小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用效果評價

宋瑞 王嘉薈 袁冬貞 王保通 范三紅 秦志波 黃沖 劉萬才 胡小平

摘要 2018年在江蘇、陜西、河南、湖北、安徽共18個縣（市）安裝了小麥赤霉病預(yù)報器，在周邊設(shè)置未防治麥田進行赤霉病調(diào)查，并與預(yù)警軟件平臺預(yù)測結(jié)果相比較，評價小麥赤霉自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的準確性。評價結(jié)果表明，2018年該系統(tǒng)預(yù)測的準確性達71.8%。結(jié)合陜西省植?？傉?、西安市植保站、渭南華州區(qū)植保站、商洛洛南縣植保站、安徽鳳臺縣植保站2016年-2018年對該系統(tǒng)的評價結(jié)果，證實該系統(tǒng)預(yù)測準確性較高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，自動化程度高，可為小麥赤霉病的科學(xué)防控提供重要的參考依據(jù)，具有一定的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 小麥赤霉病; 自動監(jiān)測預(yù)警; 準確性評價

中圖分類號： S 431.7

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019122

Application effect evaluation of the automatic monitoring and

warning system for Fusarium head blight

SONG Rui1， WANG Jiahui1， YUAN Dongzhen2， WANG Baotong1， FAN Sanhong1，

QIN Zhibo3， HUANG Chong4， LIU Wancai4， HU Xiaoping1

（1. College of Plant Protection， Northwest A & F University， Yangling 712100， China; 2. Shaanxi Provincial Plant

Protection Extension Station， Xian 710003， China; 3. Xian Huangshi Biological Engineering Co.， Ltd.，

Xian 710065， China; 4. National Agricultural Technology Extension and Service Center， Ministry of

Agriculture and Rural Affairs， Beijing 100125， China）

Abstract

In 2018， we installed 18 predictors in Jiangsu， Shaanxi， Henan， Hubei and Anhui to evaluate the prediction accuracy of the system. The prediction results from the system were compared with that achieved from the investigation in un-control fields. Results showed that prediction accuracy of the system reached to 71.8% in 2018. Combined with the evaluation results from Shaanxi Provincial Plant Protection Extension Station， Xian Provincial Plant Protection Extension Station， Huazhou Plant Protection Extension Station in Shaanxi， Luonan Plant Protection Extension Station in Shaanxi and Fengtai Plant Protection Extension Station in Anhui， the accuracy of the system was high， and the system was stable， reliable with high automation level and good application prospect， which can provide important reference for controlling the disease.

Key words

Fusarium head blight; automatic monitoring and warning system; accuracy evaluation

小麥赤霉病（Fusarium head blight）是由禾谷鐮孢Fusarium graminearum及亞洲鐮孢F.asiaticum等多種鐮孢菌引起的世界性真菌病害。在歐洲、北美、南美、亞洲、澳洲等地主產(chǎn)麥區(qū)均有分布。在我國尤其是小麥穗期溫潤、多雨的長江流域和沿海地區(qū)受害嚴重。但近年來由于全球氣候變暖，玉米小麥或水稻小麥長期輪作和秸稈還田等農(nóng)藝措施引起病原菌積累，小麥赤霉病危害愈加頻繁。小麥赤霉病不僅能造成產(chǎn)量及品質(zhì)的損失，其產(chǎn)生的真菌毒素，如脫氧雪腐鐮孢菌烯醇（deoxynivalenol，DON）、玉米赤霉烯酮（zearalenone， ZEN）、雪腐鐮孢烯醇（nivalenol， NIV）等，嚴重影響人畜健康。因此，對小麥赤霉病進行有效防治尤為重要。

小麥赤霉病的發(fā)生與菌源、氣候、品種等多種因素相關(guān)。赤霉病發(fā)病速度快，防治窗口期短。因此，有效防治的關(guān)鍵是確定最佳防治時間，這就需要對小麥赤霉病進行科學(xué)有效的預(yù)報。對此，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究。在國外，匈牙利、愛爾蘭、意大利、英國、加拿大、美國科學(xué)家[13]根據(jù)降雨量、氣溫、相對濕度、葉面濕度等氣象因子，針對DON含量建立了預(yù)測模型;阿根廷、加拿大科學(xué)家[45]根據(jù)溫度、濕度等氣象因子，針對小麥赤霉病病穗率及嚴重度建立了預(yù)測模型;美國科學(xué)家[68]根據(jù)開花前后降雨、溫度、相對濕度持續(xù)時間，針對小麥赤霉病發(fā)生建立風險評價模型;日本的上田進等[9]根據(jù)4月中旬離地50～80 cm處子囊孢子捕捉數(shù)量，建立回歸模型來預(yù)測赤霉病的病穗率。我國學(xué)者除利用溫度、相對濕度、光照強度、降水量[10]等小尺度氣象因子外，還考慮大氣環(huán)流[1112]、海溫[1314]、厄爾尼諾[15]等大尺度氣象因子，以及菌源，如3月-4月田間稻樁子囊殼帶菌率[16]、孢子捕捉數(shù)量[1718]等，建立小麥赤霉病的預(yù)測模型。1993年張文軍就根據(jù)菌源量、小麥品種開花期特性、氣象因子等因素建立了關(guān)中地區(qū)小麥赤霉病的流行動態(tài)模型[19]。2015年張平平等建立了基于產(chǎn)殼秸稈密度的關(guān)中地區(qū)小麥赤霉病病穗率預(yù)測模型，并以此為基礎(chǔ)，研制了預(yù)報器[2021]，以及基于物聯(lián)網(wǎng)的小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

本研究主要目的是對安裝在江蘇、陜西、湖北、河南、安徽等不同生態(tài)區(qū)的小麥赤霉病預(yù)報器的預(yù)測準確性、預(yù)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性等進行評價，以期為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用及小麥赤霉病的防控等提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

小麥赤霉自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由小麥赤霉病預(yù)報器和預(yù)警軟件平臺系統(tǒng)組成（www.cebaowang.com），主要由西北農(nóng)林科技大學(xué)胡小平教授課題組、陜西省植物保護工作總站以及西安黃氏生物工程有限公司共同研制[2021]。預(yù)報器應(yīng)用了GPRS技術(shù)、數(shù)據(jù)自動存儲技術(shù)，可實時記錄溫度、相對濕度、葉片表面濕潤時間、降雨量等田間環(huán)境因子數(shù)據(jù)，并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離無線傳輸、自動存儲等功能;預(yù)警軟件平臺系統(tǒng)可通過內(nèi)置的預(yù)測模型，根據(jù)初始菌源量以及麥田環(huán)境相關(guān)因子實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，在揚花期前1周預(yù)測小麥蠟熟期赤霉病發(fā)生程度，并能在監(jiān)測結(jié)果超過防治指標時及時發(fā)送警報，指導(dǎo)病害防治。

1.2 初始菌源量調(diào)查

根據(jù)前茬作物，可分為兩種調(diào)查方法。（1）前茬作物為玉米。每個監(jiān)測點在小麥抽穗始期，隨機選擇5塊麥田（5×667 m2以上），每塊麥田采用大5點取樣法，每個樣點10 m2（2 m×5 m），撿拾玉米殘稈，以每個帶節(jié)5～6 cm長的殘稈作為標準樣稈，統(tǒng)計玉米殘稈的數(shù)量，并檢查玉米殘桿上是否有子囊殼，計算每個監(jiān)測點麥田每平方米的產(chǎn)殼玉米秸稈密度（個/m2）。（2）前茬作物為水稻。每個監(jiān)測點在小麥抽穗始期，隨機選擇5塊麥田（5×667 m2以上），每塊麥田采用大5點取樣法，每個樣點4 m2（2 m×2 m），撿拾水稻殘稈，以整穴稻樁作為標準樣稈，統(tǒng)計水稻殘稈的數(shù)量。并檢查水稻殘稈上是否有子囊殼，計算每個監(jiān)測點麥田每平方米的產(chǎn)殼水稻秸稈密度（叢/m2）。

1.3 病穗率調(diào)查及等級劃分

在小麥蠟熟期（5月12日-24日），對江蘇、陜西、湖北、河南、安徽等地主產(chǎn)麥區(qū)麥田預(yù)報器周邊未防治麥田進行赤霉病病穗調(diào)查，每塊麥田隨機選取10個點，每個點選取20株麥穗，記錄病穗數(shù)，計算病穗率。根據(jù)國標GB/T15796-2011[22]將實際調(diào)查病穗率進行流行等級劃分（表1）。

1.4 預(yù)測的準確性評價

利用實際調(diào)查的小麥赤霉病病穗率與預(yù)測的病穗率進行比較，采用肖悅巖[23]的預(yù)測預(yù)報準確度評價方法即最大誤差參照法檢驗預(yù)測的準確度：

式中，R為預(yù)測準確度，F(xiàn)i為預(yù)測結(jié)果的流行等級值，Ai為實際調(diào)查結(jié)果的流行等級值，Mi為第i次預(yù)測的最大參照誤差，該值為實際流行等級值和最高流行等級值與實際流行等級值之差中最大的值。如實際流行等級值為2，最高流行等級值與實際流行等級值之差為3（赤霉病流行等級最高值為5），那么Mi值為3。一般認為，預(yù)測流行等級與實際流行等級差值小于1時，為準確，差值為1時，為基本準確，大于1時為不準確。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始菌源量調(diào)查

2018年3月-4月，各地植保部門按照大五點取樣法調(diào)查了江蘇4縣（市）、陜西10縣（市）、湖北2縣（市）、河南1縣和安徽1縣的小麥赤霉病初始菌源量。同時，記錄了當?shù)匦←湹那安缱魑镆约俺樗肴掌诘认嚓P(guān)信息（表2）。從表2可以看出，江蘇、安徽初始菌源量普遍偏高;河南、湖北初始菌源量為中等水平;陜西省除華縣、涇陽縣外，其他地區(qū)初始菌源量均在1個/m2以下。

2.2 小麥赤霉病病穗率調(diào)查

在小麥蠟熟期按照隨機取樣法調(diào)查小麥赤霉病的實際病穗率，根據(jù)國標GB/T15796-2011將實際調(diào)查病穗率進行流行等級劃分，并與預(yù)測病穗率及預(yù)測流行等級進行比較（表3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，河南、安徽、湖北的實際病穗率平均均在29%以上，而江蘇、陜西實際病穗率因縣域不同而差異較大，如渭南市臨渭區(qū)的平均病穗率為19%，而蒲城縣為52%。將實際調(diào)查病穗率的流行等級與預(yù)測病穗率的流行等級相比較，大部分地區(qū)預(yù)測的流行等級為準確或基本準確。但陜西省的華陰市、大荔縣、華縣、三原縣，湖北省潛江市的預(yù)測流行等級為不準確。特別是陜西省的華陰市調(diào)查的病穗率流行等級為4級，而預(yù)測流行等級為1級，為預(yù)測最不準確的縣級市。

2.3 小麥赤霉自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)預(yù)測準確性評價

將田間實際調(diào)查病穗率與預(yù)測病穗率轉(zhuǎn)換的流行等級值按照肖悅巖[23]建立的預(yù)測預(yù)報準確性評價方法進行計算，得到2018年小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)測準確率為71.8%，對小麥赤霉病的防控具有一定的指導(dǎo)意義。

3 討論

2012年胡小平教授課題組研發(fā)出我國首款小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)報器，這款預(yù)報器只需要輸入初始菌源與抽穗期，就可實現(xiàn)小麥赤霉病的自動監(jiān)測預(yù)警，目前已推廣至陜西、內(nèi)蒙古、河南、山西、安徽、江蘇、山東、湖北、青海等省/自治區(qū)。2016年，陜西省植物保護工作總站對陜西關(guān)中地區(qū)該系統(tǒng)的預(yù)報準確性進行了評價，預(yù)測準確率為94.4%[24];2017年，陜西省渭南市華州區(qū)植保站及安徽省淮南市鳳臺縣植保站分別對預(yù)報的準確性進行了評價，準確率分別為96%[25]和100%[26];2018年，陜西省商洛市洛南縣植保站和西安市植保站分別對預(yù)報的準確性進行了評價，準確率分別為80%[27]和100%[28]。但上述研究均是針對局部地區(qū)預(yù)測準確性評價，對于大范圍不同生態(tài)區(qū)域尚未見研究報道。本研究通過調(diào)查并統(tǒng)計江蘇、陜西、湖北、河南、安徽5省的赤霉病病穗率，與預(yù)測結(jié)果進行比較，并利用肖悅巖的最大誤差參照法[23]對小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)綜合評價，準確率為71.8%。

小麥赤霉病自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是基于環(huán)境因子及菌源量等相關(guān)因子建立的。因此，即使是同一市，由于小氣候的影響，環(huán)境因子出現(xiàn)差異，該系統(tǒng)也能通過預(yù)報器實時記錄周邊的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，從而進行準確的預(yù)測。例如陜西省渭南市臨渭區(qū)預(yù)測流行等級為1級，同市蒲城縣預(yù)測流行等級為5級。經(jīng)過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臨渭區(qū)實際流行等級為2級，蒲城縣實際流行等級為5級。由此表明，該系統(tǒng)能夠準確預(yù)測預(yù)報器周邊麥田病穗率，指導(dǎo)病害防治。但是對于同一生態(tài)區(qū)域預(yù)報器預(yù)測的范圍，需要進一步研究。

2018年，該系統(tǒng)預(yù)測準確性較往年偏低，誤差主要來源于陜西省部分監(jiān)測點，若除去陜西省數(shù)據(jù)，準確率上升至83.3%，而陜西關(guān)中地區(qū)10個監(jiān)測點的預(yù)測準確率僅為62.5%，這可能與多種因素相關(guān)，可能是因為初始菌源量、儀器安放位置等因素的影響，也有可能是品種抗病性的差異所致。

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（責任編輯：楊明麗）

收稿日期： 20190312?? 修訂日期： 20190505

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2018YFD0200402，2016YFD0300700）;陜西省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化項目（NYKJ-2016-02）;農(nóng)作物病蟲鼠害疫情監(jiān)測與防治

致? 謝： 參加本試驗部分工作的還有江代禮、譚翰杰、張能和紀燁斌等同學(xué)，特此一并致謝。

通信作者E-mail：xphu@nwsuaf.edu.cn

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