区域环境影响下的随机媒介传染病动力学研究——以赣南脐橙黄龙病为例

Huanglongbing is the most devastating disaster of citrus production in the world, and also is a kind of vector borne diseases. In recent years, citrus Huanglongbing has occurred in the large area of Gannan areas, and brought unprecedented serious threat to Gannan navel orange. This project is to take Ganzhou, Jiangxi province as the specific regional environment, based on the theory of stochastic delay, impulsive differential equation and complex network, aim to study the transmission of Huanglongbing under the influence of human disturbance and regional changes. It would focus on the following three scientific problems: (1) Research on the propagation model of orchard. Propose stochastic and impulsive dynamic models, respectively, study the effects of drug spraying intensity under random disturbance on the transmission of citrus Huanglongbing, and obtain the optimal spraying range and intensity; Establish stochastic dynamic models with time delays, achieve the basic reproduction number, and discuss the effects of incubation period to control Huanglongbing; (2) Study on the epidemic model of the inter-orchard. Develop stochastic epidemic network models for the spread of Huanglongbing, estimate the influence range of infected navel orange population on susceptible population, and then establish a multi-scale model; (3) Precautions. Based on the sensitivity analysis method, obtain the optimal control policies, predict prevalence variation characteristics of Huanglongbing in Gannan areas, and provide a theoretical basis for the development and evaluation of control strategies.

黄龙病是世界柑橘生产上最具毁灭性的病害，也是一种媒介传染病。近几年，该病害在赣南地区大面积发生，对赣南脐橙带来前所未有的严重威胁。本项目拟以江西赣州为具体地域环境，以随机时滞、脉冲微分方程和复杂网络为理论基础，针对人为干预和区域转换影响下黄龙病的流行和传播问题进行研究，重点解决三个问题：（1）果园内传播模型研究。建立基于个体的随机、脉冲黄龙病动力学模型，分析随机扰动下药物喷洒强度大小对黄龙病流行传播的影响，得到最优的喷洒范围和强度；建立多重时滞动力学模型，得到基本再生数，研究黄龙病的潜伏期对其防控的影响；（2）果园间流行传播模型研究。建立随机网络传染病模型，估算染病脐橙树种群对易感种群的折射影响范围大小和程度，进而耦合建立多尺度模型； （3）预警措施研究。基于敏感性分析方法，给出木虱综合防治的最优策略，为黄龙病的控制提供一定的理论依据和提出建设性的建议。

赣南脐橙是中国国家地理标志产品，是我国目前本土品牌价格最高的农产品品牌之一。但是，近年来，受气候变暖、柑橘木虱虫口激增等因素影响，黄龙病在赣南地区大面积发生，对赣南脐橙带来前所未有的严重威胁。本项目以江西赣州为具体地域环境，以随机、时滞、脉冲微分方程等为理论基础，针对人为干预和区域转换影响下黄龙病的流行和传播问题进行研究。（1）分别建立黄龙病在果园内、果园间的流行传播动力学模型，研究模型的动力学性态：提出了基于个体的随机、脉冲黄龙病动力学模型，分析随机扰动下药物喷洒强度大小对黄龙病流行传播的影响；考虑柑橘树和木虱的潜伏时滞等对黄龙病传播的影响，建立多重时滞动力学模型，得到基本再生数，研究黄龙病的潜伏期对其防控的影响；考虑随机干扰对柑橘木虱和柑橘树中黄龙病传播的影响、柑橘树发病的潜伏期和侵染期等的作用，分析易感种群的折射影响范围大小和程度，得到疾病的传播阈值，预测疾病的流行趋势；（2）设计了赣南脐橙黄龙病远程防控预警系统和远程监控管理系统，实现了对赣南脐橙果园作物的生长环境、黄龙病的患病率和发病率等实时监控，从而达到果园管理的智能化、网络化，在最大程度上保护赣南脐橙产业的发展；提供了一种基于剪裁YOLOv3-SPP3的柑橘木虱检测与识别方法、一种脐橙病虫害监测方法及装置和一种害虫消杀系统、方法、电子设备及存储介质，对木虱进行精准定位消杀，提升消杀效率与消杀效果，减少农药的过度使用对环境的污染；（3）利用数学手段，基于敏感性分析方法和Prontryagin最大值原理等给出最优的喷洒控制策略，对黄龙病传播、扩散产生影响的关键参数进行筛选、模拟和分析，为黄龙病的防治提供建设性的建议，为黄龙病的控制研究提供一定的理论依据。