中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)“China－blight”的組建及運(yùn)行

胡同樂(lè)， 張玉新， 王樹(shù)桐， 楊軍玉， 張 瑜， 曹克強(qiáng)＊

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，保定 071001； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，保定 071001）

馬鈴薯作為第4大糧食作物，廣泛分布于150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，全球種植面積達(dá)2 000萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量達(dá)3億t［1－2］。目前，中國(guó)已成為世界上馬鈴薯生產(chǎn)第1大國(guó)，常年種植面積約530多萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量近7 500萬(wàn)t，占世界總種植面積和產(chǎn)量的1／4［1］。由致病疫霉［Phytophthorainfestans（Mont.）de Bary］引起的馬鈴薯晚疫病曾于1845年在愛(ài)爾蘭大流行，造成了著名的“愛(ài)爾蘭大饑荒（Irish potatofamine）”［3］，目前在世界各馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生和流行［4－5］，其危害性、防治難度及對(duì)社會(huì)造成的影響，已超過(guò)稻瘟病和小麥銹病，成為全球第1大作物病害，據(jù)估計(jì)，全球每年因晚疫病造成的經(jīng)濟(jì)損失（直接損失和藥劑花費(fèi)）高達(dá)30～50億美元［6－7］。

由于生產(chǎn)上應(yīng)用的品種多不抗病，國(guó)內(nèi)外主要依靠化學(xué)防治控制該病危害，為了減少用藥次數(shù)提高防效，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家在多年對(duì)晚疫病流行預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)上［8］，開(kāi)始研制并使用預(yù)警系統(tǒng)（warning system，又稱決策支持系統(tǒng)decision support system，DSS）為生長(zhǎng)季馬鈴薯晚疫病的化學(xué)防治時(shí)機(jī)、次數(shù)和藥劑種類及劑量的確定提供參考。目前，在歐洲主要應(yīng)用的DSS有11個(gè)［9］，我國(guó)在這方面遠(yuǎn)落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來(lái)隨著我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及也為預(yù)警系統(tǒng)的組建和運(yùn)行提供了契機(jī)。在這種背景下，作者借鑒國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的最新發(fā)展成果，結(jié)合多年對(duì)馬鈴薯晚疫病流行規(guī)律的研究，借助信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)并組建了“中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系 統(tǒng) （China－blight）”，其 域 名 為 www.chinablight.net，自2008年6月開(kāi)始運(yùn)行，現(xiàn)將其系統(tǒng)架構(gòu)及功能介紹如下。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，系統(tǒng)主要包括“中國(guó)晚疫病實(shí)時(shí)分布”、“未來(lái)48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)”和“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”等3個(gè)子系統(tǒng)，此外還提供“晚疫病防治方法”、“品種抗病性”、“化學(xué)藥劑庫(kù)”、“其他病蟲害”、“問(wèn)題與經(jīng)驗(yàn)交流”和“用戶田間管理電子檔案”等信息與服務(wù)功能。

系統(tǒng)采用B／S三層（瀏覽器、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)）開(kāi)放式互聯(lián)架構(gòu)，此架構(gòu)可以保證用戶不受空間、時(shí)間的限制。用戶只需使用一臺(tái)能夠連接internet的電腦，就可以在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)發(fā)布和獲取疫情信息，保證了疫情信息的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性。選取JSP網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，保證了系統(tǒng)的延展性、可維護(hù)性和跨平臺(tái)性，使系統(tǒng)可以部署在包括Windows、Unix等多種操作系統(tǒng)上。同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)使用Rational Rose 2007作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，使工作效率和代碼質(zhì)量得到了成倍的提高。

圖1 中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的主要功能及其實(shí)現(xiàn)

限于篇幅，主要針對(duì)“中國(guó)馬鈴薯晚疫病實(shí)時(shí)分布”、“未來(lái)48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)”和“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”等3個(gè)子系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)作一介紹。

2.1 中國(guó)馬鈴薯晚疫病實(shí)時(shí)分布子系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)

圖2是“中國(guó)馬鈴薯晚疫病實(shí)時(shí)分布”子系統(tǒng)的主頁(yè)面，中國(guó)地圖上的紅色圓點(diǎn)表示已經(jīng)發(fā)現(xiàn)晚疫病的地點(diǎn)，全國(guó)任一監(jiān)測(cè)地點(diǎn)提交疫情報(bào)告后，系統(tǒng)自動(dòng)確定該地點(diǎn)在地圖上的坐標(biāo)，而后在該點(diǎn)顯示紅色，可以實(shí)時(shí)更新。如果將鼠標(biāo)停留在紅色圓點(diǎn)的位置，屏幕就會(huì)彈出該疫情所在的具體地址、發(fā)病時(shí)間和發(fā)病程度等詳細(xì)信息。地圖左邊的“最新疫情播報(bào)”一欄滾動(dòng)播報(bào)全國(guó)范圍內(nèi)最新報(bào)告的晚疫病疫情的地點(diǎn)和日期。地圖下面列表中?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）名稱后面括號(hào)中的數(shù)字表明此時(shí)該?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）已報(bào)告的疫情總數(shù)，點(diǎn)擊任一?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）的名稱或點(diǎn)擊上方中國(guó)地圖中該?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）所對(duì)應(yīng)的區(qū)域，系統(tǒng)就會(huì)鏈接至該?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）的“疫情實(shí)時(shí)分布圖”（圖未給出）。點(diǎn)擊任一市（盟或自治州）的名稱，系統(tǒng)就會(huì)鏈接至該市（盟或自治州）“馬鈴薯晚疫病發(fā)病一覽表”，將該區(qū)域范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的疫情詳細(xì)信息（發(fā)病地點(diǎn)、發(fā)病時(shí)間和發(fā)病程度等）一一列出，以便用戶了解已發(fā)現(xiàn)疫情的數(shù)目、地點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)日期和發(fā)生程度等（圖未給出）。

上述所有功能的實(shí)現(xiàn)都由系統(tǒng)程序自動(dòng)完成，并且可以實(shí)時(shí)更新。

圖2 “中國(guó)馬鈴薯晚疫病實(shí)時(shí)分布”子系統(tǒng)主頁(yè)面

2.2 未來(lái)48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)子系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)

在馬鈴薯生長(zhǎng)季，系統(tǒng)運(yùn)行中心根據(jù)中央氣象臺(tái)的天氣預(yù)報(bào)，結(jié)合我國(guó)馬鈴薯種植區(qū)域分布以及適宜馬鈴薯晚疫病菌大量侵染的天氣條件，每天人工繪制一幅“未來(lái)48 h中國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”（圖3）。對(duì)于未來(lái)48 h天氣條件非常適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區(qū)域，在地圖中以紅色表示；對(duì)于未來(lái)48 h天氣條件接近適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區(qū)域，在地圖中以黃色表示；其他區(qū)域未來(lái)48 h不適合晚疫病菌的侵染。

天氣條件是否適宜晚疫病菌的侵染，主要依據(jù)曹克強(qiáng)在瑞士期間所建立的晚疫病菌大量侵染的條件進(jìn)行判斷［10］：如果未來(lái)48 h溫度在10～20℃，且其中一天有降雨（中到大雨）或連續(xù)兩天之內(nèi)都有小雨，則該時(shí)段天氣條件非常適合晚疫病菌產(chǎn)孢和侵染（顯示為紅色區(qū)域）；如果未來(lái)48 h內(nèi)，溫度在10～20℃，只有一天有小雨，則該天氣條件接近適合晚疫病菌產(chǎn)孢和侵染的條件（顯示為黃色區(qū)域）。

2009年我國(guó)北方馬鈴薯一作區(qū)晚疫病發(fā)生危害關(guān)鍵時(shí)期（6－7月）“China－blight系統(tǒng)”共繪制和發(fā)布“未來(lái)48 h中國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”40幅，針對(duì)黑龍江克山等5個(gè)地點(diǎn)（這些地點(diǎn)生長(zhǎng)季節(jié)相近，并且有協(xié)作研究人員進(jìn)行晚疫病發(fā)生情況調(diào)查）對(duì)這40幅預(yù)測(cè)圖進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，并與田間病害實(shí)際發(fā)生程度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果（表1）表明，在此期間黑龍江克山、吉林梅河口和吉林汪清縣分別預(yù)測(cè)出現(xiàn)危險(xiǎn)性天氣條件（非常適合晚疫病菌侵染或接近適合晚疫病菌侵染）17、16次和14次，田間晚疫病發(fā)生程度均為中等偏重；而河北張北和圍場(chǎng)分別出現(xiàn)預(yù)測(cè)危險(xiǎn)性天氣條件6次和7次，田間晚疫病基本未發(fā)生或發(fā)病極輕。這一結(jié)果也充分說(shuō)明盡管晚疫病的發(fā)生與各地所栽品種的抗病程度及田間菌源多少有密切關(guān)系，但天氣條件無(wú)疑是決定田間病害發(fā)生程度的最重要因素。因此，系統(tǒng)所繪制和發(fā)布的“未來(lái)48 h中國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”與病害發(fā)生的實(shí)際程度吻合度較高。

圖3 “未來(lái)48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)”子系統(tǒng)頁(yè)面

表1 China－blight發(fā)布的“未來(lái)48中國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”與病害實(shí)際發(fā)生程度對(duì)比（2009）1）

2.3 馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)

上述“未來(lái)48 h中國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”（圖3）是根據(jù)中央氣象臺(tái)的“全國(guó)天氣預(yù)報(bào)”繪制的，因此只能宏觀地反映全國(guó)各大區(qū)域范圍內(nèi)晚疫病菌侵染的危險(xiǎn)程度。如想了解某一具體地點(diǎn)（或某一田塊）是否適合晚疫病菌侵染、是否需要對(duì)晚疫病進(jìn)行化學(xué)防治，則需要系統(tǒng)提供更具針對(duì)性的預(yù)測(cè)和建議，基于此目的設(shè)計(jì)了“馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”（圖4）。該系統(tǒng)是基于晚疫病的流行規(guī)律和生長(zhǎng)季晚疫病菌大量侵染的天氣條件［10］，根據(jù)病蟲害防治決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理而設(shè)計(jì)［11］。針對(duì)某一田塊的具體情況，用戶只需選擇性點(diǎn)擊相應(yīng)的信息（生育期、品種抗病性、地塊周圍晚疫病發(fā)生情況、本地近期天氣情況和近期針對(duì)晚疫病的用藥情況等），系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)這些信息給出相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果和建議，為該田塊的馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治提供參考。

圖4 “馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”子系統(tǒng)主頁(yè)面

3 系統(tǒng)建成以來(lái)的運(yùn)行情況、存在問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

系統(tǒng)自2008年6月投入運(yùn)行以來(lái)，2008年收到來(lái)自四川、黑龍江、貴州、吉林、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、云南、重慶和山東等省、市或自治區(qū)的晚疫病疫情報(bào)告64個(gè)，系統(tǒng)收到這些疫情報(bào)告后，實(shí)時(shí)自動(dòng)地將其在“中國(guó)馬鈴薯晚疫病實(shí)時(shí)分布圖”中顯示，為其他用戶掌握晚疫病的田間分布和發(fā)生動(dòng)態(tài)提供了依據(jù)；在馬鈴薯生長(zhǎng)季每天繪制一幅并及時(shí)發(fā)布“未來(lái)48 h全國(guó)馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測(cè)圖”，至今共發(fā)布近300幅；共撰寫并發(fā)布“馬鈴薯晚疫病預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)報(bào)”14期，及時(shí)向全國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)科研和生產(chǎn)一線技術(shù)人員通報(bào)了晚疫病發(fā)生情況，累計(jì)近2 800人次直接收到了本簡(jiǎn)報(bào)，其中一些人員又將簡(jiǎn)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)?shù)氐钠渌藛T，使預(yù)警信息得到更廣泛的普及。

該預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行目前存在的主要問(wèn)題表現(xiàn)在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)還不健全，從國(guó)外類似系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)看，每個(gè)系統(tǒng)都有一個(gè)“晚疫病疫情監(jiān)測(cè)報(bào)告人員網(wǎng)絡(luò)”，該人員網(wǎng)絡(luò)由農(nóng)業(yè)科技推廣人員、農(nóng)業(yè)科技顧問(wèn)、農(nóng)業(yè)科研人員和農(nóng)場(chǎng)主等構(gòu)成，例如英國(guó)晚疫病預(yù)警系統(tǒng)（Fight Against Blight）的“晚疫病疫情監(jiān)測(cè)報(bào)告人員網(wǎng)絡(luò)”由300人組成，這些人員分布于英國(guó)所有的馬鈴薯種植區(qū)，因此可以對(duì)生長(zhǎng)季晚疫病的田間分布和發(fā)生動(dòng)態(tài)做到全面監(jiān)測(cè)［12］。比較而言，我們?cè)谶@方面還有不小的差距，現(xiàn)在我們已具備了預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，但我們的“晚疫病疫情監(jiān)測(cè)報(bào)告人員網(wǎng)絡(luò)”才剛剛起步，還需要馬鈴薯產(chǎn)業(yè)界各方面的共同努力，建設(shè)一個(gè)覆蓋全國(guó)主要馬鈴薯產(chǎn)區(qū)的“晚疫病疫情監(jiān)測(cè)報(bào)告人員網(wǎng)絡(luò)”，這些人員可以是科研人員、推廣人員、馬鈴薯生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)民協(xié)會(huì)和種植大戶等。這些人員在馬鈴薯生長(zhǎng)季對(duì)本地區(qū)晚疫病的發(fā)生情況進(jìn)行觀察，利用“中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”這一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“田間晚疫病實(shí)時(shí)分布”的信息共享、相互預(yù)警，使我國(guó)馬鈴薯晚疫病的監(jiān)測(cè)和預(yù)警水平提升到一個(gè)更高的層次。

未來(lái)“中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”的發(fā)展還需要與手機(jī)短信相結(jié)合，目前我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)和電腦遠(yuǎn)不如手機(jī)普及，因此在現(xiàn)有“中國(guó)馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（China－blight）”互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立和完善手機(jī)短信平臺(tái)，可以方便用戶通過(guò)手機(jī)短信進(jìn)行疫情的報(bào)告與接收，使之更貼近生產(chǎn)者，更有效地服務(wù)于晚疫病的監(jiān)測(cè)預(yù)警，指導(dǎo)種植者對(duì)晚疫病進(jìn)行有效預(yù)防和控制。除此之外，建立相應(yīng)的手機(jī)上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁(yè)也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向，這樣可使手機(jī)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)瀏覽“晚疫病實(shí)時(shí)分布”、“未來(lái)48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)”，還可以通過(guò)使用“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”指導(dǎo)對(duì)晚疫病進(jìn)行有效防控。

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