一種桑輪紋病病葉發(fā)病程度的評(píng)價(jià)指數(shù)

王 謝 唐 甜 張建華

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，四川成都 610066)

在對(duì)桑輪紋病(Gonatophragmiummori)發(fā)病程度的調(diào)查研究中，不同的學(xué)者采用不同的指標(biāo)對(duì)病害程度進(jìn)行了描述和表達(dá)。西山達(dá)郎等[1]采用病斑面積占葉面積的比率作為發(fā)病程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，將病葉分為0、1、2、3和4等5個(gè)等級(jí)?？镉⑶锏萚2]采用病斑的數(shù)量作為發(fā)病程度評(píng)價(jià)指標(biāo)將病葉分為1、3、5、7和9等5個(gè)等級(jí)。就這2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)而言，前者偏重病斑面積(簡(jiǎn)稱病斑面積等級(jí))，后者則偏重病斑數(shù)量(簡(jiǎn)稱病斑數(shù)量等級(jí))。雖都能正確地評(píng)價(jià)大多數(shù)的桑輪紋病病葉的發(fā)病程度，但在實(shí)際工作中，由于桑葉發(fā)病時(shí)間和侵染病原菌孢子的數(shù)量差異，桑輪紋病病葉依然存在病斑數(shù)量少而面積大、病斑數(shù)量多而面積小的情況，而如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)這2種情況的病葉恰恰是上述2種方法的缺陷，它們無(wú)法對(duì)這2種情況的病葉正確地進(jìn)行等級(jí)劃分和評(píng)價(jià)。因此，同時(shí)考慮病斑面積和病斑數(shù)量可更加全面地評(píng)價(jià)桑葉的輪紋病發(fā)病程度。故而，我們選擇依據(jù)不同大小等級(jí)的病斑面積的數(shù)量分布的普通線性加權(quán)評(píng)價(jià)模型作為評(píng)價(jià)的核心模型。

基于上述核心模型，還需要考慮2個(gè)核心問(wèn)題，一是如何界定病斑面積等級(jí)。二是如何對(duì)這些等級(jí)設(shè)置權(quán)重。我們采用層次分析模型的權(quán)重計(jì)算方法，綜合考慮葉面積、單個(gè)病斑面積和病斑數(shù)量，提出一個(gè)新的桑輪紋病病葉發(fā)病程度評(píng)價(jià)指數(shù)(DSI)，以期為未來(lái)桑輪紋病的調(diào)查和研究提供基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)模型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從已有桑輪紋病形態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中選中編號(hào)為L(zhǎng)7521、L7550、L7571和L7771等4張桑輪紋病圖像數(shù)據(jù)資料(圖1)。它們分別代表了病斑數(shù)量多而面積中等、病斑數(shù)量少而面積大、病斑數(shù)量和面積皆為中等、病斑數(shù)量多且面積大這4種病情特征。這4張桑葉圖像皆采集于四川省眉山市青神縣，桑樹品種為湘7920。

1.2 試驗(yàn)方法

為便于不同葉片間發(fā)病程度的互相比較，我們以單個(gè)病斑相對(duì)面積的等級(jí)劃分作為評(píng)價(jià)模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)病斑評(píng)價(jià)的主觀經(jīng)驗(yàn)，提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)桑葉面積[350 cm2=長(zhǎng)(25 cm)×寬(20 cm)×葉形系數(shù)(0.7)]指標(biāo)，再根據(jù)單個(gè)病斑相對(duì)面積(單個(gè)病斑相對(duì)面積=單個(gè)病斑面積÷病斑所在桑葉總面積)將其劃分為A、B、C、D、E、F等6個(gè)等級(jí)，即A級(jí)病斑相對(duì)面積0～0.071%；B級(jí)病斑相對(duì)面積0.072%～0.285%； C級(jí)病斑相對(duì)面積0.286%～0.571%；D級(jí)病斑相對(duì)面積0.572～1.142%；E級(jí)病斑相對(duì)面積1.143%～2.571%；F級(jí)病斑相對(duì)面積2.572%及以上。

L及其后的數(shù)字為病葉編號(hào)；L7521代表病斑面積中等，數(shù)量多；L7550代表病斑面積大，數(shù)量少；L7571代表病斑面積中等，數(shù)量中等；L7771代表病斑面積大，數(shù)量多。圖1 桑輪紋病4種桑葉發(fā)病程度的基本特征

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

圖像原始數(shù)據(jù)的提取基于IMAGE J軟件[3]，模型數(shù)據(jù)的建立和分析基于R project 3.4.3平臺(tái)(https：//www.r-project.org/)，數(shù)據(jù)可視化基于origin 9.0軟件[4]。為對(duì)比本文提出的DSI評(píng)價(jià)指數(shù)和文獻(xiàn)中提到的“病斑數(shù)量等級(jí)”和“病斑面積等級(jí)”的差異，實(shí)際比較時(shí)按照文獻(xiàn)[1-2]的計(jì)算辦法給出對(duì)應(yīng)的等級(jí)劃分。

2 結(jié)果與分析

2.1 病葉發(fā)病程度評(píng)價(jià)指數(shù)DSI的確定

首先采用IMAGE J軟件對(duì)L7521、L7550、L7571和L7771等4張桑輪紋病圖像數(shù)據(jù)資料上的每個(gè)病斑的面積(DSAi)和其葉面積(TLA)進(jìn)行計(jì)算，單位為cm2。其次，采用公式1計(jì)算每個(gè)病斑的相對(duì)面積(DSRAi)。

(公式1)

其中，DSRAi表示第i個(gè)病斑的相對(duì)面積。DSAi表示第i個(gè)病斑的絕對(duì)面積。TLAj表示葉片j的面積。i=1～n，表示第j張葉片中的第i個(gè)病斑，其中該葉片上一共有n個(gè)病斑。

接著，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)規(guī)則，采用公式2對(duì)相對(duì)面積進(jìn)行等級(jí)劃分，并賦值得到等級(jí)分類數(shù)據(jù)(Ci)，等級(jí)A、B、C、D、E和F分別對(duì)應(yīng)單個(gè)病斑相對(duì)面積為0～0.071%、0.072%～0.285%、0.286%～0.571%、0.572%～1.142%、1.143%～2.571%和2.572%及以上的6個(gè)等級(jí)。

(公式2)

其中，Class表示DSRA的分類因子。DSRA表示單個(gè)病斑的相對(duì)面積。A、B、C、D、E和F表示分類等級(jí)。i=1～n，表示第j張葉片中的第i個(gè)病斑，且該葉片上一共有n個(gè)病斑。

(公式3)

最后，根據(jù)普通線性加權(quán)評(píng)價(jià)模型計(jì)算方法，采用公式4得到桑輪紋病病葉的DSI。

(公式4)

(公式5)

2.2 DSI評(píng)價(jià)與病斑面積及病斑數(shù)量模型的比較

從表1可以看出，L7521、L7550、L7571和L7771等4張桑輪紋病圖像數(shù)據(jù)資料的DSI分別為17.3、5.1、11.8和42.4，相比較病斑面積等級(jí)和病斑數(shù)量等級(jí)等不能很好地區(qū)分4種桑輪紋病發(fā)病程度的差異，DSI較好地反映了圖1中的發(fā)病情況。由此可知，DSI優(yōu)于病斑面積等級(jí)和病斑數(shù)量等級(jí)2種評(píng)價(jià)方式。

表14種特征桑輪紋病病葉的發(fā)病情況及其評(píng)價(jià)

病葉編號(hào)葉面積/cm2病斑數(shù)/個(gè)病斑總面積/cm2病斑總面積所占比率/%A等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)B等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)C等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)D等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)E等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)F等級(jí)病斑數(shù)量/個(gè)病斑面積等級(jí)病斑數(shù)量等級(jí)DSIL7521251.983354.1821.5021096601917.3L7550125.101226.0120.79611103255.1L7571326.243138.9811.9510864301911.8L7771404.46150151.2137.3976441213232942.4

病斑面積等級(jí)是采用病斑面積占葉面積的比率作為發(fā)病程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，將病葉分為0、1、2、3和4等5個(gè)等級(jí)[1]；病斑數(shù)量等級(jí)是采用病斑的數(shù)量作為發(fā)病程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，將病葉分為1、3、5、7和9等5個(gè)等級(jí)[2]；DSI為桑輪紋病病葉發(fā)病程度評(píng)價(jià)指數(shù)。

3 小結(jié)與討論

桑輪紋病病葉發(fā)病程度評(píng)價(jià)指數(shù)DSI可較好地反映和評(píng)價(jià)桑輪紋病病葉的發(fā)病程度，希望該指數(shù)的提出能有效地幫助開展桑輪紋病的調(diào)查和研究。雖然DSI在單葉水平上可以較好地評(píng)價(jià)桑輪紋病病葉的發(fā)病程度，但是如何將該指數(shù)從單葉水平延伸到單株水平上，甚至是面水平上，則是我們需要進(jìn)一步思考的科學(xué)問(wèn)題。因此，鑒于單一植株上往往具有數(shù)量不等發(fā)病程度不同的病葉，下一步，我們將進(jìn)一步強(qiáng)化研究如何科學(xué)地取樣調(diào)查和如何科學(xué)地評(píng)價(jià)整個(gè)植株的發(fā)病程度，甚至是整個(gè)園區(qū)的發(fā)病程度。