姜紅霞，楊成德，蒲崇建，陳秀蓉*，尚勛武

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省植保植檢站，甘肅 蘭州730020；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室 中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州730070）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）是我國(guó)主要的糧食作物之一，又是重要的飼料和工業(yè)原料，在醫(yī)療上還具有廣泛的藥理學(xué)活性，如抗菌、抗病毒、抗原蟲(chóng)、抗炎、抗腫瘤、強(qiáng)心、抗膽堿酯酶等［1］；已遍及全國(guó)各個(gè)省、自治區(qū)和直轄市，可單種，也可以套種，不同栽培方式影響馬鈴薯產(chǎn)量［2］。目前，我國(guó)已成為世界最大的馬鈴薯種植國(guó)［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(jié)構(gòu)改變，馬鈴薯對(duì)保障我國(guó)糧食安全的重要性日益凸顯。

馬鈴薯壞疽病（Phoma foveata）是進(jìn)境檢疫性有害生物，在歐洲、北非、南美和大洋洲等多個(gè)洲均有發(fā)生［4-6］，其主要危害對(duì)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(jù)報(bào)道［10］，在歐洲冷涼地區(qū)，馬鈴薯貯藏期干腐?。‵usarium spp.）發(fā)病率逐漸下降，壞疽病發(fā)病率卻不斷上升。此病在我國(guó)已有報(bào)道，并對(duì)其病原鑒定及生物學(xué)特性進(jìn)行了研究［11］，但對(duì)其發(fā)生分布尚無(wú)調(diào)查和分析。近年來(lái)，我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外種薯和其他薯產(chǎn)品流通日益頻繁，該病害的發(fā)生危害對(duì)我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了巨大威脅，進(jìn)行其適生區(qū)預(yù)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估，對(duì)加強(qiáng)疫情監(jiān)測(cè)和檢疫管理，防止和阻截其擴(kuò)散傳播，保障馬鈴薯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

GARP（genetic algorithm for rule-set prediction）生態(tài)位模型是利用已有的物種分布資料和環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)生以生態(tài)位為基礎(chǔ)的物種生態(tài)需求，從而研究物種的潛在分布［12-13］，該模型近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于外來(lái)入侵物種潛在分布區(qū)的預(yù)測(cè)。周國(guó)梁等［14］利用該生態(tài)模型預(yù)測(cè)了桔小實(shí)蠅（Bactrocera dorsalis）在中國(guó)的適生區(qū)域；李紅梅等［15］預(yù)測(cè)了日本松干蚧（Matsucoccus matsumurae）在中國(guó)的潛在地理分布；還有學(xué)者對(duì)其他檢疫性害蟲(chóng)［16-18］及雜草［19］在中國(guó)的適生區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。本研究結(jié)合馬鈴薯壞疽病菌（Phoma foveata）在世界現(xiàn)有的分布數(shù)據(jù)和相關(guān)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，利用基于遺傳算法的GARP生態(tài)位模型，對(duì)其在中國(guó)的適生區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并分析其風(fēng)險(xiǎn)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(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)測(cè)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(fèi)下載；從全球生物多樣性信息交換所GBIF數(shù)據(jù)庫(kù)（http：／／www.Gbif.org／）中收集了馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內(nèi)的分布信息，整理去除相同的經(jīng)緯度記錄；環(huán)境層數(shù)據(jù)集采用GARP官方網(wǎng)站上下載的14個(gè)環(huán)境變量，分別為地面霜凍頻率、坡向、海拔、坡度、年降水量、太陽(yáng)輻射、極端低溫、年均溫、極端高溫、雨日頻率、日蒸發(fā)量、累積通量、通量流向和地形指數(shù)等環(huán)境因子，均為1961—1990年的平均值，所有環(huán)境變量的空間分辨率為0.1度。在建模數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取67%作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，每次任務(wù)重復(fù)1000次或其精度達(dá)到0.01為止，運(yùn)行10次，使用最優(yōu)模型選擇程序，最后得到10個(gè)最優(yōu)模擬結(jié)果［20］。將最優(yōu)結(jié)果在ArcGIS疊加后得到一個(gè)綜合的物種潛在概率分布圖；從國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)（http：／／nfgis.nsdi.gov.cn）下載獲得1∶4000000的中國(guó)地圖作為分布分析的底圖；利用ArcGIS的地圖計(jì)算功能，去除中國(guó)以外的分布，并將最佳模型的模擬結(jié)果進(jìn)行投影，最后確定馬鈴薯壞疽病菌在中國(guó)的適生區(qū)。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)性分析

馬鈴薯壞疽病菌在中國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)分析參考范京安和趙學(xué)謙［21］的方法，共設(shè)5個(gè)1級(jí)指標(biāo)及13個(gè)2級(jí)指標(biāo)建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。1級(jí)指標(biāo)權(quán)重值參考文獻(xiàn)［22］，并結(jié)合馬鈴薯壞疽病菌的檢疫及控制等實(shí)際情況賦予權(quán)重值；2級(jí)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)馬鈴薯壞疽病菌的生物學(xué)特性、寄主數(shù)量、種植面積、控制效果及分布等賦值，取值在［0，1］區(qū)間，分為5級(jí)，依次為0，0.25，0.50，0.75和1.00。

馬鈴薯壞疽病菌的風(fēng)險(xiǎn)分析中5個(gè)1級(jí)指標(biāo)分別為潛在危險(xiǎn)性、移殖與建立種群的可能性、寄主的經(jīng)濟(jì)重要性、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有分布的廣泛性和檢疫管理的難易性，其權(quán)重值參考文獻(xiàn)［22］設(shè)置，但由于馬鈴薯在中國(guó)已成為第四大類作物，因此將“寄主的經(jīng)濟(jì)重要性”權(quán)重值增加0.06，此0.06從潛在危險(xiǎn)性、移殖與建立種群的可能性和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有分布的廣泛性中分別扣除0.02，即5個(gè)1級(jí)指標(biāo)權(quán)重值依次為0.216，0.435，0.144，0.149和0.056。潛在危險(xiǎn)性分潛在的經(jīng)濟(jì)危害性、是否為傳播媒介和各國(guó)重視程度3個(gè)2級(jí)指標(biāo)，權(quán)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(yùn)輸中的存活率、國(guó)內(nèi)潛在適生分布范圍、傳播方式、國(guó)外分布情況和截獲頻次5個(gè)2級(jí)指標(biāo)，權(quán)重值分別為0.276，0.458，0.145，0.070和0.049；寄主的經(jīng)濟(jì)重要性分受害植物種類和受害寄主種植面積2個(gè)2級(jí)指標(biāo)，權(quán)重值分別為0.330和0.670；檢疫管理的難易性分檢驗(yàn)鑒定的難易、除害處理的難易和根除的難易3個(gè)2級(jí)指標(biāo)，權(quán)重值分別為0.105，0.637和0.258。

馬鈴薯壞疽病菌風(fēng)險(xiǎn)分析中各指標(biāo)隸屬度根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的該有害生物的生物學(xué)特性等確定。嚴(yán)重受害的種薯種植可使產(chǎn)量降低20%，人工接種可造成60%損失［7］，因此，潛在的經(jīng)濟(jì)危害性（按產(chǎn)量或質(zhì)量損失計(jì)）隸屬度為1；沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)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(qū)植物保護(hù)組織（EPPO）將該生物列為A2類檢疫對(duì)象，該組織有成員國(guó)50個(gè)，因此各國(guó)重視程度（以被列為檢疫對(duì)象的國(guó)家數(shù)定）隸屬度為1；馬鈴薯壞疽病菌在馬鈴薯塊莖上可長(zhǎng)時(shí)間存活，因此運(yùn)輸中的存活率隸屬度為1；根據(jù)馬鈴薯壞疽病菌適生區(qū)預(yù)測(cè)，在國(guó)內(nèi)適生區(qū)面積大于種植區(qū)20%，但小于50%，因此，國(guó)內(nèi)潛在適生分布范圍（按占國(guó)內(nèi)栽培寄主分布面積的百分?jǐn)?shù)計(jì)）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(guò)種薯、土壤或耕作等傳播，因此傳播方式隸屬度為0.5；據(jù)資料顯示［6］約有20多個(gè)國(guó)家或地區(qū)分布有馬鈴薯壞疽病菌，因此，國(guó)外分布情況（按分布國(guó)占世界國(guó)家的百分?jǐn)?shù)計(jì)）隸屬度為0.5；中國(guó)沒(méi)有截獲馬鈴薯壞疽病的相關(guān)報(bào)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(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物種類計(jì)）隸屬度為0.5；中國(guó)馬鈴薯種植面積約500萬(wàn)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(qū)發(fā)生，因此國(guó)內(nèi)現(xiàn)有分布的廣泛性（按占寄主分布面積的百分?jǐn)?shù)計(jì)）隸屬度為1；馬鈴薯壞疽病菌通過(guò)病原形態(tài)或其他生化方法可鑒定［7，23］，因此檢驗(yàn)鑒定的難易（按可靠的鑒定方法有無(wú)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(xiàn)有方法的除害率百分?jǐn)?shù)計(jì)）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(guò)2～3年輪作可控制，因此根除的難易隸屬度為0.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯壞疽病菌在世界的潛在分布區(qū)

以已知分布點(diǎn)經(jīng)緯度和14個(gè)環(huán)境變量資料為基礎(chǔ)，利用Desktop GARP和ArcGIS對(duì)馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內(nèi)的適生區(qū)進(jìn)行了評(píng)估，如圖1。從圖中可以看出馬鈴薯壞疽病菌在世界范圍內(nèi)適生區(qū)較廣，在北美洲、南美洲、歐洲、非洲、亞洲及大洋洲均有適生區(qū)，且在歐洲及北美洲適生區(qū)面積較大，在其他洲適生區(qū)面積相對(duì)較小。

全球生物多樣性信息交換所GBIF數(shù)據(jù)庫(kù)資料顯示，馬鈴薯壞疽病菌在瑞典、英國(guó)、埃及、德國(guó)、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(gè)國(guó)家和34個(gè)地區(qū)有分布（表1），本研究所做世界范圍內(nèi)馬鈴薯壞疽病菌適生區(qū)涵蓋了目前文獻(xiàn)報(bào)道的發(fā)生區(qū)，說(shuō)明該預(yù)測(cè)方法可靠。

圖1 馬鈴薯壞疽病菌在全世界的適生區(qū)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(nèi)的適生區(qū)。The black area is the potential distributions of P.foveata in world.

2.2 馬鈴薯壞疽病菌在中國(guó)的潛在分布區(qū)

利用Desktop GARP和ArcGIS對(duì)馬鈴薯壞疽病菌在我國(guó)的適生區(qū)評(píng)估如圖2，在中國(guó)南部海南、廣東、廣西、江西和福建等少數(shù)省份沒(méi)有適生區(qū)，浙江、青海和西藏有零星分布的適生區(qū)，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(qū)，內(nèi)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(qū)。該結(jié)果表明，中國(guó)多個(gè)省份均有該菌的潛在分布區(qū)，東北三省及內(nèi)蒙古等馬鈴薯大面積種植區(qū)的適生區(qū)面積較大，需密切關(guān)注該有害生物的入侵。預(yù)測(cè)結(jié)果也與甘肅省中部及南部有該病害的發(fā)生結(jié)果相一致。

圖2 馬鈴薯壞疽病菌在中國(guó)的適生區(qū)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(guó)的適生區(qū)。The red area is the potential distributions of P.foveata in China.

2.3 馬鈴薯壞疽病菌風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)1級(jí)指標(biāo)和2級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值及2級(jí)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行馬鈴薯壞疽病菌的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算：

馬鈴薯壞疽病菌在我國(guó)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值為0.792，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為該有害生物對(duì)我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)帶來(lái)的潛在危害性較大，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3 討論

GARP生態(tài)位模型從多維空間尺度上預(yù)測(cè)物種的分布，與CLMEX等傳統(tǒng)的生物氣候方法相比，GARP模型包含影響物種分布的多個(gè)分隔符變量圖層，不需要大量的物種生態(tài)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(gè)環(huán)境因子層，這些因子涉及影響生物分布的各個(gè)方面，且本研究預(yù)測(cè)結(jié)果與馬鈴薯壞疽病報(bào)道的已發(fā)生區(qū)域吻合［6，10］，因此，認(rèn)為預(yù)測(cè)結(jié)果是可信的，該模型可以用于在不同的空間生態(tài)環(huán)境中預(yù)測(cè)各種物種的地理分布。

通過(guò)對(duì)馬鈴薯壞疽病菌在我國(guó)的適生性預(yù)測(cè)及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，表明馬鈴薯壞疽病如在我國(guó)傳播，將成為我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)中的重要病害，建議有關(guān)部門(mén)高度重視馬鈴薯壞疽病對(duì)馬鈴薯生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理，制定相關(guān)政策，嚴(yán)防馬鈴薯壞疽病擴(kuò)散傳播；加強(qiáng)種薯生產(chǎn)和流通管理，開(kāi)展種薯產(chǎn)地檢疫，建立馬鈴薯種薯無(wú)疫病生產(chǎn)基地。開(kāi)展種薯市場(chǎng)檢疫檢查，對(duì)調(diào)運(yùn)種薯流向進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，防止帶菌種薯上市銷售；加強(qiáng)檢疫知識(shí)的宣傳力度，提高群眾對(duì)馬鈴薯壞疽病等危險(xiǎn)性有害生物的警惕性，及時(shí)上報(bào)疫情，防止人為因素導(dǎo)致疫情傳播擴(kuò)散。

雖然歐洲、美洲等國(guó)對(duì)馬鈴薯壞疽病的癥狀［8-9］、病原［5，7-8，28］、發(fā)生規(guī)律［10］及防治［25-26，29］等方面報(bào)道較多，但亞洲各國(guó)未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，對(duì)馬鈴薯壞疽病生物學(xué)、監(jiān)測(cè)、防治方法及檢疫措施等各方面的認(rèn)識(shí)和研究還不夠深入和系統(tǒng)，針對(duì)我國(guó)各馬鈴薯主產(chǎn)省份馬鈴薯壞疽病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，部分評(píng)價(jià)指標(biāo)值不能科學(xué)確定，因此，本研究未對(duì)馬鈴薯壞疽病在我國(guó)各馬鈴薯主產(chǎn)省份的綜合風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行逐一分析和評(píng)估，有待進(jìn)一步研究后，再作深入探討。

有害生物風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估作為防止危險(xiǎn)性有害生物入侵最有效的手段之一，需要大量可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。應(yīng)加大對(duì)重大危險(xiǎn)性有害生物科研攻關(guān)的力度，系統(tǒng)地收集疫情數(shù)據(jù)，建立疫情數(shù)據(jù)庫(kù)和科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，定期對(duì)可能影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)安全的有害生物開(kāi)展分析與評(píng)估，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理策略，真正做到“預(yù)防為主”。