云南省橡膠樹白粉病流行天氣適宜度預(yù)報研究*

陳 瑤，朱 勇，張加云，周雙喜，張利才

(1.云南省氣候中心，云南 昆明 650034；2.西雙版納州氣象局，云南 景洪 666100)

橡膠樹白粉病自從1918年在印尼爪哇首次發(fā)現(xiàn)以來，迄今已遍布各植膠園，中國1951年在海南島發(fā)現(xiàn)此病，是世界植膠區(qū)橡膠樹重要病害之一。每年冬春季(1-4月) 白粉病在我國都有不同程度的發(fā)生，主要為害橡膠樹的嫩葉、嫩芽、嫩梢和花序，病害嚴(yán)重時對橡膠樹的生長和產(chǎn)量均有顯著影響[1-7]，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。1959年此病在中國海南島大面積發(fā)生流行，引起橡膠樹新抽的嫩葉連續(xù)脫落，推遲了當(dāng)年開割期，導(dǎo)致干膠產(chǎn)量比上年減產(chǎn)50%左右。1985年，云南省植膠區(qū)橡膠樹白粉病大流行，僅西雙版納地區(qū)，嚴(yán)重落葉(落葉50%以上)的割膠林地達(dá)1.36萬hm2，當(dāng)年損失干膠3 000 t,合計人民幣2 400萬元[8]。2008年春西雙版納橡膠樹白粉病大面積爆發(fā)流行，膠樹因病大量落葉導(dǎo)致普遍開割推遲1～2個月，部分新植膠園全年不能割膠，截止當(dāng)年6月底，全州干膠產(chǎn)量同比減少15 800多t，減產(chǎn)43.9%，當(dāng)年損失5億元左右[9]。橡膠白粉病已成為橡膠生產(chǎn)最重要的制約因素之一。

橡膠樹白粉病的發(fā)生和流行與氣象條件有著密切的聯(lián)系。很多學(xué)者對該病害的流行規(guī)律以及流行趨勢的預(yù)測預(yù)報技術(shù)等方面作了廣泛深入的研究。流行規(guī)律方面，邵志忠等[10-11]研究認(rèn)為：橡膠樹白粉病發(fā)生和流行的嚴(yán)重度主要取決于嫩葉期的日最高溫度，而與越冬菌量(或基礎(chǔ)菌量)無明顯的關(guān)系；當(dāng)最低氣溫<10℃時，橡膠白粉病病菌的繁殖速度隨最低氣溫降低而減慢，與日平均溫度、最高溫度和相對濕度無明顯關(guān)系；最低氣溫<8℃時，病菌的繁殖會受到抑制；當(dāng)最低氣溫≥10℃時，病菌的繁殖速度取決于最高溫度，與日平均溫度、最低溫度和相對濕度相關(guān)均不顯著。曹學(xué)仁等[12]通過海南農(nóng)墾橡膠白粉病病情指數(shù)和ENSO事件發(fā)生年歷史資料對比分析發(fā)現(xiàn),ENSO事件的發(fā)生對橡膠樹白粉病病情有明顯影響。預(yù)測預(yù)報技術(shù)方面，大多側(cè)重于通過多元回歸法[13-16]、時間序列分析法[17]等統(tǒng)計預(yù)報方法，建立橡膠樹白粉病病情指數(shù)的中、長期預(yù)報模型，這些預(yù)報模型的準(zhǔn)確性受長期天氣預(yù)報準(zhǔn)確性所制約，只能粗略預(yù)報白粉病病害的流行趨勢，并且當(dāng)病害年度間存在較大差異時，預(yù)報結(jié)果和實(shí)際病情指數(shù)相差較大。

本文針對云南植膠區(qū)，用最高溫度和最低溫度作為橡膠樹白粉病的致災(zāi)氣象因子，并考慮了橡膠白粉病最適宜病日持續(xù)時間的作用，構(gòu)建橡膠樹白粉病流行天氣適宜度指數(shù)，由此判別天氣條件對橡膠樹白粉病發(fā)生的適宜程度。

將本研究方法應(yīng)用于實(shí)際工作中，每年橡膠樹進(jìn)入第一蓬葉抽葉期后，根據(jù)氣象要素實(shí)況，結(jié)合短期天氣預(yù)報，對橡膠樹白粉病天氣適宜度進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并結(jié)合物候進(jìn)程預(yù)測未來7天橡膠樹白粉病流行程度，從而指導(dǎo)膠農(nóng)適時、適量使用農(nóng)藥科學(xué)合理的防治橡膠樹白粉病，將病情控制在中病范圍內(nèi)，這對保證橡膠增產(chǎn)[3-6]及保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文選取1981-2015年云南主要植膠區(qū)3個有代表性的氣象站點(diǎn)：景洪(代表哀牢山以西、南部)、河口(代表哀牢山以東)和瑞麗(代表哀牢山以西、北部)進(jìn)行分析。所用氣象資料來源于云南省氣候中心。收集到的橡膠物候和白粉病病情數(shù)據(jù)：景洪35年的資料來源于云南省熱帶作物研究所、景洪市氣象局和云南天然橡膠氣象服務(wù)中心；河口19年的資料由原河口橡膠分公司提供；瑞麗22年的資料來源于德宏熱作所和德宏州氣象局，資料的具體年份如表1。

表1 各測站的經(jīng)、緯度及白粉病資料的起、止年限

1.2 數(shù)據(jù)處理

由于3個測站橡膠樹嫩葉期物候觀測記錄有缺失，對于有物候記錄的按實(shí)際起止日期計算白粉病連續(xù)天氣適宜度等級，沒有記錄的采用常年平均物候期代替。常年平均狀況：景洪2月1日-3月15日，河口2月16日-4月20日，瑞麗3月1日-4月20日。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部《橡膠樹白粉病測報技術(shù)規(guī)程 》[18]，將橡膠樹白粉病流行強(qiáng)度按病情指數(shù)的情況劃分為輕度流行、中度流行、大流行、特大流行四個等級(表2)。

表2 橡膠樹白粉病流行強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 研究方法

1.3.1 單日橡膠樹白粉病溫度適宜度

橡膠白粉病是典型的氣候型病害，根據(jù)溫度對橡膠白粉病影響的情況，定義單日的橡膠白粉病溫度適宜度函數(shù)F為拋物線型，當(dāng)日最低溫度<10℃時，F(xiàn)為：

(1)

式中：F為單日橡膠樹白粉病溫度適宜度，表示溫度對橡膠樹白粉病發(fā)生、發(fā)展、流行的適宜程度，為無量綱量，取值0.0～1.0；td為某日的最低溫度(℃)。

當(dāng)日最低溫度≥10℃時，單日的橡膠樹白粉病溫度適宜度F為：

(2)

式中：tg為某日的最高溫度(℃)；t1為橡膠樹白粉病發(fā)生速度明顯減慢的最高溫度(℃)，取值見表3；t2為抑制橡膠樹白粉病發(fā)生所需的最高溫度(℃)，取值見表3。

表3 t1、t2取值(℃)

中幼林各物候期的t1、t2都采用表3中抽芽期、古銅期對應(yīng)的數(shù)值。通過式(1)或式(2)，把每天的溫度值轉(zhuǎn)化為0.1～1.0之間的一個無量綱量，值越大，溫度適宜度越好，越有利于橡膠白粉病發(fā)生流行，值越小，溫度適宜度越差，越不利于橡膠白粉病發(fā)生流行。

1.3.2 連續(xù)多日橡膠樹白粉病流行天氣適宜度指數(shù)

在橡膠白粉病感病期間，橡膠樹白粉菌分生孢子萌發(fā)后有一段存活時間。當(dāng)F=1時，表明氣象條件最適宜橡膠白粉病的發(fā)展，稱為最適宜病日。一個最適宜病日很難引發(fā)橡膠白粉病流行，最適宜病日持續(xù)的時間越長，對橡膠白粉病的爆發(fā)流行作用越大。因此簡單地將嫩葉期間的單日橡膠樹白粉病溫度適宜度相加，確定天氣條件對橡膠白粉病發(fā)生發(fā)展的適宜程度會有一定的誤差。為了避免這一缺陷，本文考慮了白粉病出現(xiàn)最適宜病日持續(xù)長度對橡膠白粉病發(fā)生發(fā)展程度的影響，定義每年橡膠白粉病感病期任意一段感病時間(n天)的橡膠樹白粉病流行天氣適宜度指數(shù)Z為：

(3)

式中：Z為某段時間的橡膠白粉病天氣適宜度，無量綱量；n為感病期的總天數(shù)；i為感病期內(nèi)的日期序號；當(dāng)Fi<1時，Ai=1；當(dāng)連續(xù)幾日出現(xiàn)F=1時，Ai為持續(xù)時間對指數(shù)的加權(quán)系數(shù)，取值見式(4)。

1.3.3 加權(quán)系數(shù)的確定

根據(jù)劉靜等人的研究[19]，在23℃、28℃自然狀態(tài)下，孢子萌發(fā)率及存活時間推算出F=1持續(xù)日數(shù)的修正系數(shù)，如公式(4)所示，式中，j為溫度適宜度F=1連續(xù)出現(xiàn)的天數(shù)。

(4)

通過式(3)，把一段時間內(nèi)的天氣條件與橡膠物候結(jié)合后對橡膠白粉病的影響及適宜程度表示出來，值越大，天氣適宜度越好，越有利于橡膠白粉病發(fā)生流行；反之越不利于橡膠白粉病發(fā)生流行。

1.3.4 橡膠樹白粉病天氣適宜度

依據(jù)橡膠樹白粉病天氣適宜度指數(shù)Z的大小，將橡膠樹白粉病流行天氣適宜度分為不適宜、較適宜、適宜、最適宜四個等級(表4)。

表4 橡膠樹白粉病天氣適宜度分級表

2 模型驗(yàn)證與分析

2.1 模型驗(yàn)證

根據(jù)歷史氣象資料，計算1981-2018年逐年的橡膠白粉病天氣適宜度，對景洪、河口、瑞麗三站分別進(jìn)行擬合、驗(yàn)證。對于沒有詳細(xì)物候記錄的年份，計算時用到表3中t1、t2的物候期的區(qū)分采用：從抽芽期到古銅期，約占第一蓬葉抽芽至穩(wěn)定時間的60%。

景洪地區(qū)冬春季受到冷空氣影響頻率和強(qiáng)度的年度差異較大。景洪35年中，有4個白粉病特重年的天氣適宜度指數(shù)都達(dá)到最適宜，6個白粉病重病年的天氣適宜度指數(shù)都達(dá)到適宜，其余年份為較適宜及不適宜，橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)等級與實(shí)況記錄的病情指數(shù)等級總符合率達(dá)100%(圖1)，這與景洪地區(qū)為橡膠樹白粉病常發(fā)區(qū)[18]的普遍認(rèn)識相一致，表明對于景洪的橡膠樹白粉病天氣適宜度指數(shù)Z的等級劃分是合理。對2016-2018年景洪市32個代表橡膠種植的站點(diǎn)進(jìn)行試報(圖2)，最終白粉病天氣適宜度指數(shù)，2016年有66.7%的站達(dá)到中度流行，大流行以上的站達(dá)24.2%，2017年有51.5%的站達(dá)到中度流行，大流行以上的站達(dá)30.3%；2018年有40.0%的站為輕度流行，53.3%的站達(dá)到中度流行，預(yù)測結(jié)果與云南省橡膠氣象服務(wù)中心、景洪市氣象局觀測實(shí)況相一致，符合橡膠樹白粉病發(fā)生流行短、中期天氣的適宜度實(shí)況，反映靈敏，可以應(yīng)用于相關(guān)業(yè)務(wù)及服務(wù)。

圖1 1981-2015年景洪橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)與病情指數(shù)

圖2 2016-2018年景洪市區(qū)域橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)

河口地區(qū)位于哀牢山以東，冬春季易受到冷空氣影響，多陰雨天氣。河口有記錄的19年橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)等級與實(shí)況記錄的病情指數(shù)等級總符合率達(dá)100%。沒有記錄的16年只有3年天氣適宜度指數(shù)等級為適宜，其余16年均達(dá)到最適宜，沒有不適宜的年份(圖3)，這與河口地區(qū)為橡膠樹白粉病常發(fā)區(qū)、重發(fā)區(qū)[18]的普遍認(rèn)識相一致，表明對于河口地區(qū)橡膠樹白粉病天氣適宜度指數(shù)Z的等級劃分是合理。

圖3 1981-2015年河口橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)與病情指數(shù)

德宏地區(qū)春季受到冷空氣影響的頻率較少、強(qiáng)度較小。瑞麗有記錄的22年橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)等級與實(shí)況記錄的病情指數(shù)等級總符合率達(dá)100%。沒有記錄的13年中只有 1年適宜、沒有最適宜，其余年份為較適宜及不適宜(圖4)，表明對于德宏地區(qū)橡膠樹白粉病天氣適宜度指數(shù)Z的等級劃分是合理。

2.2 橡膠白粉病天氣適宜度等級臨近預(yù)報

(1)橡膠樹進(jìn)入萌動期后，根據(jù)日最低氣溫、最高氣溫的實(shí)際觀測值，使用本研究方法計算橡膠白粉病天氣適宜度指數(shù)Z；根據(jù)適宜度指數(shù)的大小，判別前期天氣條件對橡膠白粉病流行的適宜程度。

(2)用天氣預(yù)報產(chǎn)品中未來7 d逐日的最低氣溫、最高氣溫預(yù)報值，推算未來橡膠白粉病天氣適宜度，從而預(yù)測橡膠白粉病流行程度。

(3)結(jié)合各區(qū)域的橡膠物候進(jìn)程和橡膠白粉病流行預(yù)測結(jié)果，形成服務(wù)產(chǎn)品，為政府、生產(chǎn)部門及膠農(nóng)個人防治橡膠白粉病提供決策依據(jù)(橡膠白粉病天氣適宜度預(yù)報服務(wù)流程見圖5)。

2.3 景洪市2018年預(yù)報服務(wù)情況

2017年11月-2018年1月景洪降水特多，是歷年同期的1.1倍，月平均溫度偏高1.1℃，導(dǎo)致2018年橡膠樹黃葉落葉時間明顯推遲，較常年偏晚10 d，1月29日才落葉，但落葉比較整齊和徹底。2月13日膠樹開始萌動，3月7日開始長葉，到3月18日第一篷葉基本穩(wěn)定，穩(wěn)定時間較常年偏晚4 d。萌動后以晴天為主，光照充足，無降溫降雨天氣過程，氣溫回升快，氣象條件有利于橡膠嫩葉的快速生長，不利于橡膠白粉病的發(fā)生發(fā)展，雖然在3月9-11、14、17日出現(xiàn)最適宜病日，到3月18日第一篷葉穩(wěn)定，白粉病為中偏輕度流行。

天氣適宜程度預(yù)報情況：3月5日發(fā)現(xiàn)未來3月9-11日將有降溫過程，6日起逐日訂正發(fā)布橡膠白粉病流行預(yù)測，至3月6日白粉病天氣適宜度指數(shù)監(jiān)測僅為0.065，根據(jù)3月7日的天氣預(yù)報，計算出未來7天橡膠白粉病適宜度指數(shù)達(dá)0.76，為最適宜流行，結(jié)合前期天氣、物候和病情，未來適宜度指數(shù)將達(dá)0.25，仍在輕度范圍，考慮到植膠區(qū)的種植環(huán)境差異，發(fā)布橡膠專題服務(wù)：景洪市未來天氣適宜白粉病流行，物候較早的橡膠樹，由于在這次降溫過程之前葉片基本穩(wěn)定，白粉病只是輕度流行，物候較晚的、種植海拔較高的橡膠樹白粉病將達(dá)中度流行。從圖2中可以看出，景洪站最終適宜度指數(shù)達(dá)0.30，全市最終白粉病天氣適宜度指數(shù)有40.0%的站達(dá)輕度流行，53.3%的站達(dá)到中度流行，預(yù)測結(jié)果與云南省橡膠氣象服務(wù)中心、景洪市氣象局觀測實(shí)況吻合，預(yù)報準(zhǔn)確、服務(wù)效果好。

3 結(jié)論與討論

(1)根據(jù)歷史氣象資料、橡膠白粉病實(shí)際觀測值，研制橡膠白粉病最適宜病日的持續(xù)時間修正系數(shù)，構(gòu)建云南省橡膠白粉病流行氣象適宜度模型，將橡膠白粉病流行天氣適宜度分為不適宜、基本適宜、適宜、最適宜四個等級，由此判別橡膠白粉病流行天氣適宜程度。

(2)應(yīng)用本研究方法，可動態(tài)監(jiān)測橡膠白粉病流行天氣適宜程度，預(yù)測未來7 d內(nèi)橡膠白粉病可能流行的程度，2016年、2017年和2018年景洪市試報結(jié)果與實(shí)況相符，說明該方法預(yù)報精度可信，可在實(shí)際工作中應(yīng)用。

(3)橡膠白粉病發(fā)生發(fā)展除與嫩葉期的溫度相關(guān)外，同時又受到品種、物候等影響，由于缺乏該方面的歷史資料，本文只考慮了橡膠樹白粉病發(fā)病對氣候適宜的一般性要求。

(4)隨著更多自動氣象站的建立和衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用，推算出的高精度格點(diǎn)溫度的可信度極高，此方法的應(yīng)用可以提供精細(xì)化的橡膠白粉病流行趨勢預(yù)報服務(wù)，使節(jié)省大量的田間病情觀測成為可能。