江蘇省稻瘟病發(fā)生程度的氣象等級(jí)預(yù)報(bào)

任義方??+高蘋??+朱鳳

摘要：為了更好地開展稻瘟病的防治工作，探明適宜稻瘟病發(fā)生、發(fā)展的氣象條件和對(duì)應(yīng)氣象等級(jí)，利用江蘇省67站的歷史氣象資料，分析稻瘟病流行年份、水稻生長(zhǎng)前期和中后期的氣候特征。同時(shí)，結(jié)合2014年江蘇省稻瘟病發(fā)生實(shí)況，對(duì)其主要?dú)庀笥绊懸蜃舆M(jìn)行分析。并以江蘇省宜興和金壇為例，利用2005—2014年6—8月的常規(guī)氣象資料和水稻稻瘟病的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在綜合考慮氣象條件、寄主生長(zhǎng)情況、病菌基數(shù)之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)性分析，篩選出氣象影響因子所對(duì)應(yīng)的水稻關(guān)鍵生育期，利用最優(yōu)化技術(shù)，構(gòu)建綜合稻瘟病指標(biāo)，并確定稻瘟病發(fā)生程度氣象等級(jí)，以判別稻瘟病發(fā)生流行的氣象適宜度。經(jīng)試用檢驗(yàn)，綜合稻瘟病指標(biāo)對(duì)宜興和金壇稻瘟病發(fā)生程度的平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別超過66.7% 和62.5%，判別效果較好，可以投入實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水稻稻瘟病；綜合稻瘟病指標(biāo)；氣象等級(jí)預(yù)報(bào)；江蘇省

中圖分類號(hào)： S435.111.4+1；S165+.28文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0151-04

水稻作為江蘇省第一大糧食作物，種植面積和籽粒產(chǎn)量分別占全省糧食面積的40%和總產(chǎn)量的60%，產(chǎn)量穩(wěn)居全國(guó)第一。在氣候變化的大背景下，稻瘟病作為水稻四大病害（另外3種水稻病害分別為水稻紋枯病、水稻稻曲病、水稻病毒?。┲?，病害的發(fā)生情況與致災(zāi)條件趨于復(fù)雜化，危害水稻生長(zhǎng)的地理范圍不斷擴(kuò)大、程度逐步加劇。例如，2005—2007年、2013—2014年水稻稻瘟病在江蘇省均有大面積發(fā)生，且程度偏重。根據(jù)稻瘟病為害時(shí)期和發(fā)病部位可將其分為不同類型的瘟種（分別為苗瘟、葉瘟、節(jié)瘟、穗頸瘟、谷粒瘟）。其中，葉瘟在整個(gè)生育期均能發(fā)生，在分蘗至拔節(jié)期為害較重；穗頸瘟主要發(fā)病于拔節(jié)至孕穗期，以破口抽穗期為關(guān)鍵期，造成秕谷、霉病等現(xiàn)象，對(duì)水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)有嚴(yán)重的影響。此外，品種間發(fā)病差異大，經(jīng)田間調(diào)查，華粳7號(hào)、揚(yáng)粳4227、武運(yùn)粳24、南粳9108等品種發(fā)病較重。

稻瘟病發(fā)生的強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時(shí)間與中小尺度氣象要素存在著較為顯著的關(guān)系，國(guó)內(nèi)稻瘟病發(fā)生氣象條件和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究始于20世紀(jì)90年代。關(guān)于氣象因子如何影響稻瘟病發(fā)生、流行及危害的研究[1-3]均指出，適溫高濕、連續(xù)陰雨寡照有利于稻瘟病菌的滋生繁殖，易導(dǎo)致稻瘟病的流行。劉志恒等在稻瘟病病菌與氣象條件的關(guān)系等方面做了一些探討，發(fā)現(xiàn)病菌對(duì)溫度和濕度較敏感，為稻瘟病發(fā)生的氣象預(yù)報(bào)機(jī)理研究奠定了基礎(chǔ)[4]。目前對(duì)稻瘟病發(fā)生程度進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警的研究主要可以分為兩大類：一類是直接利用病害資料，建立統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；另一類將病害資料和氣象資料相結(jié)合，通過建立氣象條件與病害程度間的回歸模型或結(jié)合致病氣象條件直接構(gòu)建指標(biāo)等手段來得以實(shí)現(xiàn)。例如胡世錄通過分析水稻主要病害的發(fā)生流行狀況、原因，利用統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型研究病害流行的波動(dòng)周期和特征，并構(gòu)建水稻病害發(fā)生率的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型[5]。辜曉青采用相關(guān)、逐步回歸等統(tǒng)計(jì)分析的方法篩選具有指示性的氣象等級(jí)指標(biāo)，并進(jìn)行稻瘟病病蟲害氣候區(qū)劃[6]。郭瑞鴿等從稻瘟病病菌致病所要求的氣象條件出發(fā)，構(gòu)建天氣促病指數(shù)來反映稻瘟病發(fā)生的適宜程度[7]。姚渝麗等從稻瘟病的發(fā)生機(jī)理出發(fā)，利用氣象因子建立天氣促病指數(shù)模型[8]。

目前，江蘇省尚未涉足稻瘟病發(fā)生氣象因素及農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)方面的研究，為了今后更好地開展稻瘟病的預(yù)警服務(wù)工作，探明適宜水稻稻瘟病發(fā)生、發(fā)展的氣象條件，本研究以宜興和金壇為例，根據(jù)江蘇省歷年稻瘟病觀測(cè)資料，綜合考慮氣象條件、寄主生長(zhǎng)情況、病菌基數(shù)之間的相互關(guān)系，從致病條件出發(fā)，選取水稻關(guān)鍵生育期利于稻瘟病流行的氣象因子，利用最優(yōu)化技術(shù)，構(gòu)建綜合稻瘟病指標(biāo)，判別稻瘟病發(fā)生、發(fā)展的氣象條件適宜度等級(jí)，并利用發(fā)病實(shí)況進(jìn)行預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率驗(yàn)證。

1資料與方法

1.1研究資料

水稻稻瘟病觀測(cè)資料為宜興和金壇2005—2014年的大面積普查情況（包括病穗率、發(fā)生面積），全省67個(gè)氣象站從1959—2014年的逐日氣象資料，以及病害發(fā)生情況的文字記載作為適宜稻瘟病發(fā)生氣象條件分析的旁證材料。

1.2研究方法

1.2.1江蘇省稻瘟病發(fā)生氣候條件分析在稻瘟病流行年份，水稻生長(zhǎng)前期（6—7月），其氣候特點(diǎn)主要表現(xiàn)為溫暖、多雨寡照；水稻生長(zhǎng)中后期（8月），其氣候特點(diǎn)表現(xiàn)為低溫、多雨寡照[1，4]。以宜興站為例，結(jié)合稻瘟病觀測(cè)資料，分析2005—2014年水稻生長(zhǎng)期的氣候特點(diǎn)。這10年中，水稻生長(zhǎng)前期溫度有6年為正距平，2005、2006 年平均氣溫達(dá) 27.7、27.42 ℃；降水有6年為正距平，距平值較大的年份出現(xiàn)在2006、2008、2011年，對(duì)應(yīng)的降水量分別為 566、442.9、835 mm，降水時(shí)間分別為28、38、39 d。在這10年間的水稻生長(zhǎng)中后期，2011、2012年平均總降水量分別高達(dá)366.1、272.2 mm，比歷年平均多125.9～219.8 mm；除2006年外，雨日均在10 d以上；日照時(shí)數(shù)有6年為負(fù)距平，其中2014年日照時(shí)數(shù)最少，比歷年平均減少64.28%；溫度有5年為負(fù)距平，最低值也出現(xiàn)在2014年?？梢?，宜興水稻生長(zhǎng)期的氣候特點(diǎn)與適宜稻瘟病流行的條件對(duì)應(yīng)較好。然而由表1可以看出，水稻生長(zhǎng)前期或中后期氣象條件適宜的年份并未完全與對(duì)應(yīng)年份稻瘟病發(fā)生的程度完全重合。因此，是否適宜稻瘟病的大流行須要綜合考慮水稻的整個(gè)生育期的氣象條件。

2014年稻瘟病見病早、發(fā)展期長(zhǎng)、發(fā)病普遍率高、發(fā)生程度重，在江蘇省各地均能查見，大面積上發(fā)病以谷粒瘟、枝梗瘟、穗頸瘟和節(jié)瘟為主。結(jié)合水稻稻瘟流行前、中后期的氣象條件，分析全省的發(fā)病實(shí)況。6月初在丘陵、沿江及沿海等地秧田即查見苗瘟發(fā)病中心，移栽后普遍查見葉瘟。同期的氣象條件有利于苗瘟、葉瘟的發(fā)生，并在空間分布上也有較好的對(duì)應(yīng)（圖1）。全省6、7月平均氣溫較常年同期略偏低；平均降水量北少南多，時(shí)空分布不均，主要集中在沿江中東部及蘇南地區(qū)，且當(dāng)年出梅時(shí)間偏晚。除淮北和蘇南局部地區(qū)外，相對(duì)濕度除個(gè)別地區(qū)全省一致偏高；而日照時(shí)數(shù)除沿海局部地區(qū)全省一致偏少。8月中下旬雜交秈稻及早熟粳稻破口不久即見枝梗瘟及谷粒瘟，部分水稻齊穗后，灌漿達(dá)到一半以上甚至進(jìn)入乳熟期之后，田間病情仍然不斷發(fā)展、病情加重。在丘陵、沿江、沿海、里下河及淮北等地區(qū)，感病品種病穗率為2%～10%，少數(shù)錯(cuò)過防治適期的重發(fā)田塊病穗率高達(dá) 30%～95%，病穴率超過70%，南京丘陵地區(qū)甚至絕收。相應(yīng)地，全省8月平均氣溫較常年顯著偏低；月降水量大部分地區(qū)偏多，時(shí)空分布不均，月內(nèi)大部分地區(qū)出現(xiàn)了連陰雨天氣，有12個(gè)站達(dá)連陰雨極端天氣氣候事件標(biāo)準(zhǔn)；相對(duì)濕度全省一致偏高；日照時(shí)數(shù)全省一致偏少，為1959年以來歷史同期最少值（圖2）。

1.2.2稻瘟病氣象等級(jí)指標(biāo)構(gòu)建思路實(shí)際在稻瘟病的發(fā)生發(fā)展中，氣象條件、寄主生長(zhǎng)情況、病菌基數(shù)三者的影響缺一不可。稻瘟病是氣象型病害，適宜的光、溫、水條件利于稻瘟病的流行。具體來說，溫度主要影響稻瘟病菌的生長(zhǎng)發(fā)育。須要綜合考慮菌絲生長(zhǎng)的溫度、分生孢子形成的溫度和發(fā)芽溫度。在適溫范圍內(nèi)，降雨或持續(xù)高濕有利于病菌孢子的形成、萌發(fā)和侵入，時(shí)晴時(shí)雨或早晚霧濃、露重，最有利于病菌的生長(zhǎng)繁殖。光照不足，寄主本身同化作用降低，稻株組織柔嫩，有利于病菌的侵入和病斑的擴(kuò)展。

同時(shí)，通過上述稻瘟病流行年份水稻生長(zhǎng)期間氣侯特點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)稻瘟病的流行與水稻生長(zhǎng)前期和中后期氣象條件均有聯(lián)系。前期降水與越冬病稻草上的菌絲產(chǎn)生分生孢子有關(guān)，降水偏多、雨日多有利于越冬病稻草上的菌絲產(chǎn)生分生孢子。期間始現(xiàn)葉瘟，雖然對(duì)水稻生長(zhǎng)影響有限，但適宜的氣象條件可促使稻瘟病病菌的萌發(fā)、傳播、侵染，增加病菌基數(shù)累積量，為后期稻瘟病在田間擴(kuò)散蔓延，提供足夠的菌源[9-10]。水稻生長(zhǎng)中后期處于拔節(jié)孕穗至抽穗灌漿期即為稻瘟病發(fā)生敏感期，在前期發(fā)病的基礎(chǔ)上，適宜的氣象條件有利于病菌大量繁殖和暴發(fā)，使穗頸瘟得到進(jìn)一步發(fā)展和流行，對(duì)穗瘟病的大暴發(fā)起著至關(guān)重要的作用[11-12]。

因此，在明確適宜稻瘟病發(fā)生氣候條件的大背景下，針對(duì)影響最終稻瘟病暴發(fā)程度以及產(chǎn)量水平的發(fā)病敏感期（即穗頸瘟的高發(fā)期），結(jié)合前期的天氣條件，將葉瘟的暴發(fā)情況和氣象適宜條件作為影響穗頸瘟暴發(fā)程度的病菌基數(shù)，構(gòu)造綜合稻瘟病指數(shù)來判別最終稻瘟病暴發(fā)的氣象適宜度。

1.2.3構(gòu)建綜合稻瘟病指數(shù)綜上所述，本研究選取6—8月作為稻瘟病發(fā)生流行的氣象條件監(jiān)測(cè)期，該時(shí)段覆蓋了水稻的葉瘟和穗頸瘟發(fā)病期。注意到日降水量和相對(duì)濕度不對(duì)應(yīng)的情況，本研究考慮在其他氣象因子符合的條件下，日降水量或相對(duì)濕度達(dá)到促病條件均會(huì)導(dǎo)致稻瘟發(fā)生。將逐日氣象條件滿足日平均溫度為20～30 ℃，相對(duì)濕度大于90%或日降水量大于5 mm，日照時(shí)數(shù)小于1 h的情況定義為致病日。同時(shí)，將極差化處理后的病穗率與相對(duì)發(fā)生面積的乘積定義為稻瘟發(fā)病度。分析結(jié)果表明，該稻瘟發(fā)病度與實(shí)際稻瘟發(fā)生程度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可見該稻瘟發(fā)病度可以較好地表征瘟情實(shí)況。

根據(jù)指標(biāo)構(gòu)建思路，結(jié)合發(fā)病敏感期和菌源基數(shù)情況，考慮氣象條件對(duì)水稻整個(gè)生育過程中稻瘟病發(fā)生的影響，定義綜合稻瘟病指數(shù)Z為：

關(guān)于葉瘟指數(shù)和穗頸瘟指數(shù)敏感時(shí)段的篩選和權(quán)重系數(shù)的確定，須要綜合考慮水稻生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵期和稻瘟病發(fā)高峰期，以及稻瘟發(fā)病度。在監(jiān)測(cè)期中取30 d為固定研究時(shí)長(zhǎng)，逐日滑動(dòng)取樣（在監(jiān)測(cè)時(shí)段中共有63個(gè)樣本時(shí)段），進(jìn)行稻瘟發(fā)病度與葉瘟指數(shù)和穗頸瘟指數(shù)的相關(guān)分析。分別選取前、中后期里面相關(guān)性最高的時(shí)段作為其敏感時(shí)段，作為葉瘟和穗頸瘟流行的代表時(shí)段。并利用最優(yōu)化技術(shù)，確定其中的權(quán)重函數(shù)α、β，計(jì)算綜合稻瘟病指數(shù)Z。

2結(jié)果與分析

2.1綜合稻瘟病指數(shù)等級(jí)劃分

將綜合稻瘟病指數(shù)Z按從大到小進(jìn)行排序，可根據(jù)稻瘟病發(fā)生程度與各個(gè)等級(jí)中的樣本數(shù)，將Z值劃分成3個(gè)等級(jí)，具體做法參照郭瑞鴿的方法[7]。利用綜合稻瘟病指數(shù)Z不同取值范圍來反映氣象條件對(duì)病害發(fā)生的適宜程度，即稻瘟氣象等級(jí)（表2），自等級(jí)1～3分別代表從弱適宜到強(qiáng)適宜。

2.2歷史對(duì)比分析檢驗(yàn)

利用宜興2005—2013年6—8月的氣象要素，通過回代歷史氣象要素計(jì)算歷年綜合稻瘟病指數(shù)Z，并與稻瘟發(fā)病度進(jìn)行相關(guān)分析，分析結(jié)果通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.789。從宜興歷年綜合稻瘟病指數(shù)和稻瘟病流行氣象條件適宜程度的等級(jí)判別的年變化（圖3）可以看出，其中2005、2006、2011年的氣象條件利于宜興水稻稻瘟病的發(fā)生，綜合指標(biāo)判定的適宜發(fā)生程度均為3級(jí)，極易流行稻瘟。從發(fā)生實(shí)況來看，2005、2006年都大面積發(fā)生水稻稻瘟病，與反演結(jié)果較吻合。為了進(jìn)一步驗(yàn)證構(gòu)建指數(shù)的合理性和可靠性，根據(jù)稻瘟氣象等級(jí)劃分結(jié)果，對(duì)宜興近9年稻瘟病發(fā)生發(fā)展的等級(jí)進(jìn)行判定，并與觀測(cè)的實(shí)際病害發(fā)生程度級(jí)別（稻瘟發(fā)病度）進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，綜合稻瘟病指數(shù)Z在宜興發(fā)病實(shí)況為“大流行”和“輕度流行”的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均達(dá)75%。

2.3預(yù)測(cè)對(duì)比分析檢驗(yàn)

利用宜興2014年的氣象要素，計(jì)算綜合稻瘟病指數(shù)Z，對(duì)稻瘟病發(fā)生流行的適宜程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。分析結(jié)果表明，綜合稻瘟病指數(shù)Z值為13.27，稻瘟病發(fā)生大流行。該預(yù)測(cè)結(jié)果與稻瘟流行程度的實(shí)況相一致，即2014年的氣象條件為宜興稻瘟病的大發(fā)生、重發(fā)生提供了可能。

同時(shí)，利用該指數(shù)應(yīng)用于其他站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)驗(yàn)證，定義預(yù)報(bào)等級(jí)正確個(gè)數(shù)占研究樣本數(shù)的比例為預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。選出江蘇省有歷史稻瘟觀測(cè)資料并與宜興水稻品種（武運(yùn)粳）相近的金壇為例，進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，從2005—2012年中，金壇僅有2005年和2007年稻瘟流行，其他年份未見稻瘟或極少發(fā)生，綜合稻瘟病指數(shù)對(duì)這8年的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均達(dá) 62.5%。其中，對(duì)于個(gè)別發(fā)生程度較低的年份，綜合稻瘟病指數(shù)還沒有給出有說服力的驗(yàn)證結(jié)果，有待今后進(jìn)一步搜集資料驗(yàn)證。對(duì)2013年的稻瘟病發(fā)生程度預(yù)報(bào)程度偏重；2014年的預(yù)報(bào)等級(jí)與實(shí)況一致。

總體來說，歷年宜興和金壇稻瘟發(fā)病度與綜合稻瘟病指數(shù)Z有較好的相關(guān)關(guān)系（圖3）。從表3可以看出，綜合稻瘟病指數(shù)Z對(duì)宜興和金壇稻瘟流行等級(jí)的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)效果均較好，預(yù)測(cè)與實(shí)況結(jié)果多數(shù)只相差0～1個(gè)等級(jí)，僅有1年漏報(bào)（即預(yù)報(bào)等級(jí)小于實(shí)際發(fā)生等級(jí)）。宜興和金壇3個(gè)病害等級(jí)的平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率水平分別超過了66.7% 和62.5%。因此，利用綜合稻瘟病指數(shù)法建立江蘇省穗瘟氣象等級(jí)，監(jiān)測(cè)氣象條件對(duì)病害的適宜程度是可行的。

3結(jié)論與討論

本研究以江蘇省宜興和金壇為例，在對(duì)稻瘟病流行年份、水稻生長(zhǎng)前期和中后期氣候特征分析的基礎(chǔ)上，從稻瘟病病菌發(fā)展的4個(gè)階段（萌發(fā)、侵入、潛伏、暴發(fā)）出發(fā)，綜合各個(gè)氣象因子對(duì)促進(jìn)稻瘟病發(fā)生、發(fā)展的影響，并考慮時(shí)間累積效應(yīng)，有效結(jié)合前期和中后期適宜稻瘟病流行的氣象條件，構(gòu)建綜合稻瘟病指數(shù)。該指標(biāo)考慮氣象條件、寄主生長(zhǎng)情況、病菌基數(shù)之間相輔相成的關(guān)系，具有明確的生物學(xué)意義。

利用病穗率和相對(duì)發(fā)病面積定義的稻瘟發(fā)病度，可以較好地體現(xiàn)稻瘟病的實(shí)際發(fā)生情況和程度。在構(gòu)建綜合稻瘟病指數(shù)Z基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計(jì)分析，等級(jí)劃分稻瘟病的氣象適宜度。經(jīng)過歷史回代和預(yù)測(cè)均證明預(yù)測(cè)的稻瘟病發(fā)生氣象等級(jí)可以較好地反映氣象條件對(duì)稻瘟病暴發(fā)的適宜性，利用該指標(biāo)對(duì)宜興和金壇稻瘟病發(fā)生程度的平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率水平分別超過了66.7% 和62.5%?？梢?，利用綜合稻瘟病指數(shù)可以合理防治稻瘟病的發(fā)生，有效提高農(nóng)氣業(yè)務(wù)服務(wù)的水平和能力。

適宜的氣象條件只是稻瘟病流行的必要條件，并不是充分條件。本研究主要從氣象角度對(duì)稻瘟病的發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，由于逐年間和各個(gè)站點(diǎn)間存在水稻品種、種植方式、防病措施等方面的差異性，因此利用綜合稻瘟病指數(shù)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的發(fā)病等級(jí)，必然會(huì)與稻瘟病實(shí)際發(fā)生的程度存在一定的差異。在今后對(duì)指數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的過程中，有待進(jìn)一步研究氣象條件對(duì)病害的影響機(jī)理，利用多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高模型預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

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