外来生物导致的潜在损失评估方法研究:以外来疫病油菜茎基溃疡病为例

卢钟山，吴新华，李 彬，周明华，王 颖，周曙东①

(1.南京海关，江苏 南京 210001；2.南京农业大学经济管理学院，江苏 南京 210095)

生物入侵是造成生物多样性损失的重要因素，对生态环境和经济社会发展造成严重威胁。外来入侵物种的经济损失评估和研究已受到众多学者关注，然而由于仍缺乏合适的估算体系，导致政府管理机构和社会公众对外来生物入侵风险和潜在损失认识不足，从而影响政府对外来入侵生物管控的投入和决策，为外来生物入侵防治提供可乘之机。

油菜茎基溃疡病是一种由十字花科蔬菜黑胫病菌(Leptosphaeriamaculans)引起的严重威胁油菜生产的植物真菌病害，广泛分布于加拿大、澳大利亚和欧洲等地区。该病原菌的寄主除了油菜以外，还包括其他十字花科蔬菜，如白菜、甘蓝、花椰菜等，既可以通过种子在国内、国际间远距离传播，又可以通过分生孢子和子囊孢子借助风雨短距离扩散，传播扩散能力强。油菜茎基溃疡病菌虽未成功入侵中国，但同类病害——油菜黑胫病，已在中国冬油菜和春油菜种植区发现。2009年以来，中国上海、江苏等口岸多次从加拿大、澳大利亚等国进口的油菜籽中截获油菜茎基溃疡病菌，该病菌传入中国的风险不断加剧[1-2]。

油菜茎基溃疡病作为油菜的主要病害之一，对油菜生产安全构成极大威胁。从全世界范围来看，全世界因为油菜茎基溃疡病导致的经济损失高达15亿美元[3]。油菜茎基溃疡病曾于1971—1972年在澳大利亚大流行，导致油菜大规模绝收，油菜种植面积锐减96%[4]；20世纪80和90年代，该病害在加拿大西部油菜产区造成接近5 000万美元的经济损失[5]，在病害爆发严重的年份德国感染率在70%以上[6-7]。根据FITT等[8]预测，油菜茎基溃疡病对中国油菜产业的潜在风险巨大，一旦该菌传入并在中国定殖，将会导致中国700万hm2冬油菜、100万hm2春油菜和200万hm2芸薹属蔬菜严重的经济损失，仅对于中国长江流域产区，年均损失就高达4.95亿美元。周曙东等[9]通过扩散风险计算模型评估出扩散风险的大小，通过设置阈值对不同入侵生物的扩散风险进行分级，并针对不同风险等级不同扩散程度的外来生物提出分级管理对策。

以往文献主要集中于测算油菜茎基溃疡病定殖的可能性以及直接经济损失，对间接经济损失、非经济损失缺少针对性研究，同时缺乏系统性潜在损失总额的估算。为补充中国油菜茎基溃疡病的潜在损失研究，该文构建潜在损失估算模型，分别从直接经济损失、间接经济损失和非经济损失3个方面评价油菜茎基溃疡病的潜在损失，为测算未成功入侵外来生物可能造成的潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失提供一种参考方法，对科学评价外来入侵生物给中国造成的潜在损失具有一定的理论与现实意义。

1 数据来源与研究方法

以往研究以实际发生面积为依据，测算已成功入侵的外来生物实际发生损失[10]，虽然评价了外来入侵生物造成的危害，但是不能全面反映外来入侵生物的发生风险，极有可能低估其潜在危害程度。此外，该方法也不适用于未成功入侵的外来生物。因此，该文以潜在适生区为计算依据，将未来可能发生但目前尚未发生地区计算在内，提出一种未成功入侵外来生物潜在损失的评估方法，估算未入侵外来生物未来可能造成的最大损失。

外来生物入侵的潜在损失可分为潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失。潜在直接经济损失包括农产品减产、绝收等生产性经济损失，潜在间接经济损失为旅游等产业损失，潜在非经济损失指生态环境功能等损失。

该文提出适生指数、发病率和产量损失率3种指标估算农产品产值损失。基于地区间环境差异，依据适生指数将其划定为非适生区(0)、低适生区(>0～10)、边缘适生区(>10～50)、中适生区(>50～80)和高适生区(>80～100)。依据不同适生区适生率，将感染发病率划分为低发病率(20%～24%)、边缘发病率(>24%～40%)、中发病率(>40%～52%)和高发病率(>52%～60%)。此外，产量损失率为病害发生导致的农作物减产率。在估算农产品产值损失时，利用适生指数和油菜种植面积得到潜在适生区面积。由油菜茎基溃疡病发病率得到各适生区油菜发病情况，最终通过产量损失率得到油菜籽的产量损失额。

基于油菜茎基溃疡病并未成功入侵中国的事实，首先提出一种潜在适生区面积的测算方法，根据GARP生态位模型生成的ArcGIS栅格数据图，通过掩膜工具Extract By Mask，提取出油菜茎基溃疡病在中国的潜在分布面积。其次，讨论油菜茎基溃疡病的潜在损失估算方法，在此基础上分别从潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失3个方面构建潜在损失估算模型。

1.1 外来入侵生物潜在损失的估算方法

依据外来入侵生物造成潜在损失异质性划分的几种估算方法见表1[9,11-13]。

表1 外来入侵生物损失的估算方法[9,11-13]

1.2 数据来源

研究数据来自《中国统计年鉴2018》、《全国农产品成本收益资料汇编2018》以及油菜茎基溃疡病潜在发生省份的统计年鉴、油菜花旅游景点的报道及分析报告等数据资料。研究中使用的1∶400万中国省级行政区划地图来源于中国科学院资源环境科学数据中心。

1.3 外来入侵生物损失估算体系

从潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失3个方面构建外来入侵生物损失估算体系，评价潜在损失总量。此外，油菜病害的防治措施一般为喷洒杀菌剂、培育抗病品种以及油菜与其他作物轮作。由于培育抗病品种周期长，投入高，挽回的经济损失不容易衡量，同时轮作制度经济评价涉及多种作物，数据较难获取，因此在计算潜在损失时，并未包括可挽回的经济损失。

V=V1+V2+V3。

(1)

式(1)中，V、V1、V2和V3分别为外来入侵生物导致的潜在损失总量、潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失，元。

1.3.1潜在直接经济损失

V1=V11+V12+V13。

(2)

式(2)中，V11为外来入侵生物导致的农产品产值损失，元；V12为外来入侵生物导致的农副食品加工业损失，元；V13为防控费用支出，元。

(1)农产品产值损失

外来疫病大规模感染扩散，将会侵染主要宿主作物，造成作物减产甚至绝收，由外来疫病导致的农产品产值损失计算公式为

(3)

式(3)中，i表示适生区域，i=1，2，3，4，分别表示低适生区、边缘适生区、中适生区和高适生区；j为省份；P为农产品价格，元·kg-1；d为疫病导致的产量损失率，%；Qj为省份j农产品单位面积产量，kg·hm-2；Sj为省份j的油菜种植面积，hm2；hij为第i种适生区面积占省份j面积比例，%；rij为省份j第i种适生区外来入侵疫病的发病率，%。

(2)农副食品加工业损失

外来疫病不仅导致作物减产，同时由于作物果实和植株受到外来疫病的侵蚀，导致产品品质受损，营养成分降低，致使在农产品加工过程中农副产品产量或产品品质下降的损失，其计算公式为

(4)

式(4)中，Rij为省份j第i种适生区外来入侵疫病导致的产量损失率，%；q为外来疫病导致的农副食品加工业损失率，%。

(3)防控费用

防控费用是指对外来入侵生物的事前防控和事后救灾成本，事前防控成本包括疫区防控成本和潜在适生区防控成本，事后救灾成本指疫区救灾成本。

V13=V131+V132+V133。

(5)

式(5)中，V131为疫区防控成本，元；V132为疫区救灾成本，元；V133为潜在适生区防控成本，元。

疫区防控成本包括用药成本和人工投入成本，计算公式为

V131=V人工+V用药=

(6)

式(6)中，V人工为人工投入成本，元；V用药为药品投入成本，元；T为人工施药时间，d；W为每日人工人均工资，元·d-1；N为年均喷药次数，次；C为单位面积药品成本，元·hm-2。

疫区救灾成本包括药剂投入成本、机械成本和人工投入成本，计算公式为

V132=V药剂+V机械+V人工。

(7)

式(7)中，V药剂为疫区救灾过程中的药剂投入成本，元；V机械为机械成本，元；V人工为疫区救灾过程中的人工投入成本，元。

潜在适生区的外来生物入侵投入成本(防控成本)以事前预防为主，包括监测、检疫和宣传成本，计算公式为

V133=V监测+V检疫+V宣传。

(8)

式(8)中，V监测为对外来入侵生物动态传播扩散过程的监测成本，元；V检疫为以某种外来物种为监测对象对当地农产品定期检疫成本，元；V宣传为防控某种外来生物入侵的宣传成本，元。

1.3.2潜在间接经济损失

外来生物入侵不仅会降低作物品质，增加防控支出，其传播扩散还会造成生态环境恶化，导致景区观赏价值降低，旅游产业受损；同时会对所影响的农作物声誉和病害发生地区农产品出口造成贸易损失，这些都可以算作外来入侵生物的潜在间接经济损失，计算公式为

V2=V21+V22。

(9)

式(9)中，V21为外来入侵生物导致的旅游产业损失，元；V22为贸易损失，元。

(1)旅游产业损失

旅游产业损失指由于外来入侵生物传播扩散引起的生态环境恶化，景区观赏价值降低，最终导致景区收入减少，餐饮、住宿等旅游关联产业损失，计算公式为

(10)

式(10)中，Tj为省份j受疫病影响的农村旅游产业产值，元；ej为外来入侵生物导致的旅游产业损失率，%。

(2)贸易损失

农作物遭受外来生物入侵，会对农产品的进口国家或地区带来传入风险，进而影响本国作物出口。贸易损失计算公式为

V22=Eagr×rex。

(11)

式(11)中，Eagr为外来入侵生物主要寄主作物出口总值，元；rex为外来入侵生物对当地主要寄主作物出口总值的损失率，%。

1.3.3潜在非经济损失

潜在非经济损失主要为生态系统功能损失，计算公式为

V3=V31。

(12)

式(12)中，V31为生态环境功能损失，元。

生态系统功能损失指外来入侵生物导致的生态系统能量传递、物质交换和涵养水源等功能的损失，计算公式为

(13)

式(13)中，VD为单位面积生态系统的生态价值，元；f为外来有害生物导致的生态系统功能损失率，%。

2 油菜茎基溃疡病潜在损失估算

油菜茎基溃疡病致病性高，产量损失率约为20%～60%，同时导致油菜籽出油率降低6.7%[8,14]。该病害在中国适生面积广，潜在适生区占中国油菜播种面积的35%。如果该病害传入中国，将会威胁中国油菜籽供应安全[12]。

2.1 潜在适生范围

孙颖等[15]利用GARP生态位模型预测油菜茎基溃疡病在中国的潜在分布，结果显示，油菜茎基溃疡病菌的中高度适生区包括内蒙古、吉林南部、陕西、宁夏、甘肃、新疆和西藏西部部分地区；低适生区包括河北、山东、山西、河南、安徽、江苏、福建、青海、四川和云南等地[15]。根据孙颖等[15]提供的油菜茎基溃疡病菌在中国分布的ArcGIS栅格数据图，利用ArcGIS 10.2软件做进一步处理分析，将适生指数划分为5类：0，非适生区；>0～10，低适生区；>10～50，边缘适生区；>50～80，中适生区；>80～100，高适生区。最终得到的油菜茎基溃疡病菌适生区分布见图1。通过掩膜工具Extract By Mask，提取出每个适生类型在各个省份的分布面积。

图1 中国油菜茎基溃疡病适生区分布Fig.1 Distribution of suitable areas for crucifers stem canker in rapeseed plants in China

2.2 潜在直接经济损失

2.2.1农产品产值损失

油菜茎基溃疡病产量损失率范围为20%～60%，取中位数为40%[8,14]。依据不同适生区的适生率，将感染发病率划分为低发病率(20%～24%)、边缘发病率(>24%～40%)、中发病率(>40%～52%)和高发病率(>52%～60%)，计算时取中位数分别为22%、33%、47%和57%。根据各省份油菜籽单位面积产量[16]及以上数据，汇总得到全国潜在适生区油菜籽产量损失量。2017年油菜籽平均收购价格为5元·kg(1)-1数据来源于中国粮油信息网油菜籽主产区价格行情报告、日报及晨报。

以江苏省为例，计算其潜在适生区油菜籽产量损失量，其他省份类似。其中，油菜种植面积为17.52万hm2，低适生区和边缘适生区面积占比分别为24%和0.14%，病害发病率分别为22%和33%，江苏省油菜籽单位面积产量为2 839.6 kg，估算得到产量损失量为1.04万t。

依据以上方法计算26个省份潜在适生区油菜总播种面积为234.05万hm2，汇总得到全国油菜茎基溃疡病潜在适生区油菜籽产量损失量为46.32万t。依据式(3)计算得到油菜籽产值损失为23.17亿元。

2.2.2农副食品加工业损失

除对油菜籽产量产生影响外，油菜茎基溃疡病会降低油菜籽含油量和千粒重等品质指标，导致油菜籽出油量下降，对农副食品加工业产值造成损失。因此，选取油菜籽出油损失率计算农副食品加工业损失。发病后的油菜植株油菜籽出油率可能下降6.7%，即油菜出油损失率为6.7%[12]。油菜籽出油率为40%，菜籽油年均成交价为31.4元·kg(2)-1数据来源于天下粮仓网国内菜籽压榨周度报告、各地区菜籽油库周度统计表和菜籽油价格行情，依据式(4)，计算得到油菜籽产值损失为2.92亿元。

2.2.3防控费用

防控费用包括疫区防控成本、疫区救灾成本和潜在适生区防控成本。由于油菜茎基溃疡病在中国尚未发生，因此仅考虑疫区防控成本和潜在适生区防控成本。

(1)疫区防控成本

疫区防控成本包括用药成本和人工投入成本。目前，人工每日平均喷药面积为0.5 hm2，油菜种植区油菜茎基溃疡病潜在适生区面积为234.05万hm2，推算全年施药工作量为468万d，每日人工喷药工资按工日工资105.6元计[16]，年均喷药次数按3次计，施药成本为168元·hm-2[17]，依据周桢[18]的计算方法，即全年施药工作量、每日人工喷药工资和年均喷药次数3者相乘可计算得到人工投入成本为14.83亿元，潜在适生面积与每公顷施药成本相乘得到用药成本为11.80亿元。利用式(6)，得到油菜茎基溃疡病疫区防控成本为26.63亿元。

(2)潜在适生区防控成本

潜在适生区的外来生物入侵投入成本主要是事前预防成本，包括监测和检疫成本。其中，监测点数量(主要设在进口油菜籽的相关企业)为28个，检测人均工资为200元·d-1，每个监测点投入检测人员2人，每年检测次数为每季度1次，年均检测次数为4次，采用五点采样法(每点20株)采集样本，每个监测采样数为100株，其中，实验室检测费用为100元·株-1，监测点数量为28个，每个监测点人工费用为4 800元，利用以上海关动植物检疫部门检测数据和计算方法，依据监测点数量、检测人均工资、每个监测点投入检测人员人数和年均检测次数4者相乘计算得到监测成本为44 800元，依据每个监测采样数量、实验室检测费用、监测点数量和每个监测点人工费用4者相乘计算得到检疫成本为41.44万元，宣传成本为50万元(海关进出境动植物检疫数据)。利用式(8)计算得到油菜茎基溃疡病的潜在适生区防控成本为0.009 5亿元。利用式(5)，汇总疫区防控成本和潜在适生区防控成本得到总防控费用为26.64亿元。

因此，油菜茎基溃疡病潜在直接经济损失可通过式(2)计算得到，损失额为52.73亿元。

2.3 潜在间接经济损失

2.3.1旅游产业损失

旅游产业损失指受外来入侵生物影响，农作物观赏价值降低导致的旅游收入损失。油菜花期若发生油菜茎基溃疡病，叶片会变色溃烂，染病茎叶出现黑斑、易倒伏等症状，使油菜花观赏价值降低。同时，油菜花期经济效益高，期间单位面积带来的旅游收入是油菜种植收入的数十倍，因此，测算旅游产业损失对定量分析该病害潜在旅游损失、防范该病害发生尤为必要。

选取油菜种植规模大、旅游收入高的油菜花旅游区计算油菜旅游产业损失，包括江西婺源，湖北枝江、荆门、武穴，及湖南平江等主要油菜花旅游区。由于各地区病害情况不同，导致的旅游损失不同，因此，旅游损失率取各省份病害适生率，利用式(10)计算旅游产业损失总额(表2)。油菜茎基溃疡病造成的潜在油菜旅游损失为34.60亿元。

2.3.2贸易损失

贸易损失主要是该地区发生油菜茎基溃疡病后其对油菜籽的声誉产生负面影响，使得外国不愿进口本国油菜籽，最终导致本国油菜籽出口受阻。由于中国为世界主要的油菜籽进口国，基本不对外出口，因此如果发生该病害，其造成的中国油菜籽出口贸易损失微乎其微。在计算油菜茎基溃疡病的间接经济损失时，对外贸易损失忽略不计。

利用式(9)，可计算出油菜茎基溃疡病的潜在间接经济损失为34.60亿元。

2.4 潜在非经济损失

油菜茎基溃疡病的潜在非经济损失主要为生态系统功能损失。根据甘泉等[19]的研究结果，农田系统年均生态价值为9 315.6元·hm-2，外来生物入侵导致的农田系统生态功能间接使用价值损失率为4%，油菜茎基溃疡病潜在适生区面积为234.05万hm2，利用式(13)可计算得到油菜茎基溃疡病的生态系统功能损失为8.72亿元，即油菜茎基溃疡病潜在非经济损失为8.72亿元。

表2 2017年中国主要油菜花景区因油菜茎基溃疡病造成的旅游损失额

2.5 潜在损失估算结果

依据前文对油菜茎基溃疡病的潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失计算结果，汇总得到中国总潜在损失为96.05亿元(表3)。

表3 2017年油菜茎基溃疡病的潜在损失

3 讨论与结论

3.1 讨论

(1)从研究结果来看，杨清坡等[20]测算得到中国各类油菜病害的直接经济损失总额已高达104.37亿元，而该文估算得到的中国油菜茎基溃疡病潜在直接经济损失为52.73亿元。该文计算结果显示中国动植物检疫在防范油菜茎基溃疡病入侵中发挥着重要作用。

(2)从应用范围来看，该方法提出之初是为了评价危害程度大但尚未入侵的油菜茎基溃疡病的损失，但该方法也可以应用于已发生的外来入侵生物的损失评估。因此，该方法不仅适用于外来疫病类损失的测算，还可应用于粮谷油籽类、木材类、果蔬类、棉麻类和畜禽类等外来入侵生物损失的测算。已有方法是通过实际发生面积测得已经发生的损失，而未包含可能发生的潜在损失，而该方法借助外来入侵生物的潜在适生区面积ArcGIS栅格数据图和适生指数，将未来可能发生但目前尚未发生的适生面积包含在内，较为准确地评价了外来入侵生物的潜在损失总额。

(3)从采用的测算指标来看，通过适生指数和ArcGIS栅格数据图，得到风险加权后的潜在适生区总面积，以此得到总损失额。今后可通过以上两类指标，较为准确地评价外来入侵生物的潜在适生面积。如果适生面积的ArcGIS栅格数据图较难获得，可对外来入侵生物进行风险评级，根据不同的风险指数，折算得到潜在适生区总面积，所以在数据缺失条件下寻找替代指标，也可以运用该文评价方法计算潜在损失。因此，该方法受客观条件限制少，所需数据较易于获取，测算结果科学准确，可广泛地应用于各类外来入侵生物的损失评价。

3.2 结论

(1)2017年中国油菜籽总产值为676.4亿元(3)根据《全国农产品成本收益资料汇编2018》和《中国统计年鉴2018》计算得到，该文估算得出油菜茎基溃疡病损失高达96.05亿元，占中国油菜籽总产值的14.2%。因此，如果该病害传入中国，将威胁中国油菜生产安全。

(2)油菜茎基溃疡病的潜在直接经济损失最高，其后依次为潜在间接经济损失、潜在非经济损失。其中，潜在直接经济损失、潜在间接经济损失和潜在非经济损失分别为52.73亿、34.60亿和8.72亿元，分别占潜在损失总量的54.9%、36.0%和9.1%。油菜茎基溃疡病的爆发将直接影响油菜籽产量和品质，因此，直接经济损失是潜在损失的最主要部分。此外，虽然与直接经济损失相比，潜在间接经济损失和非经济损失两者占比较低，但其也是总损失的重要组成部分，因此对外来生物入侵造成的间接损失和非经济损失的评估应当引起关注。

(3)动植物检疫是国际通行的防范外来生物入侵最经济、最有效的手段。探索完善科学的评估方法，更加准确地评价外来生物入侵的潜在损失，有利于政府管理部门和社会公众认识生物入侵问题，为相关政府部门决策提供科学依据，提升动植物检疫在防范外来生物入侵中的作用。