蔬菜主要病蟲害發(fā)生流行氣象預(yù)報模型

摘要：針對蔬菜霜霉病和菜青蟲這兩個主要病蟲害，分別建立霜霉病和菜青蟲流行程度短期預(yù)測和氣候年景預(yù)測預(yù)報模型。實際觀測結(jié)果表明，預(yù)報擬合效果較好。在預(yù)報模型基礎(chǔ)上開發(fā)出一套蔬菜病蟲害氣象等級預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對霜霉病和菜青蟲的發(fā)生和流行進(jìn)行及時準(zhǔn)確的預(yù)報，為蔬菜生產(chǎn)管理及病蟲害防治提供技術(shù)支持，科學(xué)指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)，合理使用農(nóng)藥，提高蔬菜的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：霜霉?。徊饲嘞x；氣象；預(yù)報模型

中圖分類號：S165+.28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3159-05

霜霉病和菜青蟲是蔬菜種植中最常見、造成損失最大的兩種主要病蟲害，是制約蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的主要因子，病蟲害造成蔬菜的潛在損失在20%～30%。國外對蔬菜霜霉病發(fā)生流行方面的研究報道較少，國內(nèi)對這方面研究較多。洪傳學(xué)等[1]以初始菌量、日最高和最低氣溫、日最高和最低相對濕度等為自變量，以流行系統(tǒng)的狀態(tài)參量病害發(fā)展事態(tài)為因變量，通過浸染位點描述霜霉病流行系統(tǒng)狀態(tài)，組建了霜霉病流行模擬模型；孔憲陽等[2]以活動積溫為自變量、病情指數(shù)為因變量初步建立了露地蔬菜霜霉病預(yù)測模型；何自福等[3]經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)查，以流行速率為因變量，以同期廣州地區(qū)的氣溫、濕度、降水量和雨日等4個氣象因子的累積值為自變量建立了廣州地區(qū)露地蔬菜霜霉病流行程度的預(yù)測模型。國內(nèi)外對菜青蟲的氣象預(yù)報等級研究鮮有報道，國內(nèi)研究集中在菜青蟲的發(fā)育生長特點及防治方面，徐世才等[4]對菜粉蝶5個溫度處理下發(fā)育起點溫度和有效積溫進(jìn)行了分析；葉藝林[5]對室內(nèi)恒溫條件下菜粉蝶越冬后發(fā)育起點溫度和有效積溫進(jìn)行了研究，得到發(fā)育速率與溫度之間的回歸模型。

研究針對蔬菜霜霉病和菜青蟲這兩個主要病蟲害，建立霜霉病和菜青蟲流行程度預(yù)測模擬模型，以期對霜霉病和菜青蟲的發(fā)生和流行進(jìn)行及時準(zhǔn)確的預(yù)報，并開發(fā)出一套蔬菜病蟲害氣象等級預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，開展長、短期預(yù)報服務(wù)，為蔬菜生產(chǎn)防治管理提供技術(shù)支持，科學(xué)指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)，合理使用農(nóng)藥，提高蔬菜的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 資料來源及處理

1.1.1 氣象資料 采用孝感市人工氣象觀測站逐日氣象資料，要素包括風(fēng)、溫度、濕度、光照、降水等。

1.1.2 病蟲害資料 蔬菜蟲害數(shù)據(jù)為孝感市植保站觀測的2005-2012年蔬菜菜青蟲田間觀測資料，2005-2009年資料用于歷史過程的分析和建模，2010-2012年資料用于預(yù)報應(yīng)用驗證。另外霜霉病的觀測資料來自武漢市東西湖區(qū)植保站2000-2012年的田間觀測整理資料。

除了采用植保站蔬菜病蟲害觀測資料以外，還開展了田間調(diào)查， 資料來源于2010-2012年在湖北省孝感市和武漢市東西湖區(qū)針對菜青蟲和霜霉病不定期的田間調(diào)查數(shù)據(jù)，深入系統(tǒng)地調(diào)查其分布、病蟲發(fā)生輕重、消長規(guī)律、防治效果等。植物病蟲害田間調(diào)查很難進(jìn)行全面逐株的調(diào)查，擬選取一部分樣本來估算總體情況。不同類別的病蟲害在田間的分布情況不同，首先確定病蟲害的田間分布類型，按照分布特點在田間選取調(diào)查樣本。

1）病害調(diào)查。在孝感市和東西湖區(qū)選擇大棚種植的萵苣和露天種植的黃瓜，調(diào)查霜霉病發(fā)生程度、發(fā)生面積、病棚率、病株率、病葉率、病果率。

2）蟲害調(diào)查。在孝感市和東西湖區(qū)選擇露地種植的白菜和蘿卜這兩種種植面積大、易受病蟲侵害的蔬菜，調(diào)查菜青蟲在不同生育期的發(fā)生程度、百株卵量、百株幼蟲數(shù)、為害葉率以及每葉蟲量。

1.1.3 災(zāi)損資料 災(zāi)損資料包括孝感市2005-2012年蔬菜病蟲害發(fā)生時的作物面積、減產(chǎn)量、損失程度等相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；搜集露地蔬菜病蟲害監(jiān)測資料，包括時間、地點、發(fā)生程度以及病蟲害發(fā)生時的觀測指標(biāo)。

1.2 研究方法

利用武漢和孝感地區(qū)大棚種植萵苣霜霉病發(fā)生流行程度數(shù)據(jù)及氣象資料，研究大棚小氣候中萵苣霜霉病的發(fā)生與流行規(guī)律。通過對大棚萵苣霜霉病發(fā)生的實地調(diào)查，對萵苣霜霉病流行的相關(guān)氣候因素進(jìn)行了統(tǒng)計分析，確定了萵苣霜霉病發(fā)生的氣象指標(biāo)，提出將促病指數(shù)作為萵苣霜霉病流行預(yù)測模型。

菜青蟲的發(fā)生發(fā)展與氣象因子關(guān)系密切，采用統(tǒng)計分析方法對菜青蟲蟲卵量與溫度、降水、濕度、風(fēng)等氣象要素之間進(jìn)行相關(guān)分析，篩選出影響菜青蟲流行的關(guān)鍵氣候因子，再通過回歸分析方法得出其定量關(guān)系，據(jù)此得出菜青蟲的發(fā)生預(yù)測模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜霉病發(fā)生氣象等級預(yù)報模型

2.1.1 萵苣霜霉病發(fā)生氣象條件分析 對于大棚萵苣而言， 由于棚內(nèi)相對濕度一般在75%以上， 且在陰到多云的情況下大棚內(nèi)的日平均溫度比大氣日平均氣溫高3 ℃左右。因此主要考慮日照時數(shù)的影響。通過加權(quán)平均，利用相關(guān)分析法分析了感病期各氣象要素對蔬菜病害的誘發(fā)程度，確定了大棚萵苣霜霉病發(fā)生的氣象指標(biāo)：12月中旬至4月下旬期間，大氣日平均氣溫≥5 ℃、日平均日照時數(shù)

≤2 h、風(fēng)速大小與蔬菜病害流行的等級密切相關(guān)。定義日平均氣溫≥5 ℃、日平均日照時數(shù)≤2 h、風(fēng)速≤3 m/s為蔬菜病害促病氣象條件，滿足條件的當(dāng)天為蔬菜病害致病日。按照蔬菜病害最終發(fā)病率，大棚萵苣蔬菜病害發(fā)生發(fā)展的氣象條件等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1。

2.1.2 霜霉病短期預(yù)報模型 在蔬菜病害感病期間，促病氣象條件對蔬菜病害的影響程度與其出現(xiàn)的時間及持續(xù)的天數(shù)密切相關(guān)?？紤]兩者影響，蔬菜病害感病期的促病指數(shù)（Z）為：

Z=■Ai·Di （1）

公式（1）中：Ai為致病日持續(xù)時間對促病指數(shù)的修正系數(shù)；Di為蔬菜病害致病日指數(shù)。當(dāng)日平均氣溫≥5 ℃、日照時數(shù)≤2 h的情況下，日平均風(fēng)速≤3 m/s時，Di取1.0，3 m/s<日平均風(fēng)速≤8 m/s時，Di取0.5。根據(jù)最優(yōu)化技術(shù)二維尋優(yōu)變量輪換的原理確定Ai值， 致病日持續(xù)天數(shù)達(dá)到1、2、3 d，修正系數(shù)分別為1.0、1.5、2.0，致病日持續(xù)天數(shù)達(dá)到或超過4 d，修正系數(shù)取3.0。根據(jù)促病指數(shù)將蔬菜病害發(fā)生氣象等級定為5級，具體見表2。

根據(jù)上述計算公式推算出萵苣霜霉病促病指數(shù)，與調(diào)查的實際發(fā)生流行程度進(jìn)行比較和檢驗，計算結(jié)果見表3。從表3可以看出大部分計算結(jié)果與實際相吻合。在實際蔬菜病害預(yù)測中，先計算前期的蔬菜病害促病指數(shù)，再結(jié)合調(diào)查得到的蔬菜病害的實際發(fā)生情況以及中長期天氣預(yù)測結(jié)果制作主要蔬菜病害的預(yù)測預(yù)報模型。

2.1.3 霜霉病長期預(yù)報模型 霜霉病以兩種形式越冬，一是以菌絲在種子或者冬季蔬菜上越冬，二是以卵孢子的形式越冬，而在來年繼續(xù)為害。菌絲或者卵孢子越冬主要受低溫約束，故以1月份日最低氣溫的平均值作為因子，分析低溫與霜霉病發(fā)生程度之間的相關(guān)關(guān)系，建立霜霉病年景預(yù)測模型（圖1），得出霜霉病發(fā)生程度年景預(yù)報模型為■=18.743+4.13 x，r2=0.552， 回歸方程顯著。

表4是霜霉病氣候年景預(yù)測模型計算結(jié)果與實際發(fā)生程度的比較， 2010-2012年數(shù)據(jù)為獨立檢驗結(jié)果。從表4可以看出，模型計算結(jié)果與實際發(fā)生程度擬合效果較好。

2.2 菜青蟲發(fā)生程度與氣象條件的關(guān)系及預(yù)測模型

2.2.1 菜青蟲發(fā)生程度分級標(biāo)準(zhǔn) 各地的菜青蟲觀測資料格式不統(tǒng)一，發(fā)生程度存在缺測的情況，鑒于此，對蟲害資料發(fā)生程度重新分級。菜青蟲發(fā)生流行時世代疊加且生育期短，在田間實際調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)為害的菜葉上蟲卵共存，且卵在適宜氣象條件下幾天便能孵化為幼蟲啃食菜葉。研究按照百株蟲卵量（蟲與卵的合計數(shù)量）作為發(fā)生程度分級標(biāo)準(zhǔn)，共分為5級（表5）。

2.2.2 菜青蟲與氣象要素相關(guān)性分析 溫度、降水和濕度、風(fēng)等氣象要素均可影響害蟲的地區(qū)分布、遷移、生存時期、繁育與成活率。根據(jù)菜青蟲生長發(fā)育周期特點，將田間調(diào)查數(shù)據(jù)與前15 d氣象條件進(jìn)行相關(guān)性分析，選取與菜青蟲發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的氣象條件作為預(yù)測模型的因子。由表6可以得出，與蟲卵量相關(guān)性較好的是溫度和降水量，而相對濕度和風(fēng)速與蟲卵量的相關(guān)性較差。由此得出，菜青蟲發(fā)生發(fā)展與前期溫度和降水量關(guān)系密切。

2.2.3 菜青蟲蟲卵量與溫度的線性關(guān)系 菜青蟲百株蟲卵量與溫度的線性關(guān)系為：■=-3 927.8+254.91 x，r2=0.501 4，回歸方程顯著。從圖2可知，在16～28 ℃溫度范圍內(nèi)，菜青蟲百株蟲卵量與溫度呈正相關(guān)，溫度越高蟲卵量越多，菜青蟲發(fā)生程度越重。

2.2.4 菜青蟲蟲卵量與降水量的線性關(guān)系 菜青蟲百株蟲卵量與降水量的線性關(guān)系為■=404.5+15.04 x，r2=0.376 8， 回歸方程顯著（圖3）。降水量影響環(huán)境濕度，對菜青蟲的成活率和繁殖力有較大影響，在一定降水范圍內(nèi)，百株蟲卵量與降水量呈正相關(guān)，即前期降水量越大蟲卵量越多，菜青蟲發(fā)生流行的程度也越重。

2.2.5 菜青蟲發(fā)生流行短期預(yù)測模型 由于菜青蟲的發(fā)育階段分為5個齡期，而4～5齡幼蟲的危害最大，故需要分析菜青蟲卵發(fā)育及幼蟲各齡期發(fā)育氣象條件。光照長短主要影響成蟲產(chǎn)卵，而菜青蟲卵及幼蟲發(fā)育主要與溫度相關(guān)。菜青蟲發(fā)育起點溫度為6 ℃，有效積溫為217 日·度，經(jīng)過10～15 d發(fā)育為蛹。

鑒于菜青蟲的發(fā)育歷期為10～15 d，而菜青蟲世代疊加，菜青蟲的整個發(fā)育過程與溫度、降水和有效積溫關(guān)系密切，故選取菜青蟲發(fā)生期前10～15 d的有效積溫和降水量作為相關(guān)因子分析與百株蟲卵量的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明，發(fā)生期前15 d的有效積溫和降水量與百株蟲卵量相關(guān)性最好。

有效積溫K=N（T-C）， 式中，K為菜青蟲發(fā)育歷期有效積溫；N為發(fā)育歷期，研究取10 d作為相關(guān)因子； T為發(fā)育過程平均溫度；C為菜青蟲的發(fā)育閾溫度，菜青蟲發(fā)育起始溫度為6 ℃。

根據(jù)表7分析結(jié)果可見，菜青蟲百株蟲卵量與前15 d有效積溫和降水量相關(guān)性最好，故以前15 d有效積溫和降水量作為影響因子，采用線性回歸方程分析百株蟲卵量與氣溫和降水量的關(guān)系?；貧w方程為■=13.468 x1+11.741 x2-3 553.36， r2=0.724，回歸方程顯著，其中y為百株蟲卵量，x1、x2分別為菜青蟲發(fā)生期前15 d的有效積溫和降水量。圖4、圖5分別為菜青蟲百株蟲卵量與有效積溫和降水量的關(guān)系曲線。

根據(jù)菜青蟲預(yù)報模型計算公式推算出菜青蟲蟲卵量，與2011年調(diào)查的實際發(fā)生流行程度進(jìn)行比較和檢驗，計算結(jié)果見表8，從表8可以看出大部分計算結(jié)果與實際相吻合。

對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，2011年4～6月的菜青蟲發(fā)生程度與氣候條件關(guān)系顯著，而6月下旬至9月下旬，由于天敵增多、寄主植物減少、強(qiáng)降雨機(jī)械性沖刷，菜青蟲數(shù)量急劇減少，而10月又開始增多，11～12月由于氣溫降低，菜青蟲開始化蛹越冬。故上述預(yù)測模型適合4～6月預(yù)測菜青蟲發(fā)生程度。

2.2.6 菜青蟲發(fā)生流行長期預(yù)測模型 菜青蟲危害發(fā)生程度受到蟲情基數(shù)、氣象條件的影響。而對發(fā)生危害程度影響比較大的是上年的蟲情基數(shù)，蛹在冬季受到低溫威脅，部分被凍死，而部分存活到第二年春季3、4月羽化為成蟲，第一代幼蟲發(fā)生在4月上旬至5月下旬，第二代幼蟲發(fā)生在5月中旬。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，一年的發(fā)生高峰期均在第二代，為害最嚴(yán)重的也是這段時期，故本研究以第二代發(fā)生程度來代表年發(fā)生程度，分析冬季蛹的受凍情況與第二代發(fā)生程度的關(guān)系，建立年景預(yù)報模型。冬季1月極端氣溫最低，故分析1月平均最低氣溫與發(fā)生程度之間的關(guān)系，如圖6所示。

年景預(yù)測模型為：■=0.361 8 x+4.752， 其中■為發(fā)生程度，x為1月平均最低氣溫，r2=0.500 5， 回歸方程顯著。

表9中數(shù)據(jù)是菜青蟲氣候年景預(yù)測模型計算結(jié)果與實際發(fā)生程度的比較，其中2005-2009年數(shù)據(jù)為回代檢驗結(jié)果，2010-2012年數(shù)據(jù)為獨立檢驗結(jié)果，從表9可以看出擬合效果較好。

3 小結(jié)

通過田間調(diào)查與資料搜集，分析菜青蟲和霜霉病年度發(fā)生流行程度與氣候環(huán)境因子的關(guān)系，建立了霜霉病和菜青蟲的長、短期預(yù)報模型，通過應(yīng)用檢驗，有較好的預(yù)報效果。研究的蔬菜病蟲害氣象等級預(yù)報方法還可以用于其他地區(qū)氣象部門開展蔬菜病蟲害預(yù)報。

無論用何種時效和何種方法對病蟲害的預(yù)測預(yù)報都須建立在長時間序列準(zhǔn)確及時的病蟲及其相關(guān)信息的觀測基礎(chǔ)上，氣象部門必須與農(nóng)業(yè)植保部門加強(qiáng)科研與業(yè)務(wù)合作，完善預(yù)報模型，聯(lián)合開展作物病蟲害預(yù)報和氣象條件等級預(yù)報，才能使服務(wù)收到事半功倍的效果。

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