近年來陜西省小麥條銹病流行規(guī)律及其與氣象條件的關(guān)系 *

李登科,王 釗,謝飛舟

(1.陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心中心,陜西 西安 710014；2.陜西省植物保護(hù)工作總站，陜西 西安710003)

小麥條銹病 ( Puccinia striiformis West )一直是威脅我國小麥生產(chǎn)最重要的病害之一[1]。小麥條銹病對小麥生產(chǎn)具有毀滅性危害，病害流行年份可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)40%以上，甚至絕收[2]。小麥條銹病的發(fā)生與危害具有長期性、暴發(fā)性、流行性和變異性等特點(diǎn)，病菌可隨高空氣流遠(yuǎn)距離傳播[3]。陜西省小麥種植區(qū)地處甘肅隴南、天水地區(qū)與廣大黃淮冬麥區(qū)的接合部，小麥條銹病既有自生菌源的發(fā)生發(fā)展，又有外來菌源入侵蔓延，是條銹病流行的重要“橋梁”地帶，對我國條銹病的大范圍流行起著重要作用[4-6]。

小麥條銹病的發(fā)病程度同小麥品種抗病性、菌源數(shù)量和氣候條件等因素密切相關(guān)。小麥條銹病新的致病生理小種的出現(xiàn)和小麥主栽品種對條銹病喪失抗病性是病害連年流行的內(nèi)因。防治條銹病最為經(jīng)濟(jì)有效的措施是利用抗病品種，但是品種抗銹性“喪失”一直是困擾小麥安全生產(chǎn)的重大問題。小麥條銹菌變異頻率非常高，平均1.6年出現(xiàn)1個(gè)新小種，往往導(dǎo)致小麥抗病良種喪失抗性[7]。近幾年，陜西省關(guān)中地區(qū)小麥主栽品種變化不大，大面積推廣的主栽品種如西農(nóng)979、中麥895、周麥系統(tǒng)，對條銹病低抗至高感，且條銹病新的致病小種條中34號出現(xiàn)頻率上升，導(dǎo)致原來抗耐性較好的品種逐步喪失抗性，一旦氣候適宜，小麥條銹病迅速蔓延。2017年小麥條銹病是2002年之后發(fā)生最重，面積最多的一年，發(fā)生面積60.57萬hm2，僅次于2002年的63.76萬hm2，占小麥種植面積的56.7%，超過2002年48.0%。因此，做好小麥條銹病發(fā)生規(guī)律及其與氣象條件關(guān)系的研究對條銹病預(yù)測預(yù)報(bào)工作和糧食生產(chǎn)安全具有重要意義。

針對陜西省小麥條銹病發(fā)生流行與氣象條件關(guān)系的研究，以往的研究以定性描述為多[8-10]，定量的統(tǒng)計(jì)分析較少。胡小平等利用陜西漢中地區(qū)24 年(1974-1997年)的小麥條銹病病情、菌量、品種和氣象資料，采用逐步回歸法分析了影響漢中小麥條銹病流行的因子，建立了小麥條銹病的流行程度多元線性回歸方程[11]。因此，對陜西省小麥條銹病發(fā)生流行規(guī)律及影響因素進(jìn)行分析，不僅可以有效監(jiān)測預(yù)警當(dāng)?shù)匦←湕l銹病的流行趨勢，也可為小麥條銹病大區(qū)流行的預(yù)測預(yù)報(bào)和綜合防治提供數(shù)據(jù)支持。本研究在系統(tǒng)分析2010-2017年陜西省小麥條銹病發(fā)生現(xiàn)狀及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對其影響因素和發(fā)生趨勢進(jìn)行分析，為陜西省小麥條銹病綜合防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

小麥條銹病資料來自陜西省植物保護(hù)總站。完善的資料有陜西省關(guān)中地區(qū)和陜南地區(qū)各市2010-2017年小麥條銹病始見期、發(fā)生面積擴(kuò)展過程和最終發(fā)生程度數(shù)據(jù)。

氣象資料來自陜西省氣象信息中心。整理得到2010-2017年陜西省8個(gè)市氣象站上年10月至5月氣溫、降水量、相對濕度資料,所有市的平均值作為陜西省小麥種植區(qū)氣象資料序列。

1.2 研究方法

基于DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[12]，采用相關(guān)分析法，分析小麥條銹病發(fā)生流行監(jiān)測指標(biāo)與氣象因子的關(guān)系，篩選關(guān)鍵時(shí)段和氣象因子；采用線性回歸、非線性回歸和逐步回歸分析方法，建立小麥條銹病發(fā)生流行監(jiān)測指標(biāo)與氣象因子的關(guān)系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 條銹病始見期年際變化

在中國小麥條銹病發(fā)生流行區(qū)劃[13]中，陜西省關(guān)中地區(qū)(包括寶雞、西安、咸陽、渭南、銅川5市)、陜南地區(qū)(包括漢中、安康、商洛3市)分別屬于春季流行區(qū)和冬季繁殖區(qū)。春季流行區(qū)的小麥條銹病的病始見期要比冬季繁殖區(qū)晚的多。關(guān)中地區(qū)條銹病春季平均始見期時(shí)間順序依次為寶雞、西安、咸陽、渭南、銅川，最早始見期為2月4日，最晚為5月21日，平均為4月18日；陜南地區(qū)條銹病平均始見期時(shí)間順序依次為漢中、安康、商洛，最早始見期為11月28日，最晚為3月6日，平均為1月30日(表1)。冬繁區(qū)條銹病平均始見期比春季流行區(qū)早78 d。

近年來，全省、關(guān)中、陜南條銹病始見期有提前趨勢(圖1)。陜南的條銹病平均始見期提前趨勢顯著(r=0.698 3，P<0.05)，提前速率為6.2 d/年；全省、關(guān)中條銹病始見期提前速率為分別為2.2 d/年和1.0 d/年，但未通過顯著性檢驗(yàn)。

圖1 陜西省小麥條銹病始見期變化

表1 陜西省小麥條銹病始見期/月/日

2.2 條銹病發(fā)生程度年際變化

小麥條銹病發(fā)生程度以普查田塊的加權(quán)平均病情指數(shù)為主要指標(biāo)，以地區(qū)內(nèi)的病田率為參考指標(biāo)確定。發(fā)生程度劃分為5級，即輕發(fā)生(1級)、偏輕發(fā)生(2級)、中等發(fā)生(3級)、偏重發(fā)生(4級)、大發(fā)生(5級)。近8年，陜西省小麥條銹病發(fā)病程度變化趨勢不明顯，出現(xiàn)輕發(fā)生2年(2011，2013)，偏輕發(fā)生3年(2012，2014，2016)，中等發(fā)生1年(2015)，偏重發(fā)生2年(2010，2017)，沒有出現(xiàn)大發(fā)生年(圖2)。

圖2 陜西省小麥條銹病發(fā)生程度年際變化

2.3 條銹病發(fā)生面積

2.3.1 條銹病發(fā)生面積年際變化

2010-2017年，陜西省小麥條銹病秋季病田面積年際變化范圍為5.5 khm2～26.7 khm2(病田率0.5%～2.3%),平均為12.1 khm2(病田率1.1%)，秋季最大、最小病田面積分別發(fā)生在2003年和2002年，秋季病田面積具有逐年減少的趨勢；最終病田面積年際變化范圍為29.7 khm2～605.9 khm2(病田率6.4%～57.0%),平均為262.1 khm2(病田率23.8%)，最終最大、最小病田面積分別發(fā)生在2003年和2007年，最終病田面積具有逐年增加的趨勢。秋季病田面積和最終病田面積變化趨勢相反，說明秋季病田面積大，最終病田面積不一定大，反之亦然(圖3)。

圖3 陜西省小麥條銹病秋季和最終病田面積年際變化

2.3.2 條銹病發(fā)生面積擴(kuò)展過程

陜西省秋苗期發(fā)病一般在11 月中旬至12 月上中旬，早播麥田、低洼地、下濕地發(fā)病早而重。發(fā)病部位以葉片為主，其次為葉鞘和莖，嚴(yán)重年份穗部穎殼也發(fā)病，秋苗期發(fā)病以基部葉片為主，春季小麥拔節(jié)后發(fā)病部位逐漸上移至中上部葉。春季新侵染病葉始見期早，一般在3月上旬，拔節(jié)期3月初至4月上中旬為病害發(fā)生擴(kuò)展期，4月下旬進(jìn)入流行始盛期，至灌漿期5月上、中旬頂三葉發(fā)病，進(jìn)入流行盛期，5月下旬進(jìn)入流行衰退期[14]。陜西省小麥條銹病發(fā)生面積秋冬季較小，到4月以后迅速擴(kuò)大，其過程符合邏輯斯蒂(Logistic)生長曲線(圖4)。利用DPS系統(tǒng)進(jìn)行一元非線性回歸病田面積與天數(shù)的關(guān)系為：

(1)

式中：A為陜西省條銹病發(fā)生面積，t為天數(shù)，從12月1日算起?；貧w方程的相關(guān)系數(shù)為0.998 5，通過0.01極顯著水平檢驗(yàn)。楊之為等[15]田間試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為用邏輯斯蒂增長方程描述小麥條銹病病情指數(shù)的增長過程較為合適。本文收集到的各市大田調(diào)查資料，無不同時(shí)期的的病情指數(shù)數(shù)據(jù)，但分析病田面積的擴(kuò)展過程得到了類似的結(jié)果。

圖4 陜西省平均小麥條銹病發(fā)生面積擴(kuò)展過程

由圖4可以看出，進(jìn)入4月后，條銹病發(fā)生面積以線性趨勢增加，因此對4月以后條銹病發(fā)生面積與天數(shù)的關(guān)系進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果列于表2。由表2可以看出，回歸方程的相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，均達(dá)到0.01的極顯著檢驗(yàn)水平；2010-2017年4月至6月初，陜西省小麥條銹病流行速率最高為10.488 khm2/d，最低為0.796 8 khm2/d，平均為4.286 4 khm2/d。

表2 陜西省小麥生長后期條銹病流行速率

2.3.3 條銹病最終發(fā)生面積與前期病田面積的關(guān)系

陜西省小麥條銹病最終發(fā)生面積與12月、1月發(fā)生面積的相關(guān)系數(shù)幾乎等于0，但與2月以后發(fā)生面積的相關(guān)系數(shù)都大于0.8(圖5)，說明冬前條銹病發(fā)生面積與最終發(fā)生面積的關(guān)系不大，越冬后發(fā)生的面積對最終發(fā)生面積起決定作用。統(tǒng)計(jì)2月3日條銹病發(fā)生面積與12月4日、1月7日發(fā)生面積的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)也幾近為0，進(jìn)一步說明陜西省秋季條銹病發(fā)生面積的大小不是影響春季發(fā)生流行的主要因素。陜西小麥主產(chǎn)區(qū)是關(guān)中地區(qū)，關(guān)中地區(qū)越冬菌源很少，病害流行取決于春季菌源傳入時(shí)間和數(shù)量[13,16]。

圖5 陜西省小麥條銹病最終發(fā)生面積與前期發(fā)生面積的關(guān)系

2.3.4 條銹病最終發(fā)生面積與始見期的關(guān)系

小麥條銹病最終發(fā)生面積與始見期關(guān)系密切，相關(guān)系數(shù)為-0.864 9，通過0.01顯著水平檢驗(yàn)(圖6)。說明小麥條銹病始見期的早晚對最終發(fā)生面積具有極顯著影響，始見期越早最終病田面積越大，始見期越晚最終病田面積越小。

圖6 陜西省小麥條銹病最終發(fā)生面積與始見期的關(guān)系

2.4 條銹病發(fā)生流行與氣象條件的關(guān)系

2.4.1 條銹病發(fā)生流行指標(biāo)與氣象條件的關(guān)系

根據(jù)小麥條銹病的發(fā)生、流行規(guī)律, 對2010-2017年小麥條銹病始見期、流行速率、發(fā)病面積、發(fā)病程度與上年10月至5月的氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析, 結(jié)果見表3-表6。由表3可以看出，小麥條銹病始見期與上年12月氣溫呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即上年12月溫度越高，始見期出現(xiàn)得越早；小麥條銹病始見期與上年10月降水量、3月降水量呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與1月降水量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即這幾個(gè)月降水量越多，始見期出現(xiàn)得越早。由表4可以看出，小麥條銹病流行速率僅與3月降水量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，即3月降水量越多，條銹病流行越快。由表5可以看出，小麥條發(fā)病面積與1月氣溫呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，即上年1月溫度越高，條銹病的發(fā)病面積越大；小麥條銹病發(fā)病面積與3月降水量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，即3月降水量越多，條銹病的發(fā)病面積越大。由表6可以看出，小麥條銹病發(fā)病程度與3月相對濕度呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，與3月降水量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，即3月降水量越多、相對濕度越大，條銹病發(fā)病程度越高?？偠灾从承←湕l銹病的指標(biāo)(始見期、流行速率、發(fā)病面積、發(fā)病程度)與冬季溫度、初春降水量關(guān)系密切。冬季溫度高，有利于條銹病孢子越冬；初春降水多，空氣濕度大有利于條銹病滋生、蔓延和流行。因此暖冬、初春降水多等有利氣象條件是陜西省小麥條銹病流行的外因。

分別利用小麥條銹病始見期、流行速率、發(fā)病面積、發(fā)病程度與其顯著相關(guān)的氣象因子，運(yùn)用逐步回歸方法或一元線性回歸方法建立回歸方程，結(jié)果列于表7。由表7可以看出，條銹病4個(gè)指標(biāo)與氣象條件的回歸方程均通過0.01的極顯著性檢驗(yàn)，可在條銹病發(fā)生流行指標(biāo)預(yù)測中應(yīng)用。

2.4.2 條銹病發(fā)生面積擴(kuò)展進(jìn)程的模擬

由2.3.2分析可知，條銹病發(fā)生面積擴(kuò)展進(jìn)程可用Logistic曲線進(jìn)行模擬。Logistic曲線方程表達(dá)式為：

(2)

式中:A為條銹病發(fā)生面積，t為田間調(diào)查時(shí)間(計(jì)算方法同式(1))，a、b、c為回歸系數(shù)。各回歸系數(shù)與氣象條件的相關(guān)關(guān)系見表8～表10。由表8可知，回歸系數(shù)a與3月降水量之間存在極顯著的相關(guān)關(guān)系。由表8可知，回歸系數(shù)a與3月降水量之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。由表9可知，回歸系數(shù)b與上年12月溫度、1月、3月降水量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，與上年10月降水量之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。由表10可知，回歸系數(shù)c與上年12月溫度、10月降水量，3月降水量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。運(yùn)用逐步回歸方法或一元線性回歸方法分別建立a、b、c與氣象因子回歸方程，三個(gè)方程均通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)：

a= 8.8774+11.505P3，(F=111.61)>(F0.005=18.63)；

(3)

b=5.4013+0.1367P10+0.1530P3，(F=10.8)>(F0.025=8.43)；

(4)

c= -0.02961-0.0009957P10-0.001011P3，(F=20.48)>(F0.005=18.31)。

(5)

把式(3)、式(4)、式(5)式代入(2)式，可以得到：

(6)

表3 小麥條銹病始見期與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表4 小麥條銹病流行速率與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表5 小麥條銹病發(fā)病面積與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表6 小麥條銹病發(fā)生程度與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表7 小麥條銹病指標(biāo)回歸方程

表8 Logistic回歸方程參數(shù)a與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表9 Logistic回歸方程參數(shù)b與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

表10 Logistic回歸方程參數(shù)c與各月氣象因子的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示通過α=0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)論與討論

基于陜西省2010-2017小麥條銹病田間調(diào)查資料和溫度、降水等氣象要素資料，采用回歸分析方法，研究陜西省小麥條銹病發(fā)生流行規(guī)律，建立小麥條銹病發(fā)生流行指標(biāo)與氣象因子的關(guān)系模型，得到以下結(jié)論。

(1)近年來，陜西關(guān)中、陜南地區(qū)條銹病平均始見期分別為4月18日和1月30日，兩地區(qū)始見期時(shí)間順序都為由西向東逐步推遲，全省條銹病始見期具有提早的趨勢。

(2)研究期內(nèi)陜西省小麥條銹病發(fā)病程度變化趨勢不明顯，秋田發(fā)病面積具有逐年減少的趨勢，而最終病田面積具有逐年增加的趨勢。

(3)條銹病發(fā)生面積擴(kuò)展過程可用邏輯斯蒂(Logistic)生長曲線來模擬。

(4)小麥條銹病始見期的早晚對最終發(fā)生面積具有極顯著影響，始見期越早最終病田面積越大，始見期越晚最終病田面積越小。冬前條銹病發(fā)生面積與最終發(fā)生面積的關(guān)系不大，初春發(fā)生病面積與最終發(fā)生面積具有極顯著的相關(guān)關(guān)系。陜西小麥主產(chǎn)區(qū)條銹病流行取決于春季菌源傳入時(shí)間和數(shù)量。

(5)反映小麥條銹病的指標(biāo)(始見期、流行速率、發(fā)病面積、發(fā)病程度)與冬季溫度、初春降水量關(guān)系密切。冬季溫度高，有利于條銹病孢子越冬；初春降水多，空氣濕度大有利于條銹病滋生、蔓延、流行。暖冬、初春降水多等有利氣象條件是陜西省小麥條銹病流行的外因。

小麥條銹病始見期、流行速率、發(fā)病面積、發(fā)病程度和發(fā)生面積擴(kuò)展進(jìn)程與氣象條件具有顯著的相關(guān)關(guān)系，由此而建立的回歸方程在條銹病發(fā)病指標(biāo)預(yù)測中具有一定實(shí)用意義。但因資料年限較短，需要進(jìn)一步驗(yàn)證和研究。