抗性品种如何重塑疾病管理方式：以柑橘黄龙病为例

《Agricultural Systems》：How resistant cultivars reshape disease management: An application to citrus greening disease

柑橘黄龙病抗病品种采用时机与化学控制阈值研究。通过动态生物经济模型分析发现，当抗病品种效率达90%时，无论树龄和园密度，种植者均会提前终止化学防控，且不同采纳时序易引发空间外部性。

　　

崔秀瑞|凯莉·A·格罗根|关正飞

美国佛罗里达大学食品与资源经济学系，盖恩斯维尔，FL 32611

摘要

背景

根据粮农组织的数据，作物病害每年造成的损失约为2200亿美元，培育抗病品种是应对此类损失的潜在长期解决方案之一。然而，关于多年生作物系统中抗病品种采用情况的研究相对较少，因为在多年生作物系统中，作物在每个生长季结束后并不会重新种植。

目的

我们以柑橘黄龙病为例，探讨作物多年生特性如何影响抗病品种的采用时机，并进一步确定种植者停止使用化学药剂控制病害传播媒介的阈值。

方法

我们使用动态生物经济模型来模拟在抗病品种可用时何时采用这些品种，以及何时停止控制柑橘木虱的决策。将没有抗病品种的基线情景与具有十个不同抗性水平的情景进行比较，从抗性不完美到完美不等。

结果与结论

通过模拟，我们发现采用新品种和停止化学药剂控制的最佳时机会因抗性水平、果园密度和树龄而异。此外，我们确定90%的抗性效果阈值是一个关键转折点，超过这一阈值后，无论果园年龄如何，所有种植者都应停止喷洒杀虫剂。此外，我们还发现对于任何给定的抗性水平，采用时机都会有所不同，这可能导致空间外部性。

意义

这项前瞻性研究为抗病品种的决策提供了依据，强调了在尚未完全具备抗性的情况下管理病害的必要性。种植者决策的差异可能会产生负面外部性，从而阻碍多年生系统中抗病品种的推广。

引言

日益严重的病原体和害虫压力对全球粮食安全构成了重大威胁（Savary等人，2019年）。多种因素导致了这一问题。全球化加剧了害虫和病原体的传播（Bebber等人，2014年），而气候变化则进一步加剧了作物和动物疾病的发病率，并导致新病原体的出现（Velásquez，2018年；Arzt等人，2010年）。疾病造成的直接粮食损失占全球农业产量的20%至40%（Savary等人，2012年）。

在这些挑战中，由昆虫媒介传播的疾病尤为突出，因为病原体的传播与其媒介的行为和分布密切相关。随着这些病原体和害虫的进化和适应，它们可以侵入以前未受影响的地区，扩大其影响范围，使缓解措施变得越来越复杂（Lebarbenchon等人，2008年；Richardson等人，2016年）。在多年生作物系统中，这种问题尤为严重，因为多年生作物在生长季结束后不会重新种植，使得病害能够持续存在并多年传播。抗病品种是解决作物病害的环境友好型方案，也是美国农业部农业研究计划（USDA-ARS，2021年）优先考虑的主要解决方案之一。

本文通过模型模拟了种植者在抗病品种可用时是否以及何时采用这些品种的决策，以及是否以及何时停止控制柑橘木虱的决策。将没有抗病品种的基线情景与具有十个不同抗性水平的情景进行了比较。

章节摘录

佛罗里达州的柑橘产业与黄龙病

柑橘在佛罗里达州的经济中发挥着重要作用。2019-2020营销季节期间，佛罗里达州的柑橘产业为该州经济贡献了67亿美元，并支持了超过3万个工作岗位（Court等人，2021年）。然而，在过去二十年里，该产业经历了急剧下滑，主要是由于黄龙病的灾难性蔓延（Li等人，2020a）。该病害于2005年首次出现在佛罗里达州，并自此迅速蔓延至整个州。

文献综述

大量文献分析了考虑各种因素的害虫控制决策，包括风险、农药外部性、农药抗性以及季节内外的昆虫动态（Feder，1979年；Feder和Regev，1975年；Plant等人，1985年；Regev等人，1983年；Lichtenberg和Zilberman，1986年；Saha等人，1997年）。这些研究主要集中在每年生长季结束后被清除的年度作物上。而多年生作物则会在地里生长多年。

动态生物经济模型

所提出的动态生物经济模型包括两个主要组成部分。首先，我们基于Dye和Williams（2010年）的昆虫媒介传播疾病模型，模拟了昆虫媒介和疾病传播的动态。其次，我们将这些生物学因素纳入经济模型，以确定单个种植者的最佳管理决策。

模拟结果

结果讨论从代表当前市场状况（即没有抗病品种）的基线情景开始。随后，探讨了具有六个不同抗性水平的抗病品种所带来的收益。

讨论

本研究结合了流行病学和经济学，向种植者和植物科学家展示了抗黄龙病品种发布的意义。我们的研究结果揭示了抗病品种开发对多年生作物的几个重要影响。

首先，考虑到由昆虫媒介传播的疾病具有动态特性，即昆虫会将病原体传播到不同地点，个别种植者的决策可能会产生深远影响。

结论

抗病品种在现代害虫和疾病管理中至关重要，被认为是解决像黄龙病这样的疾病的最终方案。本研究提出了一个综合框架，用于评估这些品种的经济和社会影响。虽然这些有前景的品种可能带来经济效益并减少对农药的依赖，但种植者在采用抗病品种时的决策因多种因素而异。

作者贡献声明

崔秀瑞：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件使用、方法论设计、概念构建。凯莉·A·格罗根：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、概念构建。关正飞：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。