黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型應(yīng)用評價

王貴江，呂典秋，閔凡祥

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物脫毒苗木研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

馬鈴薯是黑龍江省第四大糧食作物，2014年，黑龍江省馬鈴薯種植面積26.7萬hm2，總產(chǎn)為440萬t，單產(chǎn)為16.5 t/hm2[1]，與發(fā)達國家單產(chǎn)45～60 t/hm2相比存在巨大差距[2]，其最主要原因是晚疫病頻繁爆發(fā)，各種植區(qū)品種繁多，防治技術(shù)水平良莠不齊，防治方法單一。目前，生產(chǎn)上最常用方法是化學(xué)防治，但普遍存在盲目施藥，濫施殺菌劑問題，既污染環(huán)境，又增加病原菌抗藥性，達不到很好的效果，最終導(dǎo)致黑龍江省馬鈴薯單產(chǎn)僅占發(fā)達國家50%左右，嚴重制約黑龍江省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。因此，為了杜絕濫用農(nóng)藥和提高防效，發(fā)達國家都在積極探索晚疫病的預(yù)測預(yù)報方法和決策支持系統(tǒng)。目前，國際上已經(jīng)使用的晚疫病預(yù)測預(yù)報模型有17個[4]，然而，中國在晚疫病預(yù)測預(yù)報模型研究方面遠落后于歐美發(fā)達國家[5]。本研究借鑒國外馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型原理，結(jié)合黑龍江省氣象數(shù)據(jù)、品種特性和殺菌劑特點，自主設(shè)計了黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型。本模型集成了地理信息系統(tǒng)GIS、無線通訊、WEB技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警發(fā)布和病害流行等技術(shù)，具有病害信息實時發(fā)布、監(jiān)測預(yù)警和決策支持的功能。本研究通過田間小區(qū)試驗，與丹麥NegFry測報模型和不同時間噴藥處理比較，驗證黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型應(yīng)用效果，以科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)民施藥，達到推廣目的。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗馬鈴薯品種為‘Favorita’，種薯級別為一級種（G3），對晚疫病高度感病。

試驗藥劑具體信息見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地點及小區(qū)設(shè)置

2016年，試驗選擇在哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)國家示范園區(qū)，該地每年均有晚疫病發(fā)生。馬鈴薯播種時間為5月13日，出苗80%時間為6月1日，收獲時間為10月3日，行距為80 cm，株距為22 cm。試驗設(shè)5個處理：黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型、NegFry模型、每7和10 d施藥和空白對照（表2）。小區(qū)采取隨機區(qū)組排列，每個處理4次重復(fù)，每個重復(fù)6行，行長5 m，小區(qū)面積24 m2，四周設(shè)隔離行和保護行。

1.2.2 施藥方法

采用背負式電動噴霧器進行葉面噴霧，直至葉片有輕微藥液流下，殺菌劑施用濃度見表1。每種殺菌劑交替使用，施用不得超過2次，避免病原菌產(chǎn)生抗藥性。

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)的收集方法

氣象數(shù)據(jù)采集利用美國DAVIS公司生產(chǎn)的4要素野外便攜式氣象站，主要收集溫濕度、降雨和風向，儀器以太陽能板為動力，氣象數(shù)據(jù)每2.5 s更新1次。通過GPRS進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，本試驗在田間出苗80%后，開始接收數(shù)據(jù)。

1.2.4 馬鈴薯晚疫病侵染嚴重程度確定

黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型依據(jù)平均溫度和相對濕度大于90%時持續(xù)時間，將馬鈴薯潛在侵染程度數(shù)劃分為5個級別（無侵染、輕度侵染、中度侵染、重度侵染和極重侵染）。根據(jù)圖1可判斷晚疫病的潛在侵染程度。例如：當相對濕度≥90%時的平均溫度為7℃時，當持續(xù)時間＜16.5 h時為“無侵染”；當16.5 h≤持續(xù)時間＜19.5 h時為

表1 殺菌劑基本信息Table 1 Fungicide information

表2 不同處理Table 2 Different treatments

圖1 晚疫病發(fā)生嚴重程度與濕潤期持續(xù)關(guān)系Figure 1 Relationship between late blight severity and wetting period

“輕度侵染”；當19.5 h≤持續(xù)時間＜22.5 h時為“中度侵染”，當22.5 h≤持續(xù)時間＜25.5 h時為“重度侵染”；當持續(xù)時間≥25.5 h時為“極重侵染”。以此類推，確定馬鈴薯晚疫病侵染嚴重程度。

1.2.5 馬鈴薯晚疫病病害循環(huán)計算和噴施藥劑時間確定

根據(jù)每天平均溫度，可以確定每天得分值。如果存在病原菌情況下，晚疫病菌從孢子成熟—孢子萌發(fā)—新孢子侵染的過程，需要將每天得分值累加7分時完成一次侵染循環(huán)（表3），而此時如果沒有采取防治措施，則有可能看到侵染葉片上的病斑或其上的白色霉層。最佳施藥時間為每次循環(huán)得分累加值在5～6分時所對應(yīng)時間，再根據(jù)殺菌劑持效期、降雨、品種抗性和新的侵染循環(huán)確定下一次噴藥時間。

1.2.6 病害調(diào)查時間及方法

每次噴施殺菌劑前，進行病害調(diào)查，如果發(fā)病，則需每周調(diào)查2次，每試驗小區(qū)調(diào)查25～30株，采用James[6]分級計數(shù)法，統(tǒng)計病害發(fā)病百分率。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計方法

將調(diào)查的馬鈴薯葉片病害發(fā)展情況，計算為病害發(fā)展病程曲線下面積AUDPC（Area under disease progress curve）。如果AUDPC值越大，則發(fā)病越嚴重，防治效果越差。反之，防治效果越顯著。對不同處理AUDPC值進行顯著性分析。AUDPC計算公式[7]：

其中，n為總調(diào)查次數(shù)，Xi為第i次調(diào)查的嚴重度，Ti為第i次調(diào)查的時間。

1.2.8 不同處理產(chǎn)量和爛薯率情況調(diào)查

每個試驗小區(qū)調(diào)查中間2壟（8 m2），調(diào)查產(chǎn)量、植株數(shù)、大中小薯比例（小薯＜50 g、120 g≥中薯≥50 g、大薯＞120 g）[8]和晚疫病爛薯數(shù)量，計算單株產(chǎn)量及公頃產(chǎn)量和晚疫病病薯率[9]。

表3 侵染循環(huán)每天侵染曲線得分的計算標準Table 3 Calculation standard of infection cycle score of infection curve

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報結(jié)果與施藥情況

播種時間為2016年5月13日，6月1日馬鈴薯出苗率達到80%以上。所以，從6月1日開始采集氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型數(shù)據(jù)處理后，得到6月1日～8月11日整個馬鈴薯生育期溫度、濕度和降雨情況，黑色柱形是降雨，淺色細線是濕度曲線，黑色細線是溫度曲線，灰色柱形是侵染嚴重程度（圖2）。由黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報軟件得出適合晚疫病發(fā)生共計19次（極重侵染5次、重度侵染3次、中度侵染6次、輕度侵染5次），柱形高矮表示可能發(fā)生晚疫病嚴重程度。依據(jù)1.2.5判斷噴藥時間依次為7月8日、7月15日、7月22日、7月29日、8月9日，共計5次用藥，每次用藥次序為75%代森錳鋅、25%雙炔酰菌胺、72%代森錳鋅+霜脲氰、68.75%氟吡菌胺+霜霉威+HCl和50%氟啶胺（表4）。

將以上采集氣象數(shù)據(jù)，運用丹麥NegFry測報模型分析結(jié)果顯示，6月30日累積的風險值為140，日風險值為8.95，因此6月30日為首次施藥時間（圖3）。通過氣象數(shù)據(jù)利用NegFry測報模型計算每天病情指數(shù)，進行累加。當病情指數(shù)累加大于40時，則需進行噴施殺菌劑。然后將病情指數(shù)歸0，重新累加病情指數(shù)。2016年采用NegFry測報模型需要噴施殺菌劑7次，分別為6月30日、7月6日、7月13日、7月20日、8月7日、8月14日和9月5日（圖4），噴施藥劑次序為75%代森錳鋅、68.75%氟吡菌胺+霜霉威+HCl、75%代森錳鋅、72%代森錳鋅+霜脲氰、25%雙炔酰菌胺、72%代森錳鋅+霜脲氰和50%氟啶胺。

圖2 馬鈴薯晚疫病可能發(fā)生嚴重程度及噴藥時間Figure 2 Possible severity of potato late blight and time of fungicide application

表4 不同處理噴施藥劑情況Table 4 Fungicide application in different treatments

圖3 NegFry測報模型首次噴施殺菌劑日期Figure 3 Date of fungicide application for the first time based on NegFry model

圖4 NegFry測報模型噴藥次數(shù)情況Figure 4 Number of fungicide appliciton times based on NegFry model

每7 d噴藥和每10 d噴藥處理，首次噴藥時間選擇丹麥NegFry模型時間，為6月30日。按照表4進行藥劑噴施，與黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型相比，施藥次數(shù)多1～3次。

2.2 黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型與實際病害發(fā)生擬合情況

圖5 不同處理的晚疫病病害發(fā)展曲線Figure 5 Development curve of late blight under different treatments

表5 黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型的驗證結(jié)果Table 5 Validation for the model of fungicide application based on Heilongjiang Province forecast

2016年，采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型，預(yù)測馬鈴薯生育期內(nèi)出現(xiàn)19次晚疫病侵染周期（圖5）。通過田間調(diào)查驗證，實際馬鈴薯晚疫病發(fā)生情況為20次，黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型與實際病害發(fā)生擬合達到95%，具體情況如下：7月3～16日，田間出現(xiàn)中心病株，實際病害發(fā)生情況與黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型結(jié)果擬合度為83%。7月16～22日，病情進入指數(shù)增長期，晚疫病病葉達到中度侵染，實際病害發(fā)生情況與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型擬合度達100%。7月22～27日，田間又一次出現(xiàn)中心病株，與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型預(yù)報擬合為100%。7月27日～8月5日，晚疫病開始流行，與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型擬合度為100%。第5次為8月5～15日，晚疫病大流行，與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型預(yù)報擬合；8月15～22日，晚疫病發(fā)病達高峰，與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型預(yù)報擬合。8月22日～9月3日，晚疫病病情已到衰退期，與黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型預(yù)報擬合。這些數(shù)據(jù)說明黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型預(yù)測的結(jié)果與實際發(fā)生期接近，擬合程度較高，為95%（表5）。

2.3 防治效果

通過對整個生育期馬鈴薯晚疫病發(fā)生情況調(diào)查，結(jié)果表明，空白對照（CK）最先發(fā)病，首次發(fā)病日期為7月15日，僅有零星葉片發(fā)病，其他試驗處理均未發(fā)病。采用黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型施藥處理（FM）、每7 d噴藥處理（FW）和NegFry模型施藥處理（FN）病害發(fā)展緩慢，發(fā)病日期為7月28日。到生育期結(jié)束，病害發(fā)病百分率僅為26.25%、22.50%和21.25%，而對照CK到9月2日就已經(jīng)全部死亡（圖5）。由圖6顯示不同處理的AUDPC值，CK為8.85，F(xiàn)T為1.72，F(xiàn)M為1.07，F(xiàn)N為0.92，F(xiàn)W為0.90。對以上數(shù)據(jù)進行方差顯著性分析，結(jié)果顯示，各處理與CK對照處理比較達顯著水平，每7 d噴藥處理（FW）、黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型處理（FM）和丹麥NegFry測報模型處理（FN）間比較差異并不顯著。表明采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型防治晚疫病效果與每7 d噴施藥劑處理和丹麥NegFry測報模型處理達到同等效果。

圖6 不同處理AUDPC值Figure 6 AUDPC values with different treatments

2.4 不同處理對產(chǎn)量的影響

采用不同處理防治馬鈴薯晚疫病，其產(chǎn)量各不相同，產(chǎn)量最高是每7 d噴藥處理（FW），其次是FM、FN、FT和CK。對數(shù)據(jù)進行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)W、FM和FN與對照CK相比在0.05水平上增產(chǎn)效果達顯著水平，表明采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型可以有效防治馬鈴薯晚疫病流行，可提高產(chǎn)量，本測報與空白對照相比，增產(chǎn)48.24%。對各處理馬鈴薯晚疫病爛薯率進行調(diào)查，結(jié)果顯示，爛薯率最高是空白對照（CK），達到9.33%，其次為FN，為5.76%，之后依次為FT、FM、FW（表6）。因此，采用黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型處理能夠有效避免和降低塊莖感染幾率，爛薯率降低4.52個百分點，降低次年初侵染源。

大薯率多少，決定商品薯率高低，因此，本研究對不同處理大中小薯率進行統(tǒng)計。圖7結(jié)果表明，晚疫病防治效果越好，對應(yīng)小薯率就越低，大中薯率就越高。其中，大薯率最高是FW，為61.45%，其次為FM，為58.92%，F(xiàn)N為57.13%。對照CK為47.33%。與空白對照相比，采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型處理提高大薯率11.59個百分點，小薯率降低5.63個百分點，可有效提高馬鈴薯商品薯率。

表6 不同處理產(chǎn)量和爛薯率Table 6 Yield and rotten tuber percentage under different treatments

圖7 不同處理大中小薯率Figure 7 Large-,medium-andsmall-sizedpotatotuberpercentageunderdifferenttreatments

2.5 經(jīng)濟效益分析

結(jié)果表明（表7），黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型處理與空白對照處理相比新增產(chǎn)值為13 740元/hm2，人工費用除外，扣除用藥成本1 650元/hm2，新增純收入為12 090元/hm2；每7 d噴藥處理與空白對照相比新增產(chǎn)值為13 800元/hm2，扣除用藥成本2 850元/hm2，新增純收入10 950元/hm2。采用丹麥NegFry測報模型與空白對照相比新增產(chǎn)值為12 210元/hm2，扣除用藥成本1 875元/hm2，新增純收入10 335元/hm2。每10 d噴藥處理與空白對照相比新增產(chǎn)值為8 100元/hm2，扣除用藥成本2 250元/hm2，新增純收入5 850元/hm2。由此得出，采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型較空白對照增收13 740元/hm2，新增純收入較每7 d噴藥處理多1 140元/hm2，節(jié)約用藥成本1 200元/hm2，較丹麥NegFry模型處理增收1 755元/hm2。所以，采用黑龍江省晚疫病預(yù)測預(yù)報模型即可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益，又可以降低農(nóng)藥使用量，以達到增產(chǎn)增收的目的。

表7 不同馬鈴薯晚疫病防治處理的經(jīng)濟效益評價（元/hm2）Table 7 Economic evaluation of various treatments for control of potato late blight(Yuan/ha)

3 討 論

“十三五”以來，國家提出化肥農(nóng)藥零增長的目標[10]，而馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型，作為一種保證殺菌劑精準施用的技術(shù)，在中國馬鈴薯綠色生產(chǎn)中，具有重要意義。關(guān)于馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型應(yīng)用，2003年，孫茂林等[11]應(yīng)用CASTOR軟件建立馬鈴薯晚疫病預(yù)警系統(tǒng)研究。2008年，劉浩和張宗山[12]采用比利時CARAH模型對晚疫病進行預(yù)測預(yù)報，CARAH模型僅針對感病品種，且對何時進行首次噴藥，并不明確。2010年，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)胡同樂和曹克強[13]開發(fā)了China-blight系統(tǒng)，但受系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)問題的限制，普及還需要很長時間。2013年，閔凡祥等[14]用丹麥NegFry模型對黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報，取得顯著防治效果，但數(shù)據(jù)采集生成文本格式不同，需要進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致系統(tǒng)無法進行兼容。本研究采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型，與國際先進模型和每7 d噴藥處理數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果顯示，黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型與每7 d施藥處理和丹麥NegFry模型相比達到同等防治效果，且節(jié)約2～3次用藥，測報與實際病害發(fā)生擬合度為95%，增產(chǎn)效果顯著，為48.24%，經(jīng)濟效益明顯，與丹麥NegFry模型相比，效益增加1 755元/hm2。所以，黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型具有良好推廣和應(yīng)用前景。

本研究系統(tǒng)比較分析了黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型應(yīng)用效果，黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型可以有效控制感病品種晚疫病發(fā)生與流行，而針對抗性品種，黑龍江省馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型是否可以精準指導(dǎo)噴藥，還需要進一步細化研究，也是當前研究主要方向。