优化可可树肿枝病毒防控策略：基于年龄结构模型的经济效益最大化研究

研究人员针对西非可可树肿枝病毒病(CSSVD)的防控难题，通过建立包含年龄结构的微分方程模型，比较了两种不同砍伐策略（砍除病树及四邻/仅砍除病树）下接种弱毒株N1幼苗的经济效益。研究发现最优策略是前10年种植接种苗，后期改种易感苗，为可可种植者提供了最大化净经济效益的科学方案。

　　

可可树作为巧克力原料的主要来源，其全球产业链价值高达1030亿美元，而西非地区贡献了全球70%的产量。然而自1930年代加纳首次报道以来，可可树肿枝病毒病(CSSVD)已成为威胁产业发展的重大病害。这种由粉蚧(Mealybugs)传播的病毒会导致枝条肿胀、叶片褪色等症状，严重时可使产量归零。尽管当前加纳政府建议砍除病树及周边四棵健康树的"剃刀策略"，但农民因经济损失往往抗拒执行。更棘手的是，现有防控措施在病毒持久性、媒介高效传播等特性面前收效甚微。

中国热带农业科学院的研究团队在《Ecological Informatics》发表研究，创新性地建立了包含9个树龄-感染状态分组的微分方程模型，首次将树木年龄结构（＜3年、3-4年、＞4年）、三种感染状态（易感XN、接种YN、重症ZN）与粉蚧媒介动态耦合分析。通过最优控制理论，量化评估了两种替代策略：Scenario I（砍除病树+四邻替换）和Scenario II（仅砍除病树替换），并引入经济模型计算不同接种比例下的净收益。

研究采用CRIG提供的田间数据确定参数，运用直接法求解最优控制问题。关键技术包括：1)构建包含年龄结构的ODE传播模型；2)设计包含种植成本、维护费用和收益的经济目标函数；3)应用正则化方法处理控制变量s₁(t)（接种比例）的线性问题；4)通过全局敏感性分析(FAST/VBSA)评估参数影响。

【模型构建】

将可可树分为XN/XA/XO（易感）、YN/YA/YO（接种N1弱毒株）、ZN/ZA/ZO（感染1A强毒株）9个组，粉蚧分为易感M和带毒J两类。创新性地引入α_A/α_O表征树龄转换率，p/q分别表示树-蚧/蚧-树传播概率。

【情景模拟】

Scenario I下基本再生数R₀^I显示，当接种比例s₁≈0.3时既能控制疫情又能保持经济效益。数值模拟表明：前10年种植30%接种苗可使净现值提升23%，而全程接种会因产量降低20%导致收益下降。

【经济效益】

目标函数(8)揭示：接种成本C₂与产量折减f_r=0.8的博弈决定最优策略。当接种成本＜12GHS/株时，阶段性接种方案（0-10年接种，后期改种）比现行政策增收37%。

该研究首次量化了CSSVD防控中的经济-流行病学平衡点，为西非可可农提供了可操作的决策支持。模型预测采用阶段性接种策略可使农场生命周期总收益最大化，同时将病毒流行压控制在R₀<1以下。这一成果不仅为植物病害防控提供了年龄结构建模范式，其包含正则化的最优控制方法也为其他农业经济决策问题提供了参考。研究建议加纳政府调整现行"全砍政策"，通过补贴接种苗成本来激励农民采用优化方案。