馬鈴薯壞疽病菌在中國的適生區預測及其風險性評估

姜紅霞，楊成德，蒲崇建，陳秀蓉*，尚勛武

（1.甘肅農業大學農學院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省植保植檢站，甘肅 蘭州730020；3.甘肅農業大學草業學院 草業生態系統教育部重點實驗室 甘肅省草業工程實驗室 中－美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州730070）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）是我國主要的糧食作物之一，又是重要的飼料和工業原料，在醫療上還具有廣泛的藥理學活性，如抗菌、抗病毒、抗原蟲、抗炎、抗腫瘤、強心、抗膽堿酯酶等［1］；已遍及全國各個省、自治區和直轄市，可單種，也可以套種，不同栽培方式影響馬鈴薯產量［2］。目前，我國已成為世界最大的馬鈴薯種植國［3］。隨著耕地面積的減少，水資源短缺壓力日益增加，大宗糧食作物效益降低以及膳食結構改變，馬鈴薯對保障我國糧食安全的重要性日益凸顯。

馬鈴薯壞疽?。≒homa foveata）是進境檢疫性有害生物，在歐洲、北非、南美和大洋洲等多個洲均有發生［4-6］，其主要危害對象為馬鈴薯，也可以危害藜屬（Chenopodium）的一些植物［7］，是馬鈴薯貯藏期重要病害［8-9］。據報道［10］，在歐洲冷涼地區，馬鈴薯貯藏期干腐?。‵usarium spp.）發病率逐漸下降，壞疽病發病率卻不斷上升。此病在我國已有報道，并對其病原鑒定及生物學特性進行了研究［11］，但對其發生分布尚無調查和分析。近年來，我國馬鈴薯產業快速發展，國內外種薯和其他薯產品流通日益頻繁，該病害的發生危害對我國馬鈴薯生產和產業發展帶來了巨大威脅，進行其適生區預測及風險性評估，對加強疫情監測和檢疫管理，防止和阻截其擴散傳播，保障馬鈴薯產業可持續發展具有重要意義。

GARP（genetic algorithm for rule-set prediction）生態位模型是利用已有的物種分布資料和環境數據產生以生態位為基礎的物種生態需求，從而研究物種的潛在分布［12-13］，該模型近年來被廣泛地應用于外來入侵物種潛在分布區的預測。周國梁等［14］利用該生態模型預測了桔小實蠅（Bactrocera dorsalis）在中國的適生區域；李紅梅等［15］預測了日本松干蚧（Matsucoccus matsumurae）在中國的潛在地理分布；還有學者對其他檢疫性害蟲［16-18］及雜草［19］在中國的適生區進行了預測。本研究結合馬鈴薯壞疽病菌（Phoma foveata）在世界現有的分布數據和相關生態環境數據，利用基于遺傳算法的GARP生態位模型，對其在中國的適生區進行了預測，并分析其風險性，為控制該有害生物的入侵、制定有效的檢疫措施提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源及預測處理

本研究所采用的Desktop GARP 1.1.6版從http：／／www.nhm.ku.edu／desktopgarp／Download.html免費下載；從全球生物多樣性信息交換所GBIF數據庫（http：／／www.Gbif.org／）中收集了馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內的分布信息，整理去除相同的經緯度記錄；環境層數據集采用GARP官方網站上下載的14個環境變量，分別為地面霜凍頻率、坡向、海拔、坡度、年降水量、太陽輻射、極端低溫、年均溫、極端高溫、雨日頻率、日蒸發量、累積通量、通量流向和地形指數等環境因子，均為1961—1990年的平均值，所有環境變量的空間分辨率為0.1度。在建模數據中隨機選取67%作為訓練數據，剩余數據作為檢驗數據，每次任務重復1000次或其精度達到0.01為止，運行10次，使用最優模型選擇程序，最后得到10個最優模擬結果［20］。將最優結果在ArcGIS疊加后得到一個綜合的物種潛在概率分布圖；從國家基礎地理信息系統（http：／／nfgis.nsdi.gov.cn）下載獲得1∶4000000的中國地圖作為分布分析的底圖；利用ArcGIS的地圖計算功能，去除中國以外的分布，并將最佳模型的模擬結果進行投影，最后確定馬鈴薯壞疽病菌在中國的適生區。

1.2 風險性分析

馬鈴薯壞疽病菌在中國的風險分析參考范京安和趙學謙［21］的方法，共設5個1級指標及13個2級指標建立風險評估體系。1級指標權重值參考文獻［22］，并結合馬鈴薯壞疽病菌的檢疫及控制等實際情況賦予權重值；2級安全性評價指標依據馬鈴薯壞疽病菌的生物學特性、寄主數量、種植面積、控制效果及分布等賦值，取值在［0，1］區間，分為5級，依次為0，0.25，0.50，0.75和1.00。

馬鈴薯壞疽病菌的風險分析中5個1級指標分別為潛在危險性、移殖與建立種群的可能性、寄主的經濟重要性、國內現有分布的廣泛性和檢疫管理的難易性，其權重值參考文獻［22］設置，但由于馬鈴薯在中國已成為第四大類作物，因此將“寄主的經濟重要性”權重值增加0.06，此0.06從潛在危險性、移殖與建立種群的可能性和國內現有分布的廣泛性中分別扣除0.02，即5個1級指標權重值依次為0.216，0.435，0.144，0.149和0.056。潛在危險性分潛在的經濟危害性、是否為傳播媒介和各國重視程度3個2級指標，權重值依次為0.730，0.190和0.080；移殖與建立種群的可能性分運輸中的存活率、國內潛在適生分布范圍、傳播方式、國外分布情況和截獲頻次5個2級指標，權重值分別為0.276，0.458，0.145，0.070和0.049；寄主的經濟重要性分受害植物種類和受害寄主種植面積2個2級指標，權重值分別為0.330和0.670；檢疫管理的難易性分檢驗鑒定的難易、除害處理的難易和根除的難易3個2級指標，權重值分別為0.105，0.637和0.258。

馬鈴薯壞疽病菌風險分析中各指標隸屬度根據文獻報道的該有害生物的生物學特性等確定。嚴重受害的種薯種植可使產量降低20%，人工接種可造成60%損失［7］，因此，潛在的經濟危害性（按產量或質量損失計）隸屬度為1；沒有文獻報道馬鈴薯壞疽病菌可以傳播其他病原，因此是否為傳播媒介隸屬度為0；歐洲及地中海地區植物保護組織（EPPO）將該生物列為A2類檢疫對象，該組織有成員國50個，因此各國重視程度（以被列為檢疫對象的國家數定）隸屬度為1；馬鈴薯壞疽病菌在馬鈴薯塊莖上可長時間存活，因此運輸中的存活率隸屬度為1；根據馬鈴薯壞疽病菌適生區預測，在國內適生區面積大于種植區20%，但小于50%，因此，國內潛在適生分布范圍（按占國內栽培寄主分布面積的百分數計）隸屬度為0.75；馬鈴薯壞疽病菌主要引起塊莖腐爛，地上部分只在后期于莖稈上形成分生孢子，通過種薯、土壤或耕作等傳播，因此傳播方式隸屬度為0.5；據資料顯示［6］約有20多個國家或地區分布有馬鈴薯壞疽病菌，因此，國外分布情況（按分布國占世界國家的百分數計）隸屬度為0.5；中國沒有截獲馬鈴薯壞疽病的相關報道，因此截獲頻次隸屬度為0.25；馬鈴薯壞疽病菌以馬鈴薯為主要寄主［4，10］，因此受害植物種類（以糧、棉、油、果、菜、藥材及特殊經濟價值的作物種類計）隸屬度為0.5；中國馬鈴薯種植面積約500萬hm2，因此受害寄主種植面積隸屬度為1；馬鈴薯壞疽病只在甘肅省部分馬鈴薯種植區發生，因此國內現有分布的廣泛性（按占寄主分布面積的百分數計）隸屬度為1；馬鈴薯壞疽病菌通過病原形態或其他生化方法可鑒定［7，23］，因此檢驗鑒定的難易（按可靠的鑒定方法有無及難易定）隸屬度為0.25；常用殺菌劑均可較好地抑制馬鈴薯壞疽病菌［24-26］，因此除害處理的難易（按現有方法的除害率百分數計）隸屬度為0.5；馬鈴薯壞疽病菌在缺少寄主的情況下在土壤中可存活2年［5］，通過2～3年輪作可控制，因此根除的難易隸屬度為0.5。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯壞疽病菌在世界的潛在分布區

以已知分布點經緯度和14個環境變量資料為基礎，利用Desktop GARP和ArcGIS對馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內的適生區進行了評估，如圖1。從圖中可以看出馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內適生區較廣，在北美洲、南美洲、歐洲、非洲、亞洲及大洋洲均有適生區，且在歐洲及北美洲適生區面積較大，在其他洲適生區面積相對較小。

全球生物多樣性信息交換所GBIF數據庫資料顯示，馬鈴薯壞疽病菌在瑞典、英國、埃及、德國、荷蘭、波蘭、瑞士、澳大利亞、新西蘭、加拿大、西班牙和以色列等12個國家和34個地區有分布（表1），本研究所做世界范圍內馬鈴薯壞疽病菌適生區涵蓋了目前文獻報道的發生區，說明該預測方法可靠。

圖1 馬鈴薯壞疽病菌在全世界的適生區分布Fig.1 The distribution of P.foveata in world圖中黑色部分為馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內的適生區。The black area is the potential distributions of P.foveata in world.

2.2 馬鈴薯壞疽病菌在中國的潛在分布區

利用Desktop GARP和ArcGIS對馬鈴薯壞疽病菌在我國的適生區評估如圖2，在中國南部海南、廣東、廣西、江西和福建等少數省份沒有適生區，浙江、青海和西藏有零星分布的適生區，云南、貴州、四川、新疆、甘肅、寧夏、江蘇、安徽、湖北和湖南等省有較大面積適生區，內蒙古、陜西、山西、河南、河北、山東、北京、遼寧、吉林、黑龍江等省有大面積適生區。該結果表明，中國多個省份均有該菌的潛在分布區，東北三省及內蒙古等馬鈴薯大面積種植區的適生區面積較大，需密切關注該有害生物的入侵。預測結果也與甘肅省中部及南部有該病害的發生結果相一致。

圖2 馬鈴薯壞疽病菌在中國的適生區分布Fig.2 The distribution of P.foveata in China圖中紅色部分為馬鈴薯壞疽病菌在中國的適生區。The red area is the potential distributions of P.foveata in China.

2.3 馬鈴薯壞疽病菌風險分析

根據1級指標和2級指標的權重值及2級指標的隸屬度進行馬鈴薯壞疽病菌的風險計算：

馬鈴薯壞疽病菌在我國的綜合風險值為0.792，根據風險性評估值分級標準，認為該有害生物對我國馬鈴薯生產帶來的潛在危害性較大，需重點監測。

3 討論

GARP生態位模型從多維空間尺度上預測物種的分布，與CLMEX等傳統的生物氣候方法相比，GARP模型包含影響物種分布的多個分隔符變量圖層，不需要大量的物種生態生理資料［27］，具有更大的靈活性，其桌面版本Desktop Garp軟件自帶14個環境因子層，這些因子涉及影響生物分布的各個方面，且本研究預測結果與馬鈴薯壞疽病報道的已發生區域吻合［6，10］，因此，認為預測結果是可信的，該模型可以用于在不同的空間生態環境中預測各種物種的地理分布。

通過對馬鈴薯壞疽病菌在我國的適生性預測及其風險評估，表明馬鈴薯壞疽病如在我國傳播，將成為我國馬鈴薯生產中的重要病害，建議有關部門高度重視馬鈴薯壞疽病對馬鈴薯生產和產業發展的影響，加強風險管理，制定相關政策，嚴防馬鈴薯壞疽病擴散傳播；加強種薯生產和流通管理，開展種薯產地檢疫，建立馬鈴薯種薯無疫病生產基地。開展種薯市場檢疫檢查，對調運種薯流向進行嚴密監控，防止帶菌種薯上市銷售；加強檢疫知識的宣傳力度，提高群眾對馬鈴薯壞疽病等危險性有害生物的警惕性，及時上報疫情，防止人為因素導致疫情傳播擴散。

雖然歐洲、美洲等國對馬鈴薯壞疽病的癥狀［8-9］、病原［5，7-8，28］、發生規律［10］及防治［25-26，29］等方面報道較多，但亞洲各國未見相關報道，對馬鈴薯壞疽病生物學、監測、防治方法及檢疫措施等各方面的認識和研究還不夠深入和系統，針對我國各馬鈴薯主產省份馬鈴薯壞疽病風險評估時，部分評價指標值不能科學確定，因此，本研究未對馬鈴薯壞疽病在我國各馬鈴薯主產省份的綜合風險值進行逐一分析和評估，有待進一步研究后，再作深入探討。

有害生物風險性評估作為防止危險性有害生物入侵最有效的手段之一，需要大量可靠的基礎數據支撐。應加大對重大危險性有害生物科研攻關的力度，系統地收集疫情數據，建立疫情數據庫和科學的風險評估體系，定期對可能影響農業生產、生態環境和社會安全的有害生物開展分析與評估，提出相應的風險管理策略，真正做到“預防為主”。