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本文是一篇关于农业病虫害系统数学建模的综述。其聚焦于动态人类行为如何融入病虫害控制数学模型，如博弈论、基于主体的建模（ABM）等。通过系统回顾文献，分析现有研究成果与不足，为后续研究提供方向，助力农业病虫害管理。
引言
病虫害严重威胁全球农业，影响粮食安全、造成经济损失并破坏生态系统。近年来，气候变化和化学药剂的过度使用使这一问题愈发严峻，例如 2020 年东非的蝗虫灾害以及草地贪夜蛾在亚非欧的扩散。向可持续农业转型的过程中，传统化学防治受限，这凸显出改进病虫害管理方法的重要性。
流行病学模型在病虫害管理中意义重大，它整合多种信息，能预测病虫害动态，辅助决策制定，合理分配资源。然而，传统模型常忽视农民决策的动态性及其反馈作用。在人类疾病流行病学中，纳入动态人类行为的模型预测能力更强。在农业领域，虽然相关研究逐渐增多，但缺乏对农业病虫害系统数学模型框架的系统综述。
本综述旨在梳理动态人类行为在农业病虫害管理数学模型中的整合情况，明确应用的数学模型框架、整合的人类行为类型，找出研究空白并指明未来方向。
材料和方法
- 搜索策略和数据收集：于 2024 年 4 - 8 月，利用 Web of Science 数据库进行高级搜索，使用精心挑选的关键词组合，获取了 10,948 条结果。
- 纳入和排除标准：制定并应用特定标准筛选文献，最终确定 2962 篇相关文章。同时保留了几篇重要的参考论文，以确保研究的完整性。
- 筛选过程：先对标题和摘要进行筛选，确定 516 篇相关文章及 49 篇潜在相关文章。接着进行二次筛选，关注动态和耦合的人类行为组件，确定 60 篇相关文章及 70 篇潜在相关文章。最后进行全文筛选，排除偏离主题的文章，最终选定 44 篇进行深入分析。
- 分类
- 研究领域和管理机制：明确研究涉及的农业领域（作物、牲畜等）以及采用的管理机制（化学控制、生物安全措施等）。
- 建模组件：评估模型的动态性、机制性、随机性、空间性以及模拟或分析特性。
- 社会考量：区分研究中使用的社会数据来源（主要或次要数据），识别个体、二元和集体人类行为类型。
- 敏感性分析：记录研究是否进行敏感性分析，以评估模型对关键参数变化的稳健性。
- 识别社会科学领域的作者隶属关系：通过搜索作者地址中的关键词，确定有社会科学背景作者参与的文章数量，以此评估跨学科合作程度。
结果
- 研究领域概述：在 44 项研究中，疾病相关研究居多，尤其是牲畜疾病；害虫研究主要集中在作物方面，对牲畜害虫的关注较少。
- 建模特征：所有研究均采用动态模拟和机制模型。多数研究包含随机成分，且大多应用空间明确模型，敏感性分析在所有研究中都有进行。
- 控制策略：研究提及多种控制策略，化学控制和生物安全措施各占约 30%，生物控制、文化干预、政策和宣传活动、疫苗接种和健康管理各占约 25%，综合害虫管理提及较少，占 20%。
- 社会数据来源：文献是最常用的信息来源，18 项研究使用；12 项研究采用调查收集数据；9 项研究利用开放数据资源。仅 36% 的论文使用了至少一种主要人类行为数据，访谈、专家意见等方法使用较少。
- 社会行为层面：所有研究都考虑了个体行为，许多研究涉及多种社会行为层面。集体行为研究中，合作行为和社会网络受到较多关注。
- 人类行为分析：研究主要关注决策、风险感知、意识、合作行为和社会网络等方面。多数研究聚焦个体行动，二元互动研究较少。
- 社会科学领域的作者隶属关系：约 16%（7/44）的论文有社会科学家参与，且多数此类文章发表于 2021 年及以后。
讨论
- 空间明确和随机模型捕捉影响行为的变异性：空间明确模型突出农业系统的局部变异性，但需平衡空间复杂性和适用性。随机模型能反映现实世界的变异性，增强模拟政策影响的稳健性。
- 空间明确和随机模型实现更现实的预测：空间模型通过捕捉接触网络的连接模式提升现实感，但通用性受限。全球模型耦合多尺度模型，能提供动态自适应预测。实验游戏可模拟决策，但可能无需空间性，混合方法有助于更全面理解农业系统。
- 考虑人类行为的模型捕捉控制策略中的现实时间延迟：人类行为影响病虫害控制决策的时机，数学模型可引入时间延迟等因素，如意识延迟、注意力衰减、决策频率和行为反馈的未来影响等，使模型更贴合实际。
- 社会科学投入有限和对二次数据的依赖阻碍建模洞察：社会科学作者参与度低，导致研究多依赖二次数据，可能影响对人类行为和社会动态的理解深度。应加强跨学科合作，收集更多定性、实地特定数据。
- 模型适应考虑各种集体行为和社会网络：个体行为在农业决策中至关重要，许多研究也探索集体行为。合作行为和社会网络受关注，但部分研究未深入探讨社会网络动态，未来研究可在此加强。
- 捕捉社会互动的困难导致二元行为模型较少：二元行为在研究中占比仅 27%，因其人际互动细节难以捕捉。忽视这些因素可能影响对社会结构及其对农业病虫害动态影响的理解。
- 多数模型仅关注决策制定，排除计划行为理论：多数研究聚焦决策和风险感知，可能忽视计划行为理论中的其他关键维度，如意识和意愿，这可能限制研究成果的实际应用。
- 农业流行病学模型中人类行为的挑战和机遇：纳入动态人类行为并非总能提高预测准确性，但在复杂系统中至关重要。未来应开发标准化方法，提高数据质量，加强模型与实证数据的整合和实地验证。
结论
本综述为推进农业病虫害流行病学模型提供了方向。除了纳入空间明确性、随机性和动态人类行为外，还应加强与社会科学家的合作，采用考虑异质性的情境特定建模方法，关注计划行为理论中的个体意识和意愿等方面。同时，增加多场景模拟、验证测试和实证数据，可确保模型预测更符合现实，助力发展更可持续、更具弹性的农业病虫害控制系统。
