甘肅河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病菌(Pucciniastriiformis f. sp. tritici)越夏氣候區(qū)劃

許彥平，萬(wàn) 信，金社林，韓蘭英，姚曉紅，賈建英

(1. 甘肅省天水市氣象局，甘肅 天水 741018；2.蘭州區(qū)域氣候中心, 甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

小麥條銹病是我國(guó)小麥生產(chǎn)上最嚴(yán)重的生物災(zāi)害，被植保界稱為“國(guó)病”，具有發(fā)生范圍廣、流行程度高、危害損失嚴(yán)重的特點(diǎn)，危害重者減產(chǎn)30%～40%，甚至絕收[1]。條銹病菌對(duì)低溫有一定的適應(yīng)能力，但不耐高溫，因此，越夏便成為條銹病侵染循環(huán)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最初國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者將我國(guó)小麥條銹分為5個(gè)核心越夏區(qū)，即西北越夏區(qū)、四川西北越夏區(qū)、云南越夏區(qū)、新疆越夏區(qū)和華北越夏區(qū)，但全國(guó)條銹病發(fā)生流行過(guò)程中起作用的主要是西北越夏區(qū)，其中以隴南為主的甘肅河?xùn)|地區(qū)是中國(guó)條銹病流行的關(guān)鍵地區(qū)[2-3]，條銹病也是甘肅小麥生產(chǎn)上重要的病害之一，流行頻率55%以上[4]，越夏病菌侵染早播冬麥秋苗，秋苗發(fā)病后就形成巨大的菌源基地，足夠的菌源向關(guān)中、陜南、川北、鄂西北一帶傳播,成為當(dāng)?shù)丶跋掠味溨鳟a(chǎn)區(qū)條銹病主要感染源區(qū)，從而可造成我國(guó)東部廣大麥區(qū)小麥條銹病的流行危害[5]。限制小麥條銹病越夏、越冬及秋春季流行的主要環(huán)境因素除溫度外，降雨(雪)和環(huán)境相對(duì)濕度條件尤為重要[6-7]。而關(guān)于越夏指標(biāo)，目前仍沿用二十世紀(jì)60年代的調(diào)查和試驗(yàn)研究結(jié)果，缺少定量分析[2，8]。近年來(lái)在小麥條銹病流行方面區(qū)劃研究中，高建孟、馬占鴻、石守定等學(xué)者[9-11]采用GIS、地統(tǒng)計(jì)學(xué)(Geostasistics)、聚類分析、CPSO-SVM等方法進(jìn)行了全國(guó)及種植大區(qū)小麥條銹病分區(qū)研究，取得滿意效果。但目前研究主要是基于越夏溫度指標(biāo)和實(shí)地考察基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)半理論研究成果，對(duì)降水、濕度等其他氣象條件考慮不多，其結(jié)果也僅分為可越夏和不可越夏兩個(gè)區(qū)域。

甘肅省地處黃土高原、青藏高原和蒙古高原的交匯地帶和西秦嶺山地邊緣，山脈縱橫交錯(cuò)，海拔高低相差懸殊，地形地貌復(fù)雜多樣，類型齊全。河?xùn)|地區(qū)包括隴中黃土高原丘陵區(qū)、甘南高原和隴南中低山區(qū)三大地形區(qū)，造成該地麥區(qū)海拔高差大，氣候類型多樣，有隴中北部冷溫帶半干旱、隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)、隴南北部暖溫帶濕潤(rùn)、隴南南部北亞熱帶半濕潤(rùn)和甘南高寒帶濕潤(rùn)5種氣候類型[12]。隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)以南地區(qū)(傳統(tǒng)統(tǒng)稱為隴南)小麥條銹病既能越夏也能越冬，隴東自生麥苗和早播冬麥區(qū)不僅是傳播菌源的主要場(chǎng)所，而且是向外地傳播菌源的重要基地；洮岷及中部地區(qū)晚熟春麥、自生麥苗區(qū)是越夏的主要菌源地區(qū)[13]，由于地理、氣候及地形結(jié)構(gòu)影響，越夏區(qū)域的詳細(xì)劃分難度極大。氣候變暖和銹菌耐溫變異等必然導(dǎo)致越夏區(qū)域和海拔高度有所變化。因此，利用GIS技術(shù)，綜合考慮氣溫、降水、濕度等條件，分為不可越夏、可越夏和易越夏3個(gè)區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化氣候區(qū)劃，將為小麥條銹病綜合治理方案制定提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)保障糧食安全意義重大。

1 區(qū)劃方法

1.1 區(qū)劃依據(jù)

依據(jù)2018年許彥平等[14]利用定西、臨夏、平?jīng)?、天水和隴南5市(州)2009—2014年條銹病調(diào)查資料，綜合考慮夏季最熱時(shí)段8 d平均氣溫、期間降水量和大氣相對(duì)濕度，修訂了條銹病越夏氣象指標(biāo)(見表1)。修訂的越夏氣象指標(biāo)為最熱8 d相對(duì)濕度≤50、51～60、61～70、≥71%，對(duì)應(yīng)的最熱8 d平均氣溫分別為<23.8、23.8～24.0、24.1～24.3、≥24.4℃；研究區(qū)夏季最熱時(shí)段8 d平均氣溫隨海拔高度的變化率為海拔高度每升高100 m，溫度下降0.45℃(濕度減少0.4%變化不大，可以忽略不計(jì)) 。

表1 甘肅河?xùn)|不同濕度區(qū)域小麥條銹病菌越夏溫度值分布表

1.2 區(qū)劃指標(biāo)及方法

依據(jù)修訂的越夏氣象指標(biāo)，首先計(jì)算河?xùn)|各氣象站夏季最熱時(shí)段8 d平均氣溫、期間降水量和大氣相對(duì)濕度多年(1981—2016年)平均值，各站最熱時(shí)段出現(xiàn)最早、最晚時(shí)間，并推算出各縣區(qū)不同海拔高度的平均氣溫。據(jù)計(jì)算結(jié)果，僅隴中北部和隴南南部各氣象站夏季最熱8d相對(duì)濕度多年平均值為53%和55%，其余各地區(qū)域多年平均值在63%～69%之間，綜合考慮相對(duì)濕度、耕地面積等因素，統(tǒng)一以相對(duì)濕度61%～70%對(duì)應(yīng)的氣溫指標(biāo)24.1～24.3℃為區(qū)劃參考指標(biāo)，給出分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，最熱時(shí)段8 d平均氣溫>24℃為不可越夏區(qū)，23～24℃為可越夏區(qū)，<23℃為易越夏區(qū)。

表2 甘肅河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病菌越夏指標(biāo)分布表

根據(jù)病田率與氣溫的關(guān)系，計(jì)算得到三級(jí)溫度指標(biāo)對(duì)應(yīng)的越夏病田率為<1%、1～20%、>20%。按照各縣區(qū)氣象站最熱時(shí)段8 d平均氣溫多年均值相近、各縣區(qū)易越夏區(qū)海拔高度下限基本一致的原則，并參照李振岐、商鴻生等[15-18]研究結(jié)果，將甘肅省小麥越夏區(qū)分為6個(gè)區(qū)域：即隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅰ)，隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅱ)，隴東高原自生麥苗越夏區(qū)(Ⅲ)，六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(qū)(Ⅳ)，渭河上游自生麥苗越夏區(qū)(Ⅴ)，隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)(Ⅵ)。隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(qū)屬于冷溫帶半干旱區(qū)，渭河上游自生麥苗越夏區(qū)、隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)主要位于隴南北部暖溫帯濕潤(rùn)及隴南南部北亞熱帯半濕潤(rùn)氣候區(qū)，其他越夏區(qū)主要位于隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 越夏氣候區(qū)劃

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)制作區(qū)劃圖(圖1)，并計(jì)算出各縣(區(qū))易越夏、可越夏和不可越夏區(qū)涉及的國(guó)土面積。從圖1可以看出，易越夏區(qū)主要分布在隴中南部、甘南州、六盤山區(qū)的靜寧和莊浪、關(guān)山地帶的清水和張家川、隴中北部的永登縣，不可越夏區(qū)主要位于隴南市、白銀市和平?jīng)鲆詵|的低海拔區(qū)。據(jù)李振岐、商鴻生等學(xué)者[15-18]研究結(jié)果，上述6個(gè)區(qū)域小麥條銹病菌可越夏海拔高度下限分別為2 300、1 600、1 400、1 400、1 600 m和1 600 m，而隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅱ)主要包括臨洮、臨夏、渭源及定西等地；可越夏海拔高度下限較以往分別下降了600、200、200、200、500 m和500 m，并且向西向北擴(kuò)展到了隴中北部和甘南州等地。以往研究為實(shí)地調(diào)查結(jié)果，粗分可越夏和不可越夏2個(gè)區(qū)城，現(xiàn)細(xì)分為3個(gè)區(qū)域，并且區(qū)域范圍也發(fā)生了變化。

2.2 越夏區(qū)分區(qū)評(píng)述

隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅰ)。包括蘭州市、白銀市和永靖縣。夏季最熱時(shí)段8 d區(qū)域多年平均氣溫21.5℃、降水量2.7 mm、空氣相對(duì)濕度在53%左右，主要出現(xiàn)在7月下旬末—8月上旬初。計(jì)算分析得到海拔2 100 m以上地帶為易越夏區(qū)，涉及國(guó)土面積9 231 km2；1 700～2 100 m區(qū)域?yàn)榭稍较膮^(qū),面積9 707 km2；1 700 m以下地帶不易越夏區(qū)面積7 373 km2。

隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅱ)。包括定西市、臨夏州和甘南州的夏河、合作、臨潭及卓尼縣。夏季最熱時(shí)段8 d區(qū)域多年平均氣溫19.8℃、降水量11.7 mm、空氣相對(duì)濕度在68%左右，主要出現(xiàn)在7月下旬末—8月上旬初。海拔1 300 m以上易越夏區(qū)國(guó)土面積9 394 km2，該區(qū)內(nèi)最低點(diǎn)位于通渭縣境內(nèi)，海拔高度1 402 m，所以該區(qū)均為易越夏區(qū)。

隴東高原自生麥苗越夏區(qū)(Ⅲ)。包括慶陽(yáng)市和平?jīng)鍪辛P山以東地區(qū)的大部縣區(qū)。夏季最熱時(shí)段8 d多年平均氣溫25.1℃、降水量9.5 mm、空氣相對(duì)濕度在63%左右，主要出現(xiàn)在7月中旬末—7月下旬。海拔1 600 m以上易越夏區(qū)國(guó)土面積3 112 km2，海拔1 200～1 600 m區(qū)域可越夏區(qū)國(guó)土面積8 963 km2；1 200 m以下區(qū)域不可越夏區(qū)面積4 431 km2。

六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(qū)(Ⅳ)。包括天水市關(guān)山地帶的張家川和清水縣，平?jīng)鍪形鞑康撵o寧、莊浪縣、華亭縣。夏季最熱時(shí)段8 d多年平均氣溫22.6℃、降水量7.6 mm、空氣相對(duì)濕度在69%左右，主要出現(xiàn)在7月下旬—8月上旬。海拔1 500 m以上易越夏區(qū)面積7 343 km2，1 200～1 500 m可越夏區(qū)面積733 km2，1 200 m以下不可越夏面積不到10 km2。

渭河上游自生麥苗越夏區(qū)(Ⅴ)。包括天水市關(guān)山以外縣區(qū)、隴南市北部縣區(qū)和康縣北部。夏季最熱8d區(qū)域多年平均氣溫24.9℃、降水量9.0 mm、空氣相對(duì)濕度在67%左右，主要出現(xiàn)在7月下旬—8月上旬。海拔1 700 m以上易越夏區(qū)面積9 336 km2，1 100～1 700 m可越夏區(qū)面積10 550 km2，1 100 m以下不可越夏區(qū)面積不到1 757 km2。

隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)(Ⅵ)。包括隴南市的武都、文縣和康縣南部，甘南州東南部的舟曲、迭部。夏季最熱8 d區(qū)域多年平均氣溫28.0℃、降水量3.3 mm、空氣相對(duì)濕度在55%左右，主要出現(xiàn)在7月下旬末—8月上旬。海拔2 400 m以上易越夏區(qū)面積7 633 km2，2 000～2 400 m可越夏區(qū)面積3 132 km2，2 000 m以下不可越夏面積7 938 km2。

3 討 論

參照李振岐、商鴻生等[15-18]研究結(jié)果，其中關(guān)于隴中北部區(qū)域可越夏海拔高度僅給出“少量病菌在低海拔自生麥苗上越夏”，并沒(méi)有給出其海拔高度具體范圍，所以本文僅參照了主要可越夏區(qū)2 300 m以上的結(jié)論；關(guān)于六盤山區(qū)域自生麥苗可越夏海拔高度下限也沒(méi)給出具體數(shù)值，本文參照了隴東高原自生麥苗可越夏區(qū)海拔高度下限1 400 m。由此得到甘肅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)小麥條銹病可越夏海拔高度下限分別為2 300、1 600、1 400、1 400 m和1 600 m，可越夏海拔高度下限分別下降了600、200、200、200 m和500 m。即隨著作物結(jié)構(gòu)調(diào)整及全球氣候變化，小麥條銹菌對(duì)溫度的耐受性有所提高，小麥條銹病的發(fā)生及流行也出現(xiàn)了新的特征，小麥條銹菌的可越夏溫度上限有上升的趨勢(shì)，可越夏海拔高度下限有所下降，范圍有所擴(kuò)大[19-21]，與近年來(lái)調(diào)查及研究結(jié)論基本一致。

在關(guān)于越夏分區(qū)所包含縣區(qū)時(shí)，李振岐、商鴻生等[15-18]將康縣和宕昌劃入到了隴南南部，本研究依據(jù)氣象站資料和地形等綜合分析，將宕昌和康縣北部(暖溫帶濕潤(rùn)氣候)歸入渭河上游自生麥苗越夏區(qū)，康縣南部(河谷地帶屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候)歸入隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)。在分析海拔高度變化時(shí)，為了能有所對(duì)應(yīng)，Ⅵ區(qū)隴南南部仍依據(jù)宕昌和康縣北部的資料,即原可越夏海拔高度下限采用商鴻生等[15-18]研究結(jié)果(1 600 m)，現(xiàn)海拔高度采用渭河流域1 100 m的結(jié)果，得到海拔高度下降500 m的結(jié)論。隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)區(qū)劃結(jié)果具有新的特征，可越夏海拔高度下限下降500 m的結(jié)論還有待今后在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步考察驗(yàn)證。

依據(jù)定西、臨夏、平?jīng)?、天水和隴南資料得到越夏指標(biāo)及氣溫隨海拔高度變化數(shù)值，在區(qū)劃時(shí)延伸到了蘭州、白銀、慶陽(yáng)和甘南4市(州)，其適用性可能存在一些偏差，也缺少實(shí)況資料驗(yàn)證支持。研究?jī)H考慮了區(qū)劃指標(biāo)，但是涉及到的某些縣區(qū)(瑪曲等)或其他高海拔區(qū)并不一定有小麥種植，所以計(jì)算出的涉及國(guó)土面積與實(shí)際會(huì)有差異。受未來(lái)氣候變化、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、銹菌變異等影響，條銹菌越夏會(huì)出現(xiàn)一些新的特征，該區(qū)劃結(jié)果可為當(dāng)?shù)剡M(jìn)行前瞻性的預(yù)防對(duì)策研究提供依據(jù)。

4 結(jié) 論

隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅰ)，隴中南部冬麥、晚熟春麥與自生麥苗越夏區(qū)(Ⅱ)，隴東高原自生麥苗越夏區(qū)(Ⅲ)，六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(qū)(Ⅳ)，渭河上游自生麥苗越夏區(qū)(Ⅴ)，隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(qū)(Ⅵ)6個(gè)區(qū)域易越夏區(qū)海拔高度分別在2 100、1 400、1 600、1 500、1 700 m和2 400 m以上，國(guó)土面積分別為9 231、9 343、3 112、7 343、9 336 km2和7 633 km2，不可越夏區(qū)海拔高度分別在1 700、1 400、1 200、1 200、1 100 m和2 000 m以下，面積分別為7 373、0、4 431、7、1 757 km2和7 938 km2，可越夏區(qū)介于易越夏和不可越夏區(qū)之間，面積分別為9 707、0、8 963、733、10 550 km2和3 132 km2，夏季最熱8 d平均氣溫出現(xiàn)時(shí)段主要在7月下旬末—8月上旬初、7月下旬末—8月上旬初、7月中旬末—7月下旬、7月下旬—8月上旬、7月下旬—8月上旬和7月下旬末—8月上旬。