ENSO事件與海南農(nóng)墾橡膠白粉病發(fā)生流行的關系

曹學仁, 車海彥, 楊 毅, 羅大全

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所,農(nóng)業(yè)部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室,海口 571101)

ENSO事件與海南農(nóng)墾橡膠白粉病發(fā)生流行的關系

曹學仁, 車海彥, 楊 毅, 羅大全*

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所,農(nóng)業(yè)部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室,?？?571101)

應用數(shù)理統(tǒng)計方法對1962-2009年海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)數(shù)據(jù)及ENSO事件發(fā)生年的歷史資料進行了分析,結果表明,厄爾尼諾事件發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)增加;拉尼娜事件發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)降低?？ǚ綑z驗結果表明,次年橡膠白粉病病情指數(shù)增加與厄爾尼諾事件的發(fā)生有顯著的關聯(lián),Spearman相關性分析也表明,ENSO事件的發(fā)生和海南農(nóng)墾次年橡膠白粉病病情的距平值之間有顯著的正相關性。

ENSO事件; 橡膠白粉病; 關系; 海南農(nóng)墾

近年來,全球氣候異常并導致世界性自然災害頻發(fā)的現(xiàn)象已愈來愈引起人們的關注。ENSO事件由厄爾尼諾(El Ni?o)和南方濤動(Southern Oscillation)組合,厄爾尼諾是指赤道中、東太平洋每隔幾年發(fā)生的大規(guī)模表層海水持續(xù)(半年以上)異常偏暖的現(xiàn)象,而把赤道中、東太平洋海水大規(guī)模持續(xù)(半年以上)異常偏冷的現(xiàn)象稱為反厄爾尼諾或La Ni?a (拉尼娜)。在El Ni?o年份,出現(xiàn)南太平洋高壓和印度尼西亞-澳大利亞低壓同時減弱甚至相反(西高東低)的情況,即兩地區(qū)海平面氣壓之間出現(xiàn)“蹺蹺板”式的反相關變化的現(xiàn)象叫做南方濤動?？梢奅NSO是一種全球尺度的海洋-大氣相互耦合影響的事件,它也是引起全球氣候異常的強信號,對全球范圍內(nèi)許多地方的降水、氣溫等要素有重要影響。有研究推測,今后幾十年或更長時間內(nèi),厄爾尼諾仍將頻繁出現(xiàn)[1]。

植物病蟲害的發(fā)生是和氣候緊密相關的,因此關于由ENSO事件帶來的全球氣候異常是否對植物病蟲害的發(fā)生產(chǎn)生影響的研究報道也有不少[23]。趙圣菊和姚彩文[4]研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾與長江流域小麥赤霉病大流行有較高的吻合率,并且認為厄爾尼諾的出現(xiàn)可作為長江流域小麥赤霉病大流行的前兆性指標。在厄爾尼諾或反厄爾尼諾事件的當年,為我國褐飛虱中到大發(fā)生年,在厄爾尼諾或反厄爾尼諾事件的間歇期,為輕發(fā)生年[5]。馮崇川和張聯(lián)社[6]也發(fā)現(xiàn)陜西小麥黃矮病歷年發(fā)生和流行周期與厄爾尼諾現(xiàn)象的復出周期有吻合趨勢,即厄爾尼諾年的次年是小麥黃矮病發(fā)生流行年。對厄爾尼諾事件與我國冬小麥白粉病發(fā)病面積的相關關系的研究表明,在厄爾尼諾出現(xiàn)的起始年,冬小麥白粉病發(fā)病面積相對較小;在厄爾尼諾起始年至下一個厄爾尼諾起始年的前一年,冬小麥白粉病發(fā)病面積趨勢逐年增大,并在下一個厄爾尼諾起始年的前一年達到最大值;在連續(xù)出現(xiàn)厄爾尼諾的年份,冬小麥白粉病發(fā)生面積逐年降低[7]。Olatinwo等[8]研究了ENSO事件對由番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt virus,TSWV)引起的花生芽枯病毒病的影響,結果發(fā)現(xiàn)拉尼娜事件年該病毒病的病情要顯著輕于厄爾尼諾事件年和非ENSO事件年。舒暢等[9]研究發(fā)現(xiàn),我國長江中下游稻區(qū)褐飛虱在厄爾尼諾發(fā)生年的當年大發(fā)生的可能性較大;在拉尼娜發(fā)生年后的第4年不會大發(fā)生的可能性較大。

由橡膠樹粉孢菌(Oidium heveae Steinm)侵染引起的橡膠樹白粉病是我國橡膠樹上的重要病害之一,該菌主要危害橡膠樹的嫩葉、嫩芽、嫩梢和花序,發(fā)生嚴重時對橡膠樹的生長和產(chǎn)量均有顯著影響,造成較大的經(jīng)濟損失[10]。海南是我國橡膠樹的主要種植區(qū)之一,1959年橡膠白粉病在海南農(nóng)墾第一次大流行,此后每年均有發(fā)生,甚至在一些年份全面流行,成為海南農(nóng)墾橡膠樹的主要病害。本文對ENSO事件與海南墾區(qū)橡膠白粉病發(fā)生流行的關系進行了研究。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1962-2003年海南農(nóng)墾橡膠樹白粉病的病情指數(shù)數(shù)據(jù)來源于《海南農(nóng)墾橡膠樹病蟲害防治五十年》一文[11],2004-2009年病情數(shù)據(jù)由海南農(nóng)墾總局提供。

本研究以目前國際上定義ENSO的主要指數(shù)(海洋尼諾指數(shù)(oceanic Ni?o index,ONI)(Ni?o 3.4區(qū)海溫指數(shù)的3個月滑動平均值)來定義ENSO事件。ONI指數(shù)連續(xù)5個月≥0.5℃稱為一次厄爾尼諾事件(El Ni?o),連續(xù)5個月≤-5.0℃稱為一次拉尼娜事件[12-13]。ONI數(shù)值從美國氣候預測中心下載(http：∥www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices)。1962-2009年厄爾尼諾和拉尼娜事件發(fā)生情況見表1。

表1 1962-2009年海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)及ENSO事件發(fā)生情況Table 1 Disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farms and ENSO events during 1962-2009

1.2 數(shù)據(jù)處理

采用差值法和距平法對病情指數(shù)進行處理,其中差值法采用次年橡膠白粉病病情指數(shù)與當年橡膠白粉病病情指數(shù)的差值,距平法是采用橡膠白粉病病情指數(shù)與1962-2009年橡膠白粉病病情指數(shù)均值的差值。分別計算厄爾尼諾事件年次年、拉尼娜事件年次年和正常年次年橡膠白粉病病情指數(shù)增加(距平值大于0)或降低(距平值小于0)出現(xiàn)的概率。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用2×2聯(lián)列表卡方(Chi-square)檢驗分析El Ni?o事件和La Ni?a事件與海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)變化概率的關聯(lián)性。

采用Spearman相關分析方法分析ENSO事件和海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情變化值的相關關系。

2 結果與分析

2.1 ENSO事件發(fā)生后海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)的變化

1962-2009年共發(fā)生15次厄爾尼諾事件,共有16個厄爾尼諾事件年(表1)。其中1962-2009年海南農(nóng)墾有3年橡膠白粉病病情指數(shù)超過60,其中有2年出現(xiàn)在厄爾尼諾事件年次年,而病情指數(shù)低于20的7個年份中僅有1年出現(xiàn)在厄爾尼諾事件年次年。有10個厄爾尼諾事件年次年橡膠白粉病病情指數(shù)和當年相比增加,占厄爾尼諾事件年的62.5%,有11個厄爾尼諾事件年次年橡膠白粉病病情指數(shù)的距平大于0,占厄爾尼諾事件年的68.75% (表2)。說明厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)增加。

1962-2009年共發(fā)生了10次拉尼娜事件,共有14個拉尼娜事件年。病情指數(shù)低于20的7個年份中有3年出現(xiàn)在拉尼娜事件年次年,有9個拉尼娜事件年次年橡膠白粉病病情指數(shù)和當年相比降低,占拉尼娜事件年的64.29%,有8個拉尼娜事件年次年橡膠白粉病病情指數(shù)的距平值小于0,占拉尼娜事件年的57.14%,說明拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)降低。

表2 ENSO事件對1962-2009年海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情的影響1)Table 2 Effects of ENSO on disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farm during 1962-2009

從1962-1984年,海南墾區(qū)每年橡膠白粉病的病情波動較大,這一時期(23年)厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)生次數(shù)也較多,其中厄爾尼諾和拉尼娜事件年分別有8個和9個;1985-1996年海南墾區(qū)橡膠白粉病病情一直維持在一個較高的水平,每年的病情指數(shù)都在40以上,這一時期(12年)厄爾尼諾和拉尼娜事件年分別為4個和2個,且以厄爾尼諾事件年為主;隨后,從1997-2009年橡膠白粉病病情指數(shù)再次進入波動期,13年中厄爾尼諾和拉尼娜事件年均為4個(圖1)。這表明厄爾尼諾和拉尼娜事件年出現(xiàn)越頻繁,橡膠白粉病病情指數(shù)也越容易發(fā)生波動。

2.2 ENSO事件和海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情的關系

卡方分析結果發(fā)現(xiàn),次年橡膠白粉病病情指數(shù)增加與厄爾尼諾事件的發(fā)生有顯著的關聯(lián)(χ2= 5.104,P=0.024),次年橡膠白粉病病情指數(shù)的距平大于0與厄爾尼諾事件也有顯著的關聯(lián)(χ2= 4.279,P=0.039)。但次年橡膠白粉病病情指數(shù)降低及次年橡膠白粉病病情指數(shù)的距平小于0與拉尼娜事件的發(fā)生均未有顯著的關聯(lián)(χ2=0.267,P= 0.606;χ2=2.123,P=0.145)。

圖1 1962-2009年ENSO事件和海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)的關系Fig.1 Relationship of ENSO and disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farm during 1962-2009

Spearman相關性分析表明,ENSO事件和海南農(nóng)墾次年橡膠白粉病病情的距平值之間有顯著的正相關性(P=0.046),與次年橡膠白粉病病情指數(shù)與當年橡膠白粉病病情指數(shù)的差值之間也有一定的正相關性,但未達到顯著水平(P=0.139)。

3 結論與討論

兩個獨立事件的關聯(lián)通常用2×2聯(lián)列表做卡方(Chi-square)檢驗,以定性數(shù)據(jù)為基礎的χ2檢驗不能很好地反映兩因子在數(shù)量上的變化,即把ENSO年份與病害發(fā)生年份時間序列上的相關性信息給丟失了。一般Pearson相關分析要求數(shù)據(jù)是連續(xù)性分布且服從正態(tài)分布,而Spearman相關分析對數(shù)據(jù)無要求。由于ENSO事件是否發(fā)生屬于離散型數(shù)據(jù),且已有研究表明,和χ2檢驗及Pearson相關分析相比,Spearman相關分析應用起來較為靈活方便,靈敏度較高[14-15],因此本研究除了采用χ2檢驗外,還選取Spearman相關分析來分析ENSO事件與次年海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)的關系。兩種方法均表明ENSO事件對橡膠白粉病病情是有影響的。

由于厄爾尼諾和拉尼娜事件一般都是跨年度發(fā)生,而冬春時期的氣象條件特別是溫度和橡膠白粉病的發(fā)生及流行有密切的關系,因此本研究主要分析ENSO事件和次年橡膠白粉病病情的關系。

厄爾尼諾事件發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)增加,拉尼娜事件發(fā)生后,大多數(shù)情況下次年橡膠白粉病的病情指數(shù)減小。這和厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生后容易出現(xiàn)暖冬,拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生后出現(xiàn)冷冬的可能性較大有關。已有研究結果發(fā)現(xiàn),在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生后的冬季,東亞大槽強度比常年偏弱,東亞極鋒鋒區(qū)位置較常年偏北,不利于寒潮暴發(fā),冷空氣活動減弱,中國東部大部分地區(qū)溫度相對常年偏高,容易出現(xiàn)暖冬[16]。而暖冬則容易出現(xiàn)橡膠樹落葉不徹底,抽芽早而不整齊,越冬菌量較大,次年白粉病的流行可能性大[17]。但是春季溫度高,容易加快橡膠樹嫩葉生長和老化速度,縮短嫩葉期時間,減輕病害的發(fā)生[18]。

另外,本研究還發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾和拉尼娜事件年出現(xiàn)越頻繁,橡膠白粉病病情指數(shù)也越容易發(fā)生波動,這也從一個方面反映了ENSO事件對海南墾區(qū)橡膠白粉病的發(fā)生程度是有一定影響的。但是ENSO事件是一種復雜的海-氣現(xiàn)象,其對氣候的影響更復雜,如何從致災因子的角度去分析ENSO事件對海南墾區(qū)橡膠白粉病的影響,以及如何從ENSO事件的發(fā)生和發(fā)展中去預測海南墾區(qū)橡膠白粉病的發(fā)生情況,還需要進一步的研究。當然,本研究僅從ENSO事件對氣候的影響這一方面研究了其對橡膠白粉病發(fā)生的影響,然而,橡膠白粉病的發(fā)生除了受氣候的影響外,其他條件特別是寄主的物候期也是重要因素,因此如何在實際中應用這些因素,也需要進一步研究。

[1] 于滬寧,江愛良.厄爾尼諾與全球趨暖災害驟增對農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的影響[J].地理科學進展,2000,19(3)：227-236.

[2] Yang X B,Scherm H.El Ni?o and infectious disease[J].Science,1997,275(5301)：737-741.

[3] 張知彬,王祖望.ENSO現(xiàn)象與生物災害[J].中國科學院院刊,1998(1)：34-38.

[4] 趙圣菊,姚彩文.厄尼諾與小麥赤霉病大流行關系的研究[J].災害學,1988(3)：21-28.

[5] 朱敏,胡國文,唐健,等.全球氣候異常(ENSO事件的發(fā)生)對我國褐飛虱大發(fā)生的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,1997,30(5)：1-5.

[6] 馮崇川,張聯(lián)社.陜西小麥黃矮病演變與厄爾尼諾現(xiàn)象[J].西北農(nóng)業(yè)學報,1999,8(l)：57-59.

[7] 霍治國,葉彩玲,錢拴,等.氣候異常與中國小麥白粉病災害流行關系的研究[J].自然災害學報,2002,11(2)：85-90.

[8] Olatinwo R O,Paz J O,Kemerait R C Jr,et al.El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO)：Impact on tomato spotted wilt intensity in peanut and the implication on yield[J].Crop Protection,2010,29(5)：448-453.

[9] 舒暢,姚英娟,曾小軍,等.ENSO事件和太陽黑子活動與我國長江中下游稻區(qū)褐飛虱大發(fā)生關系的研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報,2011,33(2)：258-263.

[10]劉靜.橡膠樹白粉病的研究進展[J].熱帶農(nóng)業(yè)科技,2010,33 (3)：1-5.

[11]海南農(nóng)墾科技編委會.海南農(nóng)墾橡膠樹病蟲害防治五十年[J].海南農(nóng)墾科技,2005,17(2)：34-45.

[12]Kousky V E,Higgins R W.An alert classification system for monitoring and assessing the ENSO cycle[J].Weather and Forecasting,2007,22(2)：353-371.

[13]許武成,王文,馬勁松,等.1951-2007年的ENSO事件及其特征值[J].自然災害學報,2009,18(4)：18-24.

[14]張峰,上官鐵梁.山西翅果油樹群落種間關系的數(shù)量分析[J].植物生態(tài)學報,2000,24(3)：351-355.

[15]高永恒,曾曉陽,周國英,等.長江源區(qū)高寒濕地植物群落主要種群種間關系分析[J].濕地科學,2011,9(1)：1-7.

[16]許武成,馬勁松,王文.關于ENSO事件及其對中國氣候影響研究的綜述[J].氣象科學,2005,25(2)：212-220.

[17]華南熱帶作物科學研究院植保研究所.橡膠白粉病流行規(guī)律的研究(1959-1981)[J].熱帶作物學報,1983,4(1)：75-84.

[18]范會雄,譚象生.橡膠樹白粉病流行規(guī)律與防治技術[J].植物保護,1997,23(3)：28-30.

(責任編輯：楊明麗)

Relationships between ENSO and epidemics of powdery mildew of rubber tree in Hainan State Farm

Cao Xueren, Che Haiyan, Yang Yi, Luo Daquan

(Institute of Environmental and Plant Protection,Chinese Academy of Tropic Agricultural Sciences,Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops,Ministry of Agriculture,Haikou 571101,China)

The data of disease index of powdery mildew of rubber tree in Hainan State Farm and occurrence of ENSO events in 1962-2009 were analyzed by using mathematical statistics methods.The results indicated that the disease index of powdery mildew of rubber tree increased in the year following El Ni?o,while the disease index of powdery mildew of rubber tree decreased in the year following La Ni?a.The increase of disease index in the following year was associated with the occurrence of El Ni?o based on Chi-square analysis.There was also significant positive correlation between the anomaly value of disease index and the occurrence of ENSO based on Spearman correlation analysis.

ENSO event; powdery mildew of rubber tree; relationship; Hainan State Farm

S 763.7

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.06.022

2014-11-27

2015-01-06

中央級科研院所基本科研業(yè)務費專項(2013hzs1J004)

致 謝： 感謝海南省農(nóng)墾總局的吳嘉漣老師和邱學俊 老師提供橡膠白粉病病情數(shù)據(jù)。

*通信作者 E-mail：luodaquan@163.com