马铃薯坏疽病菌在中国的适生区预测及其风险性评估

姜红霞，杨成德，蒲崇建，陈秀蓉*，尚勋武

（1.甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州730070；2.甘肃省植保植检站，甘肃 兰州730020；3.甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 甘肃省草业工程实验室 中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州730070）

马铃薯（Solanum tuberosum）是我国主要的粮食作物之一，又是重要的饲料和工业原料，在医疗上还具有广泛的药理学活性，如抗菌、抗病毒、抗原虫、抗炎、抗肿瘤、强心、抗胆碱酯酶等［1］；已遍及全国各个省、自治区和直辖市，可单种，也可以套种，不同栽培方式影响马铃薯产量［2］。目前，我国已成为世界最大的马铃薯种植国［3］。随着耕地面积的减少，水资源短缺压力日益增加，大宗粮食作物效益降低以及膳食结构改变，马铃薯对保障我国粮食安全的重要性日益凸显。

马铃薯坏疽病（Phoma foveata）是进境检疫性有害生物，在欧洲、北非、南美和大洋洲等多个洲均有发生［4-6］，其主要危害对象为马铃薯，也可以危害藜属（Chenopodium）的一些植物［7］，是马铃薯贮藏期重要病害［8-9］。据报道［10］，在欧洲冷凉地区，马铃薯贮藏期干腐病（Fusarium spp.）发病率逐渐下降，坏疽病发病率却不断上升。此病在我国已有报道，并对其病原鉴定及生物学特性进行了研究［11］，但对其发生分布尚无调查和分析。近年来，我国马铃薯产业快速发展，国内外种薯和其他薯产品流通日益频繁，该病害的发生危害对我国马铃薯生产和产业发展带来了巨大威胁，进行其适生区预测及风险性评估，对加强疫情监测和检疫管理，防止和阻截其扩散传播，保障马铃薯产业可持续发展具有重要意义。

GARP（genetic algorithm for rule-set prediction）生态位模型是利用已有的物种分布资料和环境数据产生以生态位为基础的物种生态需求，从而研究物种的潜在分布［12-13］，该模型近年来被广泛地应用于外来入侵物种潜在分布区的预测。周国梁等［14］利用该生态模型预测了桔小实蝇（Bactrocera dorsalis）在中国的适生区域；李红梅等［15］预测了日本松干蚧（Matsucoccus matsumurae）在中国的潜在地理分布；还有学者对其他检疫性害虫［16-18］及杂草［19］在中国的适生区进行了预测。本研究结合马铃薯坏疽病菌（Phoma foveata）在世界现有的分布数据和相关生态环境数据，利用基于遗传算法的GARP生态位模型，对其在中国的适生区进行了预测，并分析其风险性，为控制该有害生物的入侵、制定有效的检疫措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源及预测处理

本研究所采用的Desktop GARP 1.1.6版从http：／／www.nhm.ku.edu／desktopgarp／Download.html免费下载；从全球生物多样性信息交换所GBIF数据库（http：／／www.Gbif.org／）中收集了马铃薯坏疽病菌在世界范围内的分布信息，整理去除相同的经纬度记录；环境层数据集采用GARP官方网站上下载的14个环境变量，分别为地面霜冻频率、坡向、海拔、坡度、年降水量、太阳辐射、极端低温、年均温、极端高温、雨日频率、日蒸发量、累积通量、通量流向和地形指数等环境因子，均为1961—1990年的平均值，所有环境变量的空间分辨率为0.1度。在建模数据中随机选取67%作为训练数据，剩余数据作为检验数据，每次任务重复1000次或其精度达到0.01为止，运行10次，使用最优模型选择程序，最后得到10个最优模拟结果［20］。将最优结果在ArcGIS叠加后得到一个综合的物种潜在概率分布图；从国家基础地理信息系统（http：／／nfgis.nsdi.gov.cn）下载获得1∶4000000的中国地图作为分布分析的底图；利用ArcGIS的地图计算功能，去除中国以外的分布，并将最佳模型的模拟结果进行投影，最后确定马铃薯坏疽病菌在中国的适生区。

1.2 风险性分析

马铃薯坏疽病菌在中国的风险分析参考范京安和赵学谦［21］的方法，共设5个1级指标及13个2级指标建立风险评估体系。1级指标权重值参考文献［22］，并结合马铃薯坏疽病菌的检疫及控制等实际情况赋予权重值；2级安全性评价指标依据马铃薯坏疽病菌的生物学特性、寄主数量、种植面积、控制效果及分布等赋值，取值在［0，1］区间，分为5级，依次为0，0.25，0.50，0.75和1.00。

马铃薯坏疽病菌的风险分析中5个1级指标分别为潜在危险性、移殖与建立种群的可能性、寄主的经济重要性、国内现有分布的广泛性和检疫管理的难易性，其权重值参考文献［22］设置，但由于马铃薯在中国已成为第四大类作物，因此将“寄主的经济重要性”权重值增加0.06，此0.06从潜在危险性、移殖与建立种群的可能性和国内现有分布的广泛性中分别扣除0.02，即5个1级指标权重值依次为0.216，0.435，0.144，0.149和0.056。潜在危险性分潜在的经济危害性、是否为传播媒介和各国重视程度3个2级指标，权重值依次为0.730，0.190和0.080；移殖与建立种群的可能性分运输中的存活率、国内潜在适生分布范围、传播方式、国外分布情况和截获频次5个2级指标，权重值分别为0.276，0.458，0.145，0.070和0.049；寄主的经济重要性分受害植物种类和受害寄主种植面积2个2级指标，权重值分别为0.330和0.670；检疫管理的难易性分检验鉴定的难易、除害处理的难易和根除的难易3个2级指标，权重值分别为0.105，0.637和0.258。

马铃薯坏疽病菌风险分析中各指标隶属度根据文献报道的该有害生物的生物学特性等确定。严重受害的种薯种植可使产量降低20%，人工接种可造成60%损失［7］，因此，潜在的经济危害性（按产量或质量损失计）隶属度为1；没有文献报道马铃薯坏疽病菌可以传播其他病原，因此是否为传播媒介隶属度为0；欧洲及地中海地区植物保护组织（EPPO）将该生物列为A2类检疫对象，该组织有成员国50个，因此各国重视程度（以被列为检疫对象的国家数定）隶属度为1；马铃薯坏疽病菌在马铃薯块茎上可长时间存活，因此运输中的存活率隶属度为1；根据马铃薯坏疽病菌适生区预测，在国内适生区面积大于种植区20%，但小于50%，因此，国内潜在适生分布范围（按占国内栽培寄主分布面积的百分数计）隶属度为0.75；马铃薯坏疽病菌主要引起块茎腐烂，地上部分只在后期于茎秆上形成分生孢子，通过种薯、土壤或耕作等传播，因此传播方式隶属度为0.5；据资料显示［6］约有20多个国家或地区分布有马铃薯坏疽病菌，因此，国外分布情况（按分布国占世界国家的百分数计）隶属度为0.5；中国没有截获马铃薯坏疽病的相关报道，因此截获频次隶属度为0.25；马铃薯坏疽病菌以马铃薯为主要寄主［4，10］，因此受害植物种类（以粮、棉、油、果、菜、药材及特殊经济价值的作物种类计）隶属度为0.5；中国马铃薯种植面积约500万hm2，因此受害寄主种植面积隶属度为1；马铃薯坏疽病只在甘肃省部分马铃薯种植区发生，因此国内现有分布的广泛性（按占寄主分布面积的百分数计）隶属度为1；马铃薯坏疽病菌通过病原形态或其他生化方法可鉴定［7，23］，因此检验鉴定的难易（按可靠的鉴定方法有无及难易定）隶属度为0.25；常用杀菌剂均可较好地抑制马铃薯坏疽病菌［24-26］，因此除害处理的难易（按现有方法的除害率百分数计）隶属度为0.5；马铃薯坏疽病菌在缺少寄主的情况下在土壤中可存活2年［5］，通过2～3年轮作可控制，因此根除的难易隶属度为0.5。

2 结果与分析

2.1 马铃薯坏疽病菌在世界的潜在分布区

以已知分布点经纬度和14个环境变量资料为基础，利用Desktop GARP和ArcGIS对马铃薯坏疽病菌在世界范围内的适生区进行了评估，如图1。从图中可以看出马铃薯坏疽病菌在世界范围内适生区较广，在北美洲、南美洲、欧洲、非洲、亚洲及大洋洲均有适生区，且在欧洲及北美洲适生区面积较大，在其他洲适生区面积相对较小。

全球生物多样性信息交换所GBIF数据库资料显示，马铃薯坏疽病菌在瑞典、英国、埃及、德国、荷兰、波兰、瑞士、澳大利亚、新西兰、加拿大、西班牙和以色列等12个国家和34个地区有分布（表1），本研究所做世界范围内马铃薯坏疽病菌适生区涵盖了目前文献报道的发生区，说明该预测方法可靠。

图1 马铃薯坏疽病菌在全世界的适生区分布Fig.1 The distribution of P.foveata in world图中黑色部分为马铃薯坏疽病菌在世界范围内的适生区。The black area is the potential distributions of P.foveata in world.

2.2 马铃薯坏疽病菌在中国的潜在分布区

利用Desktop GARP和ArcGIS对马铃薯坏疽病菌在我国的适生区评估如图2，在中国南部海南、广东、广西、江西和福建等少数省份没有适生区，浙江、青海和西藏有零星分布的适生区，云南、贵州、四川、新疆、甘肃、宁夏、江苏、安徽、湖北和湖南等省有较大面积适生区，内蒙古、陕西、山西、河南、河北、山东、北京、辽宁、吉林、黑龙江等省有大面积适生区。该结果表明，中国多个省份均有该菌的潜在分布区，东北三省及内蒙古等马铃薯大面积种植区的适生区面积较大，需密切关注该有害生物的入侵。预测结果也与甘肃省中部及南部有该病害的发生结果相一致。

图2 马铃薯坏疽病菌在中国的适生区分布Fig.2 The distribution of P.foveata in China图中红色部分为马铃薯坏疽病菌在中国的适生区。The red area is the potential distributions of P.foveata in China.

2.3 马铃薯坏疽病菌风险分析

根据1级指标和2级指标的权重值及2级指标的隶属度进行马铃薯坏疽病菌的风险计算：

马铃薯坏疽病菌在我国的综合风险值为0.792，根据风险性评估值分级标准，认为该有害生物对我国马铃薯生产带来的潜在危害性较大，需重点监测。

3 讨论

GARP生态位模型从多维空间尺度上预测物种的分布，与CLMEX等传统的生物气候方法相比，GARP模型包含影响物种分布的多个分隔符变量图层，不需要大量的物种生态生理资料［27］，具有更大的灵活性，其桌面版本Desktop Garp软件自带14个环境因子层，这些因子涉及影响生物分布的各个方面，且本研究预测结果与马铃薯坏疽病报道的已发生区域吻合［6，10］，因此，认为预测结果是可信的，该模型可以用于在不同的空间生态环境中预测各种物种的地理分布。

通过对马铃薯坏疽病菌在我国的适生性预测及其风险评估，表明马铃薯坏疽病如在我国传播，将成为我国马铃薯生产中的重要病害，建议有关部门高度重视马铃薯坏疽病对马铃薯生产和产业发展的影响，加强风险管理，制定相关政策，严防马铃薯坏疽病扩散传播；加强种薯生产和流通管理，开展种薯产地检疫，建立马铃薯种薯无疫病生产基地。开展种薯市场检疫检查，对调运种薯流向进行严密监控，防止带菌种薯上市销售；加强检疫知识的宣传力度，提高群众对马铃薯坏疽病等危险性有害生物的警惕性，及时上报疫情，防止人为因素导致疫情传播扩散。

虽然欧洲、美洲等国对马铃薯坏疽病的症状［8-9］、病原［5，7-8，28］、发生规律［10］及防治［25-26，29］等方面报道较多，但亚洲各国未见相关报道，对马铃薯坏疽病生物学、监测、防治方法及检疫措施等各方面的认识和研究还不够深入和系统，针对我国各马铃薯主产省份马铃薯坏疽病风险评估时，部分评价指标值不能科学确定，因此，本研究未对马铃薯坏疽病在我国各马铃薯主产省份的综合风险值进行逐一分析和评估，有待进一步研究后，再作深入探讨。

有害生物风险性评估作为防止危险性有害生物入侵最有效的手段之一，需要大量可靠的基础数据支撑。应加大对重大危险性有害生物科研攻关的力度，系统地收集疫情数据，建立疫情数据库和科学的风险评估体系，定期对可能影响农业生产、生态环境和社会安全的有害生物开展分析与评估，提出相应的风险管理策略，真正做到“预防为主”。