒属的口蹄疫病毒（Foot-and-mouth disease virus，FMDV）引起的急性传染病，可感染包括牛、鹿、猪、山羊和羚羊在内的多种偶蹄类动物，对野生动物种群的生态健康造成了一定威胁。由于口蹄疫是一种高度接触性传染病，在物种间传播速度快、传播途径多、并且具有较强的变异性，导致其一度在全球范围广泛流行。与东北虎豹国家公园东南部相毗邻的朝鲜，曾在全国范围内暴发口蹄疫疫情，因此东北虎豹国家公园对口蹄疫的风险评估与防控极为必要。由于国家公园内自然环境和气候条件多样，景观多样性较高，因此如何实现口蹄疫的精准防控，已经成为现阶段亟待解决的问题之一。

1 材料与方法

1.1 FMDV 分布数据的收集和处理FMDV 病例的地理位点数据，在NCBI、CNKI 以及OIE（世界动物卫生组织）中分别检索“Foot-and-mouth disease virus”、“口蹄疫”，追踪相关文献及口蹄疫疾病报告。排除无法确定地理坐标和重复数据。共收集到97个分布点。

1.2 环境数据收集和处理环境数据来源于“野生动物疫源疫病研究平台”数据库，从中获取高分辨率气候数据，空间分辨率为30arc-seconds 1 km。所使用的67个环境变量分别为全年12个月的平均最低温度（Tmin1～12）、全年12个月的平均最高温度（Tmax1～12）、 全年12个月 的 平 均 温 度（Temp1～12）、全年12个月的降水量（Prec1～12）和19个生物气候变量（Bio1～19）。

1.3 环境数据筛选使用ArcGis 中Spatial Analyst工具提取97个分布点对应的环境属性值，并采用SPSS 22 软件对FMDV 的环境数据进行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）。根据主成分个数的选取原则，主成分的特征值是主要影响主成分大小的指标，如果特征值小于1，则表明该主成分的综合解释力度不足。本研究中选取特征值大于1 的主成分，并选择该主成分中载荷值大于0.95 的变量。通过上述准则对环境变量进行筛选，将筛选后得到的气象变量使用SPSS 22 软件进行共线性诊断，若依然存在多重共线性，则将筛选后得到的气象变量输入MaxEnt 模型中进行分析，依次剔除贡献率小于1、5、10、20 的环境变量，将筛选后得到的环境变量再次进行共线性诊断，直到VIF小于10，即可停止。本研究中投影坐标系为GCS_WGS_1984。

1.4 FMDV 风险分析方法使用MaxEnt 3.4.1 版 本（http://www.cs.princeton.edu/～schapire/maxent/），将采集的数据按测试集30%和训练集70%随机分组，选择刀切法来评估环境因子的贡献率，重复次数为3次；并采用ROC 曲线和AUC 值来评价MaxEnt 模型的精确度，运行得到FMDV 空间分布预测图。

2 结果与分析

2.1 环境变量确定及统计分析通过PCA（主成分分析法）共筛选得到9个相关性较大的变量进行MaxEnt 模型运算（见表1）。环境因子分为2 类，分别是温度相关和降水量相关的环境变量。

表1 相关性≥0.95 的环境变量

2.2 AUC 检测值及环境变量贡献率结果分析

（1）MaxEnt 模型检验预测 利用MaxEnt 最大熵模型多次建模，利用方差膨胀因子VIF 对环境因子进行检验，保证VIF＜10。经过多次运算，最终保留Temp6、Tmax5 以及Bio5 进行预测。MaxEnt 模型重复运算3次，最终得到的模型AUCtest 的平均值为0.919＞0.9，具有较高可信度（见图1）。

图1 MaxEnt 模拟预测口蹄疫的精度分析曲线

（2）各变量贡献率及单一因子分析 如表2所示，Temp6、Tmax5、Bio5 这3个环境变量对FMDV具有较大的贡献率，贡献率均在10%以上。其中，Temp6、Tmax5 均为温度变量，贡献率累积达到85.3%。

表2 MaxEnt 模型中环境变量相对贡献率分析

由响应曲线以及频数分布图可知，在6月平均温度为14℃左右时，口蹄疫发病率最高（图2-a）；在5月最高温度为28℃左右时，口蹄疫发病率最高（图2-b）；在最热月的最高温度为32℃左右时，口蹄疫发病率最高（图2-c）。

图2 -c Bio5 环境变量与口蹄疫关系反应曲线图

图2 -b Tmax5 环境变量与口蹄疫关系反应曲线图

图2 -a Temp6 环境变量与口蹄疫关系反应曲线图

2.4 东北虎豹公园FMDV风险分布分析由图3可以看出，虎豹公园中部及南部部分区域处于高风险水平（＞0.7，深黄色至红色区域）；西北部分地区处于中风险水平（0.5～0.7，淡黄色至黄色区域）；南部地区（珲春市南部）处于低风险水平（＜0.4，浅蓝色至蓝色区域）；西部边界部分地区、北部部分地区以及东北部分地区处于低风险水平（＜0.4，浅蓝色至蓝色区域）。

图3 虎豹公园口蹄疫疫情风险水平分布图

3 讨 论

本研究所用方法是采取PCA 法对环境因子进行筛选，在景观尺度上利用MaxEnt 等手段，将口蹄疫风险分布区环境选择机制与环境因素耦合起来，综合评估流行风险。

由主成分分析可知与口蹄疫分布相关的第一主成分为温度主成分。温度对FMDV 的发生均成正相关性。Temp6、Tmax5、Bio5 这3个环境变量对FMDV 影响最大。3个环境变量均与温度有关，其中，Tmax7、Tmax9 累计贡献率达到78.4%。由模型最终结果可得，口蹄疫分布主要与温度有关，且以温暖季节发病较多，这主要与野生动物在温暖季节行为活动比较频繁、患病动物接触密切以及口蹄疫具有较高的传染性有关。东北虎豹公园应全面掌握口蹄疫流行态势、分布规律，并根据风险评估制定针对性的口蹄疫防治计划，建立完善的综合防治措施与政策，并在国家公园内进行定期监测、分区防治以及生态健康综合治理，并重视对口蹄疫跨境传播的防治与监测，降低疫病的输入性风险。同时，国家公园应当加强对管理人员的技能培训，提高野生动物源疫病的防治水平，最终实现对口蹄疫有效控制的目标。