基于R統(tǒng)計(jì)分析方法研究水稻病蟲害與氣象條件的關(guān)系

劉麗娟，譚峰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶 163319）

水稻病蟲害具有種類多、常暴發(fā)、影響大、災(zāi)害深的特點(diǎn)，是制約我國水稻生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的一項(xiàng)重要因素，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要生物災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因水稻病蟲害導(dǎo)致的糧食損失量達(dá)400～500 萬t[1]。因此，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)、快捷地對(duì)水稻病蟲害進(jìn)行預(yù)警，并提供病蟲害防治方法，是有效控制水稻病蟲害危害、保障水稻安全的基礎(chǔ)性工作。

水稻病害原生物的繁殖、傳播、侵染和害蟲的分布、活動(dòng)、繁殖、蔓延、危害等都與氣象條件密切相關(guān)[2-3]。因此，研究水稻病蟲害與氣象條件之間的關(guān)系對(duì)開發(fā)水稻病蟲害預(yù)警系統(tǒng)，降低病蟲害帶來的災(zāi)害性損失，準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)水稻病蟲害的發(fā)生做出預(yù)警有著重要的意義。

1 資料來源

采用黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局勝利農(nóng)場2007-2011年水稻病蟲害資料，以及同期勝利農(nóng)場環(huán)境溫度、土壤溫度、土壤濕度、風(fēng)速、降雨量等氣象數(shù)據(jù)信息。

2 水稻病蟲害發(fā)生的時(shí)間和發(fā)病特征

2.1 水稻病蟲害發(fā)生規(guī)律

根據(jù)對(duì)勝利農(nóng)場多年氣象數(shù)據(jù)和勝利農(nóng)場水稻病蟲害發(fā)生情況的分析結(jié)果[4-5]，以及當(dāng)?shù)厮緦＜业慕?jīng)驗(yàn)總結(jié)，初步得出勝利農(nóng)場水稻病蟲害的發(fā)病規(guī)律（如表1 所示）。

表1 黑龍江省農(nóng)墾總局勝利農(nóng)場水稻病蟲害發(fā)生規(guī)律Table 1 Occurrence of rice diseases and pests on the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the shengli farm

2.2 年變化

由表2 可以看出，2009年和2010年水稻病蟲害發(fā)生較為嚴(yán)重，尤其是2010年最為嚴(yán)重。2010年年降雨量為626.8 mm，相對(duì)溫度較高，適合水稻病蟲害繁殖傳播。

2.3 月變化

從表3 可以看出：7月份開始發(fā)生水稻病蟲害，但面積較小。2009年7月份整體降水多、氣溫低、日照少，7月8-11日、13-24日、28-30日持續(xù)陰天。經(jīng)過3 次大量降水過程，7月份總降雨量達(dá)167.8 mm，比歷年多40 mm。特別是7月中旬降雨量99.9 mm，比歷年多70 mm，是歷史上最多的一年。平均氣溫為20.2 ℃，比歷年低1 ℃。本月日照少，比歷年少60 h，陰天日數(shù)20 d。8月份水稻病蟲害初步受到控制，停止蔓延。8月份雖然降水量也較多，但平均溫度特別高，比歷年高2.6 ℃。數(shù)據(jù)表明，低溫潮濕的環(huán)境對(duì)水稻生長不利，有利于水稻病蟲害的發(fā)生和傳播。高溫對(duì)水稻病蟲害有抑制作用。

表2 黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局勝利農(nóng)場2007年10月-2011年9月氣象信息與水稻發(fā)病情況統(tǒng)計(jì)表Table 2 Meteorological information and rice morbidity statistics of the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the shengli farm in October 2007 - September 2011

表3 黑龍江省農(nóng)墾總局勝利農(nóng)場2009年氣象信息與水稻發(fā)病情況統(tǒng)計(jì)表Table 3 Meteorological information and rice morbidity statistics of the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the Shengli farm in 2009

2010年的數(shù)據(jù)中，7月份有水稻病蟲害發(fā)生，與6月份的氣象信息相比，7月份的溫度變化程度較小，平均溫度保持在22 ℃左右，有利于水稻病蟲害發(fā)生，7月份濕度和降雨量明顯增加，就很容易導(dǎo)致水稻病蟲害的發(fā)生，所以容易發(fā)病的地區(qū)就開始零星發(fā)病了。由表4 可知，造成水稻病蟲害迅速蔓延的原因與氣候等條件有關(guān)，尤其進(jìn)入8月份后，平均溫度21.4 ℃，正適合病菌和蟲害的繁殖，平均相對(duì)濕度卻由82.6%增加到84.9%，大多病菌和蟲害適宜繁殖的濕度卻要求90%以上，一般環(huán)境不適合病菌和蟲害的繁衍，但此時(shí)的降雨量從7月份114.8 mm 增加到161.2 mm，連續(xù)的陰雨加之大風(fēng)天氣就會(huì)導(dǎo)致水稻病蟲害的大流行。

3 統(tǒng)計(jì)分析方法

進(jìn)行加工整理，對(duì)其進(jìn)行定量和定性分析，揭示客觀事物的規(guī)律性，預(yù)測其發(fā)展趨勢，做出符合實(shí)際的結(jié)論和推斷，提出有助于決策和管理的建議。統(tǒng)計(jì)分析是一個(gè)從現(xiàn)象到本質(zhì)，從感性到理性的認(rèn)識(shí)客觀世界的過程，是統(tǒng)計(jì)工作的重要組成部分。因此，選擇合適的統(tǒng)計(jì)分析方法非常重要，使用的數(shù)據(jù)分析方法是R 統(tǒng)計(jì)學(xué)。

3.1 R 統(tǒng)計(jì)學(xué)簡介

R 是一套完整的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和制圖軟件系統(tǒng)。它的功能包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)；數(shù)組運(yùn)算工具（其向量、矩陣運(yùn)算方面功能尤其強(qiáng)大）；完整連貫的統(tǒng)計(jì)分析工具；優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)制圖功能；簡便而強(qiáng)大的編程語言：可操縱數(shù)據(jù)的輸入和輸出，可實(shí)現(xiàn)分支、循環(huán)，用戶可自定義功能。

統(tǒng)計(jì)分析是將統(tǒng)計(jì)資料按照科學(xué)的理論與方法

表4 黑龍江省農(nóng)墾總局勝利農(nóng)場2010年氣象信息與水稻發(fā)病情況統(tǒng)計(jì)表Table 4 Meteorological information and rice morbidity statistics of the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the Shengli farm in 2010

與其說R 是一種統(tǒng)計(jì)軟件，還不如說R 是一種數(shù)學(xué)計(jì)算的環(huán)境，因?yàn)镽 并不是僅僅提供若干統(tǒng)計(jì)程序，使用者可以僅指定數(shù)據(jù)庫和若干參數(shù)便可進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析。R 的思想是：它可以提供一些集成的統(tǒng)計(jì)工具，但更大量的是它提供各種數(shù)學(xué)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)計(jì)算的函數(shù)，從而使使用者能靈活機(jī)動(dòng)的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，甚至創(chuàng)造出符合需要的新的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法。

3.2 選擇R 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的原因

R 語言的語法表面上類似C，但在語義上是函數(shù)設(shè)計(jì)語言（functional programming language）的變種并且和Lisp 以及APL 有很強(qiáng)的兼容性。而且R 具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，R 是一個(gè)完全免費(fèi)的統(tǒng)計(jì)軟件，因此使用R 完全不必?fù)?dān)心侵犯版權(quán)之類的問題；其次，R具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析和科學(xué)數(shù)據(jù)可視化功能，能提供各種數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析及圖形顯示工具；通過編制自己的函數(shù)可以擴(kuò)展現(xiàn)有的R 語言的功能；另外，利用R 語言內(nèi)嵌的統(tǒng)計(jì)函數(shù)，R 語言的語法就很容易學(xué)習(xí)和掌握。目前R 語言在國外一些大學(xué)的統(tǒng)計(jì)教學(xué)和科研中已得到了廣泛應(yīng)用，但是在我國多數(shù)人對(duì)R 還比較陌生，關(guān)于R 的公開出版物也還很有限。不過，近年來國內(nèi)已有不少學(xué)者開始關(guān)注和學(xué)習(xí)R，并為推廣R 而努力。

4 水稻病蟲害氣象環(huán)境分析變化

圖1 黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局勝利農(nóng)場2007-2011年水稻病蟲害及降雨量分布圖Fig.1 Rice diseases and pests and rainfall distribution map of the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the shengli farm in 2007-2011

根據(jù)黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局勝利農(nóng)場2007-2011年氣象信息與水稻病蟲害數(shù)據(jù)值進(jìn)行分析，并使用R 中的制圖功能，將水稻病蟲害發(fā)病情況圖繪制成圖，以便直觀分析[6-7]。圖1 中降雨量的變化趨勢用藍(lán)色曲線表示，水稻病蟲害發(fā)病情況用黑色三角形表示，從圖1 中可明顯看出，水稻病蟲害發(fā)病程度與降雨量相關(guān)。圖2 中，共采集2007-2011年12 組（按月分組）氣象信息及水稻病蟲害數(shù)據(jù)值進(jìn)行分析，并繪制數(shù)據(jù)分布圖，紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表水稻病蟲害，綠色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表相對(duì)濕度，藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表平均氣溫，黑色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表月降水量。通過使用R 統(tǒng)計(jì)分析中的相關(guān)性分析函數(shù)，計(jì)算出平均溫度、相對(duì)濕度、降水量與水稻病蟲害發(fā)生之間的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果表明，相對(duì)濕度、月降水量與水稻病蟲害發(fā)生程度呈正相關(guān)，且相關(guān)性顯著，平均溫度與水稻病蟲害呈負(fù)相關(guān)（a=0.01），如表5 所示。

圖2 黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局勝利農(nóng)場2007-2011年水稻病蟲害與氣象信息采樣分析圖Fig.2 Plant diseases and insect pests of rice and meteorological information sampling analysis diagram of the Heilongjiang saves farming cultivate bureau the Sanjiang branch the shengli farm in 2007-2011

表5 水稻病蟲害程度與氣象要素的相關(guān)性Table 5 Plant diseases and insect pests of rice and meteorological factor correlation degree

5 結(jié)論

（1）勝利農(nóng)場水稻病蟲害每年都有發(fā)生，但具有明顯的季節(jié)性，病菌和蟲害一般殘留在稻草堆中，在刮風(fēng)下雨的天氣傳播開，大多發(fā)生在每年的6、7月份。

（2）水稻病蟲害的發(fā)生與相對(duì)濕度、降雨量呈顯著正相關(guān)，與日平均溫度呈負(fù)相關(guān)。因此，連續(xù)陰天降雨是水稻病蟲害發(fā)生的重要?dú)庀髼l件，日照少、溫度低有利于病菌和蟲害的傳播蔓延。氣象要素有較好的可預(yù)報(bào)性，可以通過對(duì)氣象要素的測報(bào)，實(shí)現(xiàn)水稻病蟲害的預(yù)警工作。

（3）水稻病蟲害的發(fā)生、傳播受很多因素影響，其中氣象條件是一個(gè)較為重要的因素，但在水稻田間實(shí)踐中，還要研究其他要素的作用，這一點(diǎn)將在今后的實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)研究。

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