江蘇省小麥赤霉病氣象條件適宜度判別指標(biāo)

徐云??+高蘋??+繆燕??+顧天真

摘要：以江蘇省植保站農(nóng)田小氣候試驗(yàn)中跟蹤監(jiān)測的作物層氣象數(shù)據(jù)及小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究對象，應(yīng)用相關(guān)分析方法，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為作物層正點(diǎn)觀測值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對濕度RH≥70%。研究作物層溫濕度與自動氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系，確定影響農(nóng)田小氣候的主要?dú)庀笠蜃?，建立回歸方程，找出小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對濕度U≥64.7%。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造合理的濕熱指數(shù)W，確定W的各界限值，以動態(tài)判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。經(jīng)試用檢驗(yàn)，判別效果較好，可以投入實(shí)際業(yè)務(wù)中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小麥赤霉??；氣象條件適宜度；相關(guān)分析；江蘇省

中圖分類號： S165+.28；S435.121.4+5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0188-04

小麥赤霉病是一種典型的氣候型病害，是長江流域麥區(qū)的主要病害。赤霉病不僅降低小麥產(chǎn)量，也影響小麥品質(zhì)，給小麥生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為科學(xué)合理地防治赤霉病，國內(nèi)學(xué)者嘗試著用不同的方法，建立赤霉病發(fā)生程度和流行趨勢的短、中、長期預(yù)報(bào)模型[1-11]。高蘋等用前期海溫作為預(yù)報(bào)因子，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行赤霉病預(yù)報(bào)[1-2]。馮成玉等依據(jù)濕段天氣在小麥感病的穗期開展赤霉病的短期定量預(yù)報(bào)[3]。騰明佳、南都國等運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論，建立了小麥赤霉病灰色預(yù)測模型[4-5]。霍治國等建立了赤霉病最大熵譜分區(qū)預(yù)報(bào)模式[6]，上海地區(qū)還曾進(jìn)行了模糊相似優(yōu)先比預(yù)測赤霉病[7]，另外，模糊隸屬度法、主成分分析法等在赤霉病預(yù)測上的應(yīng)用也有研究[8-9]。這些方法、模型大多采用代表氣象臺站觀測的氣象要素資料。本研究以江蘇省植保站布置的農(nóng)田小氣候試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用架設(shè)在代表麥田的農(nóng)田小氣候觀測儀器跟蹤監(jiān)測作物層氣象數(shù)據(jù)以及小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長動態(tài)，它們可以真實(shí)地反映麥田的田間小氣候狀況。通過分析麥田農(nóng)田小氣候與氣象臺站自動氣象觀測數(shù)據(jù)的關(guān)系，研究赤霉病發(fā)生流行氣象條件適宜度判別指標(biāo)，動態(tài)監(jiān)測預(yù)報(bào)赤霉病發(fā)生程度和流行趨勢，使農(nóng)民適時(shí)、適量開展針對性科學(xué)防治，減少用藥次數(shù)，節(jié)本增效。

1材料與方法

1.1資料來源

2013年和2014年，江蘇省植物保護(hù)站在全省布置了張家港、宜興、通州、丹陽、高郵、儀征、靖江、興化、東臺、洪澤、東海等10多個(gè)縣（市、區(qū)），進(jìn)行小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長動態(tài)觀測與農(nóng)田小氣候同步觀測試驗(yàn)。農(nóng)田小氣候觀測儀每天24 h不間斷對代表麥田的溫度、濕度、輻射等氣象要素進(jìn)行自動監(jiān)測記錄。試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總至江蘇省植保站，其中儀征HOBO未收到，另外由于室外水汽、灰塵及電池少電失效等原因影響，部分站點(diǎn)某些時(shí)次的小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失。本研究的農(nóng)田小氣候資料采用24 h逐時(shí)正點(diǎn)觀測的數(shù)據(jù)。若正點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失，就用時(shí)間上最臨近的非正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)代替。

2003—2014年張家港等地區(qū)的逐時(shí)溫度、相對濕度、降水、風(fēng)速等氣象資料來源于國家氣象信息中心提供的國家級自動氣象站及區(qū)域自動氣象站地面氣象月報(bào)表數(shù)據(jù)文件，由“自動氣象觀測系統(tǒng)管理平臺”取得。其中2003年是北京時(shí)間02：00、08：00、14：00、20：00定時(shí)觀測記錄，2004—2014年采用24 h正點(diǎn)定時(shí)記錄。

1.2分析方法

1.2.1尋找適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件有關(guān)研究表明，赤霉病是由多種鐮刀菌侵染引起的，其流行程度與菌量、品種及小麥揚(yáng)花灌漿期間的氣候條件密切相關(guān)，在溫暖潮濕和半潮濕地區(qū)尤其嚴(yán)重[12-15]。相對濕度、降水量和溫度，即小麥易感病關(guān)鍵期的天氣狀況對發(fā)病輕重起著決定性作用[16-17]。因此，根據(jù)各試驗(yàn)站點(diǎn)小麥赤霉病始見病日至病情穩(wěn)定期病情系統(tǒng)消長動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分時(shí)段統(tǒng)計(jì)農(nóng)田小氣候資料同時(shí)滿足不同溫度與濕度數(shù)值組合的總時(shí)次數(shù)及出現(xiàn)頻率，與赤霉病病穗率作相關(guān)性分析，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候溫濕度條件。

相關(guān)性分析方法與檢驗(yàn)：

假定農(nóng)田小氣候資料中同時(shí)滿足某溫度與濕度的出現(xiàn)頻率[P]（%）與病穗率增加[S]（%）之間存在線性關(guān)系：

[JZ（][S]=a+b[P]。[JZ）][JY]（1）

若已知n組[S]與[P]的實(shí)測值（[S]i與[P]i）（i=1，2，…，n），則用一元線性回歸求出待定系數(shù)a、b以及經(jīng)驗(yàn)相關(guān)系數(shù)r。

給出置信度水平α，查表得到臨界值rα。若|r|>rα，表明[P]與[S]具有式（1）所示的顯著相關(guān)關(guān)系。

1.2.2農(nóng)田小氣候與氣象臺站自動氣象數(shù)據(jù)對比分析將農(nóng)田小氣候觀測資料與同時(shí)段自動氣象站氣象要素觀測值進(jìn)行對比，對兩者之間作回歸分析，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件所對應(yīng)的自動氣象站氣象條件，使農(nóng)田小氣候觀測的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得以延伸應(yīng)用。

影響農(nóng)田作物層溫度、濕度的氣候因素包括風(fēng)速、氣溫、空氣濕度等。本研究統(tǒng)計(jì)了江蘇省內(nèi)張家港等十幾個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)的農(nóng)田小氣候溫度、濕度與同區(qū)域自動氣象站風(fēng)速、氣溫、空氣濕度之間的相關(guān)系數(shù)。風(fēng)速采用2 min定時(shí)風(fēng)速，取1位小數(shù)?？諝鉂穸炔捎孟鄬穸龋║），即空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓之比，以百分?jǐn)?shù)（%）表示，取整數(shù)。

鑒于簡單的統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析的局限性，即各個(gè)氣候影響因子之間可能存在相互作用，本研究進(jìn)一步采取多元回歸分析方法，通過F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)各因子對農(nóng)田小氣候的方差貢獻(xiàn)，來確定影響農(nóng)田小氣候溫濕度的主要?dú)庀笠蜃?，建立自動氣象站風(fēng)速、氣溫、相對濕度與農(nóng)田小氣候溫度、濕度的標(biāo)準(zhǔn)化多元回歸方程，計(jì)算出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動氣象站氣象條件。

1.2.3建立濕熱指數(shù)W判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度經(jīng)過以上分析得出適宜小麥赤霉病發(fā)生發(fā)展的氣候條件為同時(shí)滿足一定的溫度、濕度，本研究利用該兩要素，經(jīng)過多種組合方法，采用和、積、商等形式，進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，最終構(gòu)造濕熱指數(shù)W，來判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。

2結(jié)果與分析

2.1適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件

利用相關(guān)性分析方法，計(jì)算各試驗(yàn)站點(diǎn)農(nóng)田小氣候24小時(shí)正點(diǎn)觀測的溫濕度數(shù)據(jù)中，同時(shí)滿足不同溫度與濕度數(shù)值組合的出現(xiàn)頻率與病情系統(tǒng)消長動態(tài)監(jiān)測到的赤霉病病穗率的相關(guān)關(guān)系[18]，結(jié)果（表1）表明，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為：正點(diǎn)觀測值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對濕度RH≥70%。

通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，“*”為通過α=0.1的顯著性檢驗(yàn)。[FK）]

[FL（2K2]2.2[JP3]作物層溫濕度與自動氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系

對張家港等十幾個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)2013年、2014年小麥易感病關(guān)鍵期農(nóng)田小氣候24 h正點(diǎn)觀測的溫度、濕度與同區(qū)域自動氣象站正點(diǎn)定時(shí)溫度、濕度、風(fēng)速記錄進(jìn)行相關(guān)分析（樣本不考慮不同站點(diǎn)之間的差異性），結(jié)果表明：

（1）溫度：自動氣象站溫度與農(nóng)田小氣候溫度呈高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.96，擬合優(yōu)度r2為0.923，非常接近于1，說明擬合效果不錯（圖1）。P值（Significance F）遠(yuǎn)小于 0.001，說明模型有極明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。

（2）濕度：自動氣象站濕度與農(nóng)田小氣候濕度呈高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.94。通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)（圖2）。

即小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對濕度U≥64.7%。

2.3濕熱指數(shù)W判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度

從以上分析可以看出，小麥易感病關(guān)鍵期的天氣狀況對發(fā)病輕重起著決定性作用。適宜小麥赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動站氣象條件為：同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對濕度U≥64.7%。一定的溫度、濕度同為小麥赤霉病的影響因素，因此，筆者利用該兩要素，采用和、積、商等多種組合形式，進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，最終發(fā)現(xiàn)以其乘積形式構(gòu)造的濕熱指數(shù)W，在判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度應(yīng)用中效果最優(yōu)。

濕熱指數(shù)W，其表達(dá)式為：

[JZ（]W=[SX（]T=14.3[TX-]〖〗T0[SX）]×[SX（]U=64.7[TX-]〖〗U0[SX）]×100。[JZ）][JY]（4）

式中：W為某時(shí)段濕熱指數(shù)；T為對應(yīng)時(shí)段內(nèi)自動氣象站正點(diǎn)溫度，T0為該地區(qū)累年5月份平均溫度；U為對應(yīng)時(shí)段內(nèi)自動氣象站正點(diǎn)相對濕度，U0為該地區(qū)累年5月份平均相對濕度。求平均時(shí)間段為W所對應(yīng)的某時(shí)段。

利用濕熱指數(shù)W來判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度，還需要確定W的界限值。

根據(jù)公式（4），計(jì)算2013年、2014年江蘇省張家港、宜興等十幾個(gè)站點(diǎn)各時(shí)段的W值，與病情系統(tǒng)消長動態(tài)監(jiān)測到的赤霉病病穗率增加量（某時(shí)段末日監(jiān)測的病穗率與首日病穗率之差）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作散點(diǎn)圖（圖3）。

式中：S為某時(shí)段赤霉病病穗率增加量（%）（某時(shí)段末日監(jiān)測的病穗率與首日病穗率之差），W為對應(yīng)時(shí)段的濕熱指數(shù)值。

對方程回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)，P<0.001，達(dá)到了極顯著水平。

利用方程（5），得到W=3.2時(shí)，S=10%；W=5.3時(shí)，S=20%；W=7.4時(shí)，S=30%。即：

當(dāng)濕熱指數(shù)W<3.2時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加小于10%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級為1級；當(dāng)3.2≤W<5.3時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加量為10%～20%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級為2級；當(dāng)5.3≤W<7.4時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加量為20%～30%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級為3級；當(dāng)濕熱指數(shù)W≥7.4時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加將超過30%，氣象條件對赤霉病的流行非常適宜，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級為4級。

實(shí)際應(yīng)用中，從小麥赤霉病始見病日開始，根據(jù)氣象要素的實(shí)況值計(jì)算濕熱指數(shù)W，判別前期氣象條件是否適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展；應(yīng)用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）細(xì)網(wǎng)格（0.25°×0.25°）數(shù)值預(yù)報(bào)、T639等中、短期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)測未來幾天的溫度和空氣相對濕度，計(jì)算濕熱指數(shù)W，判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級，對赤霉病發(fā)生發(fā)展進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測預(yù)報(bào)，使農(nóng)戶科學(xué)防治赤霉病，減少防治成本。

2.4試用檢驗(yàn)

2003年江蘇省小麥赤霉病發(fā)生較重，2004年、2008年江蘇省小麥赤霉病中等到輕發(fā)生，因此本研究選取計(jì)算了2003年、2004年、2008年洪澤、東臺等5個(gè)站點(diǎn)的濕熱指數(shù)W，檢驗(yàn)其動態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級的準(zhǔn)確度，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，用濕熱指數(shù)W動態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級，2003年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有14例，錯誤4例，判別準(zhǔn)確率77.8%；2004年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有7例，錯誤2例，判別準(zhǔn)確率也是77.8%；2008年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有8例，錯誤2例，判別準(zhǔn)確率80.0%。

由此可見，用濕熱指數(shù)W動態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級效果較好。

3結(jié)論與討論

（1）利用相關(guān)性分析方法，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為：正點(diǎn)觀測值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對濕度RH≥70%。

（2）研究作物層溫濕度與自動氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系，確定影響農(nóng)田小氣候的主要?dú)庀笠蜃樱⒒貧w方程。計(jì)算得到小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對濕度U≥64.7%。

（3）構(gòu)造濕熱指數(shù)W，確定W的各界限值，動態(tài)判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。經(jīng)試用檢驗(yàn)，判別效果較好。

（4）江蘇省植保站的小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長動態(tài)觀測與農(nóng)田小氣候同步觀測試驗(yàn)還在進(jìn)行，我們將跟蹤后續(xù)試驗(yàn)，將上述結(jié)果應(yīng)用到赤霉病防控防治的實(shí)際工作中，使研究成果更完善。

參考文獻(xiàn)：

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