農(nóng)作物病蟲發(fā)生級(jí)別與自然危害損失率關(guān)系辨析

李春廣，劉夢澤，湯金儀，姜玉英，趙中華，沈佐銳，程登發(fā)

（1.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；2.湖北省孝感市植保站，孝感 432000；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京 100193；4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193）

農(nóng)作物病蟲發(fā)生級(jí)別與其對應(yīng)的自然危害損失率的準(zhǔn)確判定是病蟲測報(bào)與危害損失評估的基礎(chǔ)性工作。病蟲發(fā)生級(jí)別的劃分是基于各地各種病蟲長期的歷史發(fā)生量數(shù)據(jù)以及病蟲危害損失率數(shù)據(jù)資料綜合權(quán)衡后確定的。由于病蟲種類繁多，在全國范圍內(nèi)獲取、處理歷史數(shù)據(jù)的手段有限，加之早期歷史數(shù)據(jù)資料不夠全面系統(tǒng)，過去許多病蟲發(fā)生級(jí)別的制定存在著明顯的缺陷，目前還有許多病蟲尚無分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于病蟲自然危害損失率與發(fā)生級(jí)別之間的關(guān)系紛爭很多，我們沿用至今的1996年出版的植物保護(hù)統(tǒng)計(jì)手冊認(rèn)為病蟲發(fā)生級(jí)別與其對應(yīng)的自然危害損失率之間是線性關(guān)系，糧棉油作物病蟲害的第5級(jí)損失率分別按25%、50%、30%計(jì)算，級(jí)差分別為5%、10%、6%［1］，如糧食作物病蟲不防治時(shí)1～5 級(jí)自然危害損失率分別為5%、10%、15%、20%、25%，以5%的梯度等距線性變化。它會(huì)帶來兩方面的問題：一方面否認(rèn)了同一作物不同病蟲相同發(fā)生級(jí)別危害損失之間的差異性，另一方面夸大了病蟲低級(jí)別的危害損失率。目前病蟲測報(bào)技術(shù)規(guī)范中，部分病蟲產(chǎn)量損失模型有直線關(guān)系、指數(shù)關(guān)系和對數(shù)關(guān)系［2］，關(guān)系不統(tǒng)一。這給農(nóng)作物病蟲害發(fā)生程度準(zhǔn)確分級(jí)以及病蟲危害損失評估和分解帶來許多問題，難以實(shí)施準(zhǔn)確有效的數(shù)學(xué)運(yùn)算，必須科學(xué)化、規(guī)范化。

1 病蟲最高發(fā)生級(jí)別（5級(jí)）的一般平均自然危害損失率

2013年，全國農(nóng)技推廣服務(wù)中心在全國縣級(jí)范圍內(nèi)征集了不同農(nóng)作物病蟲5 級(jí)發(fā)生水平時(shí)的一般平均自然損失率數(shù)據(jù)Sz5，涉及300 多種病蟲害，共收集到1 248 個(gè)縣市的上報(bào)數(shù)據(jù)，占全國總縣數(shù)的43.6%，幾乎一半的縣級(jí)植保部門參加了此次調(diào)查。通過軟件篩選、綜合匯總分析各地的試驗(yàn)與歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，大多數(shù)病蟲5級(jí)發(fā)生時(shí)的一般自然危害損失率在15%～45%之間?？陀^上證實(shí)了相同發(fā)生級(jí)別的不同病蟲危害損失之間存在差異性。根據(jù)征集的不同病蟲的5級(jí)自然危害損失率數(shù)據(jù)來確立病蟲5 級(jí)發(fā)生量指標(biāo)，才能使最高發(fā)生級(jí)別（5級(jí)）與其相對應(yīng)的自然危害損失率準(zhǔn)確對應(yīng)，使測報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)生級(jí)別與實(shí)際情況不至于脫節(jié)。例如，2006 年出版的《農(nóng)作物有害生物測報(bào)技術(shù)手冊》中定義，稻飛虱5 級(jí)發(fā)生量標(biāo)準(zhǔn)為自然損失率大于7%，或加權(quán)平均百叢蟲量超過1 600 頭［3］，這與在全國范圍征集的長江流域稻飛虱5 級(jí)發(fā)生的平均自然損失率40.8%差距很大。

2 病蟲內(nèi)部發(fā)生級(jí)別之間自然危害損失率的關(guān)系

農(nóng)作物病蟲害發(fā)生級(jí)別是依據(jù)各地各種病蟲長期的歷史發(fā)生量數(shù)據(jù)和危害損失率綜合權(quán)衡后確定的，其中危害損失率是確定病蟲發(fā)生級(jí)別的基礎(chǔ)性依據(jù)。病蟲5級(jí)發(fā)生量水平確定后，再依據(jù)一定的危害損失關(guān)系確定1～4級(jí)發(fā)生量水平。作為確定病蟲發(fā)生級(jí)別的危害損失，不同級(jí)別之間應(yīng)該存在統(tǒng)一規(guī)范化的量化關(guān)系。不同病蟲5級(jí)自然危害損失率通過在全國范圍內(nèi)征集獲取后，各病蟲內(nèi)部發(fā)生級(jí)別之間的關(guān)系也必須明確。2014 年2 月28日，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心在北京組織召開了核心專題會(huì)議，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)沈佐銳教授、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所程登發(fā)研究員、全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心測報(bào)處、防治處、標(biāo)準(zhǔn)信息處全體領(lǐng)導(dǎo)和專家，以及部分2009-2014年參加全國農(nóng)作物病蟲危害損失評估試驗(yàn)的重點(diǎn)基層植保站技術(shù)人員參會(huì)。會(huì)議一方面明確了相同發(fā)生級(jí)別的不同病蟲危害損失存在著差異性，另一方面明確了生產(chǎn)中主要農(nóng)作物病蟲的發(fā)生量與自然危害損失率之間的純理論關(guān)系為邏輯斯蒂曲線（即S曲線）。由于農(nóng)作物病蟲5 級(jí)發(fā)生的自然危害損失率大多在15%～45%之間，病蟲自然危害損失率與發(fā)生級(jí)別的關(guān)系處于邏輯斯蒂曲線前半段，近似為指數(shù)曲線［4］。考慮到病蟲2級(jí)發(fā)生水平時(shí)，發(fā)生程度接近防治經(jīng)濟(jì)閾值，自然損失率為3%左右，大約1%～5%之間，綜合權(quán)衡擬合后，同一病蟲相鄰發(fā)生級(jí)別與對應(yīng)的自然危害損失率近似為倍率關(guān)系。

3 病蟲發(fā)生程度的一般定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

在農(nóng)作物病蟲測報(bào)工作實(shí)踐中，病蟲測報(bào)技術(shù)人員對病蟲發(fā)生程度1～5級(jí)的定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：1級(jí)為輕發(fā)生，零星見病蟲，不需要化學(xué)防治，作物無明顯受害損失；2級(jí)為中等偏輕發(fā)生，病蟲發(fā)生量達(dá)防治經(jīng)濟(jì)閾值水平左右，通過農(nóng)藝和保護(hù)天敵等措施可控制危害，不防治可造成零星危害；3級(jí)為中等發(fā)生，病蟲不防治時(shí)會(huì)造成明顯損失（部分危害較輕的病蟲3級(jí)發(fā)生量也只是防治經(jīng)濟(jì)閾值水平左右）；4級(jí)為中等偏重發(fā)生，需要重點(diǎn)普防，病蟲不防治時(shí)會(huì)造成較重?fù)p失；5 級(jí)為大發(fā)生，需要大面積普防，病蟲不防治時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。

4 病蟲1～5級(jí)相鄰發(fā)生級(jí)別間自然危害損失率為倍率指數(shù)曲線關(guān)系

在實(shí)際工作中，基層病蟲測報(bào)技術(shù)人員對病蟲發(fā)生級(jí)別的劃分，一方面依據(jù)發(fā)生量指標(biāo)，另一方面存在著明顯的歷史經(jīng)驗(yàn)感知比較。人們對許多信息的感知與強(qiáng)度呈對數(shù)關(guān)系，如人們對聲音強(qiáng)弱的感覺與聲強(qiáng)的對數(shù)成正比，對亮度的感覺與光強(qiáng)的對數(shù)成正比，即等級(jí)與強(qiáng)度為指數(shù)曲線關(guān)系。

病蟲發(fā)生級(jí)別有5個(gè)等級(jí)，本身容許有一定的偏差范圍。綜合以上多方面考慮，可以確定病蟲發(fā)生級(jí)別與自然危害損失率為倍率指數(shù)曲線關(guān)系，這種關(guān)系統(tǒng)一規(guī)范化后，可大大簡化病蟲危害損失評估和分解的計(jì)算處理，使病蟲損失評估和計(jì)算能達(dá)到實(shí)用化程度，這時(shí)病蟲n級(jí)自然危害損失率Szn計(jì)算公式如下：

5 指數(shù)曲線與邏輯斯蒂曲線兩種計(jì)算自然危害損失率方法之比較

如果某病蟲5級(jí)自然危害損失率為40%，則4級(jí)自然危害損失率Sz4＝40%×24-5＝20%，3、2級(jí)自然危害損失率分別為10%、5%；如果5級(jí)自然危害損失率為20%，則4、3、2級(jí)自然危害損失率分別為10%、5%、2.5%，該病蟲3級(jí)發(fā)生水平接近防治閾值水平。

n級(jí)自然危害損失率Szn的兩種計(jì)算比較。設(shè)定邏輯斯蒂曲線與指數(shù)曲線兩者的Sz5和Sz3相等，進(jìn)行曲線擬合。

Sz5＝40%時(shí)（Sz3＝10%），n級(jí)自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計(jì)算公式：

Sz5＝30%時(shí)（Sz3＝7.5%），n級(jí)自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計(jì)算公式：

Sz5＝20%時(shí)（Sz3＝5%），n級(jí)自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計(jì)算公式：

式中參數(shù)a的值取決于病蟲的Sz5，參數(shù)b表示病蟲自然危害損失率的內(nèi)稟增長能力，每個(gè)病蟲出現(xiàn)2個(gè)參數(shù)a和b，如果直接引用此公式會(huì)帶來巨量的計(jì)算，難以實(shí)用化。

Sz5＝40%時(shí)，n級(jí)自然危害損失率Szn指數(shù)曲線計(jì)算公式為Szn＝Sz5×2n-5。

2種計(jì)算方式的結(jié)果與圖示分別見表1和圖1。Sz5為30%和20%的2種計(jì)算結(jié)果與圖示分別見表2～3、圖2～3。

表1 Sz5＝40%、Sz3＝10%邏輯斯蒂曲線與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Table 1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

圖1 Sz5＝40%、Sz3＝10%邏輯斯蒂曲線與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Fig.1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

表2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%邏輯斯蒂與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Table 2 Comparison of natural loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

圖2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%邏輯斯蒂曲線與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Fig.2 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

表3 Sz5＝20%、Sz3＝5%邏輯斯蒂與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Table 3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

從表1～3，圖1～3可以看出，指數(shù)曲線與邏輯斯蒂曲線計(jì)算的1～5級(jí)自然危害損失率曲線高度吻合。采用指數(shù)曲線公式Szn＝Sz5×2n-5計(jì)算n級(jí)自然損失率Szn可大大簡化計(jì)算過程，也便于直觀理解。當(dāng)病蟲發(fā)生程度達(dá)到歷史罕見的特大暴發(fā)水平時(shí)，自然危害損失率處于高水平，病蟲自然危害損失率處于邏輯斯蒂曲線后半段，如果這時(shí)將病蟲發(fā)生級(jí)別定義為6級(jí)代入公式Sz6＝Sz5×26-5進(jìn)行計(jì)算會(huì)有明顯偏差，經(jīng)綜合權(quán)衡計(jì)算對比平均后，可將發(fā)生級(jí)別定義為5.7級(jí)代入公式Sz5.7＝Sz5×25.7-5進(jìn)行計(jì)算，會(huì)得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖3 Sz5＝20%、Sz3＝5% 邏輯斯蒂與指數(shù)曲線計(jì)算的自然危害損失率比較Fig.3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

2009-2014年，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心在全國不同生態(tài)區(qū)域陸續(xù)安排了農(nóng)作物重大病蟲草危害損失評估試驗(yàn)工作，廣泛開展農(nóng)作物病蟲草危害損失評估方法的探索和實(shí)踐。通過各地大量的試驗(yàn)和會(huì)商，不斷完善和改進(jìn)，最終決定在全國縣級(jí)范圍內(nèi)征集了不同農(nóng)作物病蟲5級(jí)發(fā)生水平時(shí)的一般平均自然損失率數(shù)據(jù)Sz5，并確定病蟲1～5級(jí)相鄰發(fā)生級(jí)別間自然危害損失率為倍率指數(shù)曲線關(guān)系。通過開發(fā)出的“農(nóng)業(yè)有害生物危害損失測算系統(tǒng)”軟件，對6年來全國多省市水稻、小麥、玉米、油菜、棉花、馬鈴薯等多種農(nóng)作物的病蟲危害損失評估試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果得到各試驗(yàn)單位的普遍認(rèn)可。

［1］劉松林，王春波，王壽倫.植物保護(hù)統(tǒng)計(jì)手冊［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996：235.

［2］全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心.主要農(nóng)作物病蟲害測報(bào)技術(shù)規(guī)范應(yīng)用手冊［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.

［3］全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心.農(nóng)作物有害生物測報(bào)技術(shù)手冊［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：136.

［4］沈佐銳.昆蟲生態(tài)學(xué)及害蟲防治的生態(tài)學(xué)原理［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009：404.