江蘇省小麥赤霉病多因子綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃

曹璐　高蘋　吳洪顏

摘要 根據(jù)小麥赤霉病的發(fā)生特點(diǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論，確定小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)。本文利用江蘇省1961年-2017年67個(gè)氣象站氣象數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料，結(jié)合地理信息和土壤數(shù)據(jù)構(gòu)建了綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，基于GIS空間分析技術(shù)將江蘇省劃分為小麥赤霉病發(fā)生低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。結(jié)果表明：江蘇省小麥赤霉病的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于淮河以南地區(qū)，其中里下河和沿江東部赤霉病流行風(fēng)險(xiǎn)最高，需加強(qiáng)預(yù)防和治理。

關(guān)鍵詞 小麥赤霉病; 氣候條件; 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃; 應(yīng)災(zāi)能力

中圖分類號(hào)：

S 435.121.45

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019216

Multi-factor comprehensive risk assessment and zoning map of wheat scab epidemics in Jiangsu province

CAO Lu， GAO Ping， WU Hongyan*

（Jiangsu Provincial Meteorological Bureau， Nanjing 210008， China）

Abstract

Based on the characteristics of wheat scab occurrence and the theory of disaster risk analysis， a set of comprehensive risk indexes of wheat scab were derived. In this study， we used meteorological and agricultural statistics datasets of 67 stations in Jiangsu province from 1961 to 2017， combined with geographic information and soil data， to construct a comprehensive risk assessment model. With GIS spatial analysis technology， four zones， i.e.， low-risk， medium-risk， high-risk and very-high-risk zones for wheat scab in Jiangsu， were differentiated according to the assessment model. The results showed that the high-risk areas of wheat scab in Jiangsu were located in the south of Huaihe River， and the risk of wheat scab was the highest in Lixia River and the eastern part of the Yangtze River， where the prevention and management of wheat scad need to be strengthened.

Key words

wheat scab; meteorological conditions; risk zoning; disaster-bearing capability

江蘇是小麥赤霉病的常發(fā)區(qū)和重發(fā)區(qū)，流行頻率高、感染程度重，近年來(lái)，還有向北蔓延的趨勢(shì)[1]。被赤霉病感染后的小麥不僅大幅減產(chǎn)，還可產(chǎn)生脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等毒素沉積于籽粒中，嚴(yán)重威脅著江蘇的糧食安全生產(chǎn)。小麥對(duì)赤霉病的抗性是由多基因控制的，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)絕對(duì)的抗赤霉病品種。為更好地防治赤霉病，許多學(xué)者從赤霉病發(fā)生和防治實(shí)踐出發(fā)，不僅分析了栽培管理、菌源量、品種差異、防治措施及氣象條件等多種成因[2-5]，還采用多種統(tǒng)計(jì)方法，建立赤霉病發(fā)生程度和流行趨勢(shì)的預(yù)報(bào)方法[6-12]。此外，也有學(xué)者對(duì)小麥赤霉病進(jìn)行了多方位的氣候分區(qū)，并取得了一些研究成果，分區(qū)界線也與實(shí)況基本吻合。趙圣菊等[13]通過(guò)收集我國(guó)冬、春麥區(qū)氣象資料， 結(jié)合暖雨日日數(shù)及出現(xiàn)頻率確定了赤霉病的致病界線和敏感指標(biāo)，并將我國(guó)的赤霉病發(fā)生區(qū)細(xì)分為4個(gè)氣候亞帶、10個(gè)氣候小區(qū);馮成玉等[14]利用小麥赤霉病易感時(shí)期濕熱天氣的出現(xiàn)頻率和持續(xù)時(shí)間構(gòu)成氣候分區(qū)指標(biāo)，將江蘇劃分為4個(gè)氣候區(qū);商鴻生等[15]則在氣候分區(qū)的基礎(chǔ)上，又根據(jù)地下水位和發(fā)病率的關(guān)系，對(duì)關(guān)中地區(qū)小麥赤霉病分區(qū)，在一定程度上考慮了地理復(fù)雜性。然而，小麥赤霉病的流行不僅取決于氣候條件、土壤和菌源量，還受地形、種植面積、種植方式和應(yīng)災(zāi)能力等因素影響。本文基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論[16]，嘗試對(duì)小麥赤霉病流行從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，充分考慮多因子影響，建立綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，開(kāi)展赤霉病流行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和精細(xì)化分區(qū)，有望為江蘇小麥種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和赤霉病防控提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1961年-2017年江蘇省67個(gè)氣象站逐日氣溫（℃）、相對(duì)濕度（%），由江蘇省氣候中心提供;1971年-2017年分區(qū)赤霉病的病穗率觀測(cè)值來(lái)自江蘇省植保站;江蘇省1∶25萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)由國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供;1∶100萬(wàn)土壤屬性數(shù)據(jù)由南京土壤研究所提供;1961年-2017年江蘇各縣（市）小麥產(chǎn)量和種植面積數(shù)據(jù)由江蘇省統(tǒng)計(jì)局提供。以上所需數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后，利用地理信息系統(tǒng)的空間分析進(jìn)行處理，通過(guò)反距離權(quán)重和克里金插值法進(jìn)行空間插值[17]。

1.2 赤霉病氣象達(dá)標(biāo)日

小麥抽穗開(kāi)花至乳熟期間，陰雨連綿、潮濕多霧、天氣悶熱，對(duì)赤霉病的發(fā)生極為有利。根據(jù)小麥赤霉病始見(jiàn)病日至病情穩(wěn)定期病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將同時(shí)滿足日平均氣溫≥15.0℃、日平均相對(duì)濕度≥85%的當(dāng)天作為誘發(fā)赤霉病的達(dá)標(biāo)日[18]，又以持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短作為赤霉病流行等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

1.3 構(gòu)建綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

小麥赤霉病發(fā)生流行受菌源、氣象條件、作物品種和栽培方式等多因素影響。從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子及承災(zāi)體3個(gè)方面考慮，構(gòu)建江蘇冬小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：

Dr=Ds×Dh×Dv（1）

其中Dr為赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，Ds為孕災(zāi)環(huán)境敏感性，Dh為致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度，Dv為承災(zāi)體脆弱性。Dr的值越大，赤霉病發(fā)生流行風(fēng)險(xiǎn)越大。

1.3.1 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估

赤霉病的孕災(zāi)環(huán)境包含了地形地貌、土壤屬性及栽培措施等方面，其中地勢(shì)低洼、排水不暢、土壤黏重、植株密度過(guò)大等都會(huì)加重赤霉病。因植株密度、管理措施等可人為控制，因此本文僅選擇坡度、田間持水量（0～20 cm）作為孕災(zāi)環(huán)境因子構(gòu)建環(huán)境敏感性模型Ds，其中坡度（Sl）是影響地表徑流的重要因素之一，同等降雨條件下，坡度越大越易引起坡面流，水流下滲少，不易積水。田間持水量（Fc）是土壤的一個(gè)重要屬性，能較好地反映土壤質(zhì)地的差異，土壤黏滯或地下水位高，田間持水量較大，反之，砂質(zhì)土壤孔隙大，田間持水量也小[19]。

Ds=w1Fc+w2（1-Sl）（2）

式中，Ds為環(huán)境敏感性指數(shù)，w1，w2為影響權(quán)重系數(shù)，用層次分析法確定[20]。

1.3.2 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估

調(diào)查表明，稻麥茬種植區(qū)尤其是秸稈還田以后，田間菌源廣泛存在[21]，那么，抽穗揚(yáng)花期的氣象條件則成為赤霉病流行的主因。因此，可根據(jù)氣象達(dá)標(biāo)日的出現(xiàn)頻率和可能的病穗率構(gòu)建致災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估模型Dh：

Dh=∑4i=1Pi×Ci（3）

其中i為等級(jí)數(shù)，Pi為各等級(jí)達(dá)標(biāo)日發(fā)生頻率，Ci為相應(yīng)的可能小麥病穗率中間值。

1.3.3 承災(zāi)體脆弱性評(píng)估

采用相對(duì)小麥種植面積作為承災(zāi)體物理暴露性指標(biāo)，即為各縣（市）小麥的種植面積與各縣（市）耕地面積之比。其計(jì)算公式如下：

Vε=AwAa（4）

其中，Vε為承災(zāi)體物理暴露性指數(shù)，Aw為各縣（市）冬小麥種植面積，Aa 為《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》提供的縣（市）耕地面積，取近5年平均值。

Vd反映的是區(qū)域人類社會(huì)為保障承災(zāi)體免受、少受某種災(zāi)害威脅而采取的基礎(chǔ)的及專項(xiàng)的防備措施力度。本文采用某區(qū)域單產(chǎn)占整個(gè)研究區(qū)單產(chǎn)總和的平均值所代表的區(qū)域農(nóng)業(yè)水平指數(shù)來(lái)表示區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力。

Vd=1n∑ni=1YiSi（5）

Si=∑mj=1Yij（6）

其中，Vd為區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力，Yi為縣級(jí)第i 年的實(shí)際單產(chǎn)，Si為第i年全省各縣（市）實(shí)際單產(chǎn)總和，Yij為第i年j縣（市）的實(shí)際單產(chǎn)，n為年代長(zhǎng)度，m為縣（市）個(gè)數(shù)。

利用承災(zāi)體的物理暴露性和區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力2個(gè)指標(biāo)構(gòu)建承災(zāi)體脆弱性綜合評(píng)估模型Dv：

Dv=w3Vε+w4（1-Vd）（7）

式中，Vε為承災(zāi)體物理暴露性，Vd為區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力;w3，w4分別為承災(zāi)體物理暴露性和區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力的權(quán)重，用層次分析法確定。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤霉病流行氣象條件空間分布特征

統(tǒng)計(jì)1961年以來(lái)小麥抽穗-乳熟期（4月-5月）逐日平均氣溫和相對(duì)濕度發(fā)現(xiàn)，江淮之間南部和蘇南大部分地區(qū)年平均誘發(fā)達(dá)標(biāo)日超過(guò)10 d，其中，蘇南南部和南通地區(qū)超過(guò)12 d、局部達(dá)到14～15 d;江淮之間北部有8～10 d;淮北地區(qū)年平均4～8 d（圖1）。進(jìn)一步分析流行程度發(fā)現(xiàn)（表2），全省平均年發(fā)生輕-中度誘發(fā)赤霉病氣象條件1～3次;較重以上程度的氣象條件淮北地區(qū)每年出現(xiàn)0.3次左右，江淮之間0.6～0.7次，蘇南地區(qū)則在0.73次以上。江淮之間和蘇南地區(qū)出現(xiàn)誘發(fā)赤霉病的氣象條件幾率遠(yuǎn)高于淮北地區(qū)。

2.2 赤霉病流行年際特征

以泰興為例，統(tǒng)計(jì)1961年以來(lái)歷年赤霉病氣象誘發(fā)達(dá)標(biāo)日發(fā)現(xiàn)，分別在1963、1964、1966、1977、1983、1985、1994、1998、2002及2016等年份出現(xiàn)峰值，均超過(guò)15 d，有逐年波動(dòng)減弱趨勢(shì)，這與當(dāng)?shù)匦←湷嗝共〉牧餍星闆r基本吻合（圖2）。年代際分布看，氣象誘發(fā)平均日數(shù)亦有下降趨勢(shì)，2001年-2010年間達(dá)到最少，2011年-2017年平均日數(shù)又有回升，這說(shuō)明氣象條件在逐漸好轉(zhuǎn)的過(guò)程中，出現(xiàn)波動(dòng)回升。尤其是2016年，氣象誘發(fā)達(dá)標(biāo)日出現(xiàn)了22 d，有2次天氣過(guò)程達(dá)到重度、3次達(dá)到中度的溫濕指標(biāo)，滿足了赤霉病大流行誘發(fā)條件。而來(lái)自農(nóng)業(yè)部門的調(diào)查也證實(shí)了這一情況，2016年全省赤霉病發(fā)病面較廣，沿江和蘇南小麥病穗率超過(guò)50%，江淮之間部分地區(qū)達(dá)到40%左右，淮北地區(qū)病穗率也普遍超過(guò)10%，造成全省小麥品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響了夏糧收購(gòu)。

2.3 冬小麥脆弱性評(píng)估

冬小麥脆弱性評(píng)估主要從物理暴露性和應(yīng)災(zāi)能力兩方面考慮，江蘇冬小麥的物理暴露性指數(shù)（圖略）在淮北、江淮之間中西部及沿江和蘇南的中部地區(qū)較高，該地超過(guò)50%的耕地種植小麥，其中宿遷、淮安甚至超過(guò)60%，物理暴露性最高;東部沿海、蘇南南部及寧鎮(zhèn)丘陵地區(qū)小麥種植面積較小，南京地區(qū)僅有10%～20%，物理暴露性較低。應(yīng)災(zāi)能力（圖3a）空間分布以江淮之間為最強(qiáng)，超過(guò)0.014，包括宿遷、鹽城、淮安、泰州及揚(yáng)州和南通部分地區(qū)，這些地區(qū)小麥單產(chǎn)高且穩(wěn)定;淮北和沿江大部分地區(qū)略低一些，在0.013～0.014之間;蘇南南部和寧鎮(zhèn)丘陵地帶產(chǎn)量穩(wěn)定性最差，種植面積小，單產(chǎn)波動(dòng)大，應(yīng)災(zāi)能力也相對(duì)最弱。

綜合分析（圖3b），江蘇冬小麥脆弱性較高的地區(qū)主要在長(zhǎng)江以北，其中徐州南部、宿遷、淮安、揚(yáng)州及泰州和鹽城的部分地區(qū)最高，脆弱性相對(duì)較低的地區(qū)為寧鎮(zhèn)丘陵、蘇南東部和南通南部地區(qū)，北部沿海和蘇南南部地區(qū)呈中等脆弱性。

2.4 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估

坡度分析顯示，江蘇大部分地區(qū)坡度≤2°，地勢(shì)平緩，低洼地較多，僅在蘇南西部和連云港地區(qū)有部分丘陵崗地。全省0～20 cm的田間持水量在0～0.52之間，高值區(qū)分布在沿江、江淮之間，范圍較廣，這些地區(qū)的土壤保水性好，偏黏滯。分析孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，江淮之間中西部、沿江和蘇南的部分地區(qū)數(shù)值較高，大于0.65;沿江東部、沿海和江淮部分地區(qū)敏感指數(shù)在0.55～0.65之間，土壤砂性較強(qiáng);敏感指數(shù)小于0.55的區(qū)域多為水體（圖4）。

2.5 赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

利用地理信息系統(tǒng)的柵格計(jì)算功能，根據(jù)公式（1）求得江蘇冬小麥赤霉病風(fēng)險(xiǎn)值。經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)綜合分析，確定如下4個(gè)等級(jí)：低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（Dr≤0.2）、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.20.4）。江蘇小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)差異明顯（圖5），其中，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于泰興、江都、丹陽(yáng)、溧陽(yáng)、姜堰、海安、如皋、如東、靖江、宜興、常熟、昆山、張家港等地，這些地區(qū)春季滿足日平均氣溫≥15℃且相對(duì)濕度≥85%的日數(shù)年平均超過(guò)12 d，地勢(shì)低洼、水網(wǎng)密布，土壤黏滯、多為水稻土和潮土，冬小麥單產(chǎn)并不穩(wěn)定。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于淮河以南的洪澤、金湖、盱眙、寶應(yīng)、高郵、建湖、興化、大豐、儀征、句容、金壇、啟東和海門等地，這部分地區(qū)氣象致災(zāi)日較多，年平均10～12 d，春季降水略少，地勢(shì)低平、水稻土為主，北部地區(qū)小麥的種植比例較高，產(chǎn)量穩(wěn)定。

中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括南京、沿淮及淮北南部地區(qū)，這些地區(qū)氣象致災(zāi)的達(dá)標(biāo)日平均少于10 d，旱澇時(shí)有發(fā)生，土壤多為潮土，肥力性能較好，適宜于小麥生長(zhǎng)，但需加強(qiáng)改良和合理利用。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要在淮北北部，壤性土質(zhì)，肥力得當(dāng)，非常適宜強(qiáng)筋小麥的生長(zhǎng)。雖然小麥種植面積超過(guò)50%，但由于春季降水常年偏少，并不利于赤霉病的發(fā)生。

3 結(jié)論與討論

利用對(duì)小麥赤霉病成災(zāi)影響最直接的因子，構(gòu)建赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，是開(kāi)展小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一個(gè)有益探索，模型評(píng)估結(jié)果與災(zāi)情實(shí)況也基本吻合。

江蘇冬小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈東南-西北向分布，空間差異較大，與氣象致病日的空間分布基本一致。其中，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于里下河南部和沿江東部地區(qū)，包括揚(yáng)州、泰州、南通、蘇州、鎮(zhèn)江及常州地區(qū)的20縣（區(qū)）;高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)外圍的一定區(qū)域，分布在淮河以南的平原和沿海地區(qū)，寧鎮(zhèn)丘陵除外;中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在沿淮、淮北南部和寧鎮(zhèn)丘陵，包括南京大部、淮安北部、鹽城北部及睢寧、沭陽(yáng)、泗陽(yáng)、灌南等地;低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在淮北北部地區(qū)，由于春季降水偏少，干旱為小麥生長(zhǎng)主要影響因素。

本文考慮氣象、地理和農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)等多因素構(gòu)建小麥赤霉病綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，利用該模型的輸出結(jié)果能夠較為真實(shí)地反映1961年以來(lái)江蘇赤霉病的風(fēng)險(xiǎn)分布及地域差異。但由于模型中并未考慮赤霉病菌源和植株密度的差異，所得評(píng)估結(jié)果勢(shì)必存在一定偏差。同樣，種植面積和小麥品種的逐年調(diào)整，也會(huì)給赤霉病風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)帶來(lái)年際變化。這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

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（責(zé)任編輯：田 喆）