基于InvaCost数据库评估全球入侵昆虫的经济成本

范世奇， 赵光华， 才琪， 王朵， 周晓然， 温玄烨

（1.国家林业和草原局生物灾害防控中心，沈阳 110034； 2.山西师范大学生命科学学院，山西 临汾 041004；3.中国林业科学研究院生态保护与修复研究所，北京 100091； 4.北京市房山区林果科技服务中心，北京 102400）

入侵生物已成为生物多样性丧失的主要驱动力，不仅威胁生态系统结构和功能的稳定，还对农、林、牧、渔等多个领域的正常生产造成严重破坏[1]。随着全球经济一体化进程的不断加快，预计未来30 年，入侵生物事件仍将处于高发、频发的态势[2]。昆虫作为生物类群的主要种类，随物流贸易和跨境旅游在世界范围内大肆入侵，呈现种类多、蔓延快、危害重等特点[3-4]。尽管全球各国通过立法、宣传、设立保护区等方式遏制昆虫入侵[5]，但抵御昆虫入侵和抑制后续扩散传播的能力薄弱，因此，入侵昆虫依然是当前生物安全工作面临的主要困难。

资金投入的严重不足是造成入侵昆虫防范能力薄弱的关键因素[6]。入侵昆虫的预防和治理属于应急性管理，其性质决定了防范资金和物资投入多为无保障性的临时投资[7]。研究表明，在入侵昆虫侵入前投入预防经费和物资，可避免后续发生更大的损失[8]；我国防控马铃薯甲虫（Leptinotarsa decemlineata）、苹果蠹蛾（Cydia pomonella）、云南黄脊竹蝗（Ceracris kiangsu）等入侵昆虫的实践也进一步证实了这一观点[9-10]。因此，如能准确评估防范入侵昆虫所产生的经济成本，不仅可以提升公众的生物安全意识，还可为管理部门决策提供参考依据。

InvaCost 是2020 年由巴黎萨克雷大学研发的全球入侵生物经济成本数据库[11]，该数据库包含50 余个与入侵生物相关成本的有效信息（如成本类型、受影响部门、地理属性、成本估算的可靠性等），涵盖动物、植物、真菌等入侵生物的经济成本数据，达13 553 条。相较于以往通过样本调查或管理部门数据核算经济成本[12]，InvaCost 实现了数据的标准化与货币统一转化，即将不同时间或空间尺度的入侵生物经济成本依据世界银行经济标准转化为购买力相当的单一货币数值。近期应用该数据库的案例包括德国、俄罗斯、印度等国家级评估，小龙虾（Procambarus clarkii）、瓣鳃纲（Lamellibranchia）等特定种类的外来入侵物种评估[13-15]。

本研究拟通过InvaCost 数据库对全球入侵昆虫的经济成本进行评估，以货币价值的形式阐明入侵昆虫的危害损失，在此基础上尝试通过模型测算当前阶段入侵昆虫的经济成本，以期为丰富和完善生物灾害损失评估体系、加强外来入侵昆虫的防控管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

经济成本数据：本研究选取InvaCost 数据库（InvaCost v4.1，https://doi.org/10.6084/m9.figshare.11627406）中昆虫纲数据，删除多种共同危害和无明确种名的数据后，共获得有效数据2 072条。

全球矢量数据：从自然地球（Natural Earth，http://www.qgistutorials.com/downloads/ne_global.gpkg）下载全球矢量数据用于国家与地区成本分析。

基础地图数据：自然资源部标准地图服务系统（http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/）小八开单色标准世界地图，审图号GS(2016)1665号，底图无修改。

1.2 方法

1.2.1 数据归一化处理 由于成本数据产生的年代、使用的货币价值不同，需要参考国际汇率与各国货币购买力均值将各条目数据进行等值换算，使用InvaCost 的转化函数（expand yearly costs）对所有数据进行转化，转换后所有数值均为2017 年等值美元（2017 年平均汇率1 美元=6.7547 元人民币，下同），具体计算公式如下。

式中，Ce为2017 年成本估算值（根据汇率或购买力换算为美元）；MV为原始成本（从搜集的数据中提取的“当地货币”或转换的“每年当地货币”）；CF为换算系数（官方市场汇率或平价购买力，以美元计算）；IF为自估算年份以来的通货膨胀系数，计算方法如下。

式中，CPI对应于消费者价格指数；y对应于成本估算年份。

1.2.2 保守成本计算 计算所有已报道入侵昆虫的总经济成本，对多年危害的昆虫将成本总值依据发生年份进行平均，求和获得1970—2017 年全球入侵昆虫所产生的保守成本。

1.2.3 成本构成分析 首先，对1.2.2 所得保守成本进行处理，剔除无明确地理信息的数据后导入全球矢量数据，获得不同国家成本明细；其次，对成本类型进行分类，包括损失成本（资源直接损失、修复成本和医疗护理）、管理成本（检疫或边境检查、入侵风险评估等入侵前管理；根除、遏制、控制等入侵后管理；行政、沟通、教育、研究等其他管理成本）和混合成本（同时包含损失和管理的成本）3 种类型，分别统计并求和；最后，按物种类别对成本进行汇总排序，获得成本最高的10 种入侵昆虫。

1.2.4 近期成本估算 考虑到经济成本的发布时间和数据样本收集均存在一定程度的滞后，这可能会导致最近一个年份的保守成本远低于实际成本。因此，需要通过模型估算2010—2019年入侵昆虫的经济成本，以1970—2017年数据为基础，使用modelCosts 函数构建最小二乘法（OLS regression）、稳健回归（robust regression）和分位数回归（quantile regression）3 种预测模型。其中，最小二乘法和稳健回归均采用线性和二阶2 种方式，分位数回归取值0.1、0.5 和0.9，分别表示成本下限、成本中值和成本上限。比较均方根误差（root mean square error，RMSE）评估各模型拟合的准确性，数值越低则模型预测越准确[16]。

1.3 数据分析

采用R v4.1.2软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 1970—2017年全球入侵昆虫保守经济成本

保守估算显示，1970—2017 年全球因昆虫入侵所产生的经济成本为5 004.38 亿美元（3.38 万亿人民币），年均104.26 亿美元（704.25 亿人民币）。过去的48 年中，入侵昆虫的经济成本持续上升，21 世纪10 年代的年均成本是50 年前的60 倍，增长最快的年份是2000—2009 年，整体投入较上个10年增长了1 862亿美元（图1）。

图1 1970—2017年全球入侵昆虫保守经济成本Fig. 1 Conservative economic costs of invasive insects worldwide from 1970 to 2017

2.2 成本构成分析

在计算获得的总成本中，有65 个国家和地区标记了2 661.57 亿美元的支出，其中，美国累计成本最高，为1 135.44 亿美元，占比达42.66%；我国入侵昆虫的经济成本排名第2，为503.52 亿美元（3 401.13亿人民币），占比18.92%；印度、加拿大、巴西、泰国、哥伦比亚分列第3~第7 位，支出总成本均超过50亿美元（图2）。

图2 各国入侵昆虫经济成本Fig. 2 Economic cost of invasive insects in various countries

各国用于管理入侵昆虫的支出总计312.07亿美元，该值仅占入侵昆虫危害损失总额的13.28%（2 349.5 亿美元）。1970—2009 年，入侵昆虫所产生的损失和管理成本均持续增长，但各国投入管理成本的增幅明显小于危害造成损失的增幅。20 世纪90 年代各国管理与损失比为53.33%，至21 世纪初下降为9.72%，最近10 年则进一步减少为8.18%。

产生入侵成本的昆虫共11 目、78 科、176 属、235种，不同昆虫所产生的经济成本差异较大。经济成本最高的10 种入侵生物依次为：伊蚊（Aedesspp.）、台湾家白蚁（Coptotermes formosanus）、红火蚁（Solenopsis invicta）、棉 铃 象 甲（Anthonomus grandis）、小火蚁（Wasmannia auropunctata）、白蜡窄吉丁（Agrilus planipennis）、舞毒蛾（Lymantria dispar）、云杉蓝树蜂（Sirex noctilio）、西方蜜蜂（Apis mellifera）和苹果蠹蛾（C. pomonella）（图3）。

图3 经济成本最高的入侵昆虫种类Fig. 3 The invasive insects species with the highest economic costs

2.3 模型预测结果

如图4所示，3种模型所得拟合曲线均呈上升趋势，21世纪10年代入侵昆虫的经济成本较上个10 年进一步增长。比较均方根误差显示，线性稳健回归在3 种模型中误差最小，除0.1 和0.9 分位数回归外，各模型间准确率差距较小。因此，排除小于2000—2009 年年均成本（228.21 亿美元）的预测结果，21世纪10年代入侵昆虫所产生的可能经济成本为2 923.62~7 097.25 亿美元，最高置信值为3 672.24亿美元。

图4 入侵昆虫预测模型建模结果Fig. 4 Invasive insect prediction modeling results

3 讨论

相较于综合考虑生态服务功能损失的经济损失评估[17]，本研究从直接成本的角度测算了过去近50 年中入侵昆虫所产生的经济成本，虽然所得的评估数值要低于其对生态系统的真实损失[18]，但值得注意的是入侵昆虫仍然给全球经济造成了巨大压力。以保守估算的平均每年104.26亿美元来看，这一数值超过了2017年全球18个最小经济体国内生产总值之和，倘若以模型预测2010—2019 年年均最高值709 亿美元来看，入侵昆虫所产生的经济成本与中美洲国家危地马拉2017 年全国的GDP基本相当[19]。

表1 各年代入侵昆虫的损失与管理成本Table 1 Losses and management costs of invasive insects every decade

关于入侵生物经济成本与时间的趋势关系，Essl等[20]认为，入侵生物即使没有进一步的扩散传播，其入侵的时间越长所产生的成本也将越高。本研究发现，随着时间的推移，入侵昆虫的经济成本呈上升趋势，这意味着未来如不能有效预防和根除入侵昆虫，全球将遭受更为严重的经济损失。管理成本的增速缓慢是未来入侵昆虫可能造成更为严重损失的主要因素。Fantle-Lepczyk 等[21]测算发现，2020 年美国入侵生物的防控总经费为13.5 亿美元，对比2001年的6.3亿美元，在过去的20年间用于管理入侵生物的经费仅增加了1.1倍，而同期生物造成的入侵损失由31 亿美元·年-1上升为210 亿美元·年-1，同比增长了577%。来自入侵昆虫的个案报道也得出了同样的结论，全球12 种入侵蚂蚁的管理成本仅占总成本的4.13%[22]，且占比逐年下降，伊蚊扩散的前55 年，管理成本基本没有变化，而其危害损失却增加了45.7亿美元[23]。这些研究均表明入侵生物防控急需从管理方面加大投入，以降低后续灾害发生造成的经济损失。

我国入侵昆虫的经济成本仅次于美国，排名全球第2。考虑到近年来草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）、长林小蠹（Hylurgus ligniperda）等重大危险性害虫相继入侵我国[24-25]，红火蚁（S.invicta）、美国白蛾（Hyphantria cunea）等检疫性害虫持续扩散[26-27]，在未来很长的一段时间内，我国入侵昆虫所产生的经济成本仍将处于长期增长态势。因此，为加强我国入侵昆虫的抵御能力，从降低入侵昆虫危害损失的角度，建议开展以下3 方面研究：一是研究适用于我国的生物灾害经济损失评估方法，通过行政要求、技术标准或者协会准则等多维度规范农、林业保险评估赔付体系；二是加大对入侵昆虫的基础研究，在现有监测、防治研究的基础上向深层次挖掘，培育入侵昆虫学新的生长点；三是持续推动国际间交流，特别是对他国危害一般的常发性害虫进行风险分析，以避免其传入我国后因适宜生境而造成更大的危害。

尽管采用了目前世界最大的生物入侵经济库测算了入侵昆虫的经济成本，但在估算结果上本研究仍存在一定不足。一是数据量比较有限，InvaCost 是建立在以英语为基础的开源数据库，非英语数据仅占总数据的14%[28]，以其他语言记录的数据可能未被收集；二是非直接经济投入的生态效益难以量化，生物多样性损失、景观价值损失、水土保持能力下降等这些难以用货币评估的生态后果没有完全体现，这可能导致评估的结果低于真实数据。

表2 模型均方根误差Table 2 Model root mean square error evaluation