藍莓開花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù)研究

張吉民，彭科曼，楊世瓊，梁 平，倫緒勇，謝俊英

(1.貴州省黔東南苗族侗族自治州氣象局，貴州 凱里 556000；2.貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550002；3.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002)

0 引言

麻江藍莓作為黔東南州主要經(jīng)濟作物之一，其綜合產(chǎn)值在2017年達2.5億元。2018年，州委州政府印發(fā)了《黔東南州藍莓產(chǎn)業(yè)建設工作實施方案》，力爭到 2020 年全州建成藍莓基地1.3萬hm2。但隨著藍莓種植面積急劇增長，特別是大規(guī)模連片種植，各地塊間自然隔離較少，病原大規(guī)模流行傳播風險大，對藍莓的產(chǎn)量造成極大危害。2014年因藍莓灰霉病導致減產(chǎn)70%左右。

目前，國內(nèi)外針對藍莓灰霉病的研究大多集中在其病原病理、抗性及防治技術方面，而針對灰霉病流行的氣象條件研究較少。如金義蘭等[1]通過對貴州部分藍莓種植基地病害進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)藍莓灰霉病是貴州藍莓的主要病害之一；周德才[2]認為藍莓灰霉病病原在土壤或病株中越冬后，于翌年氣溫回暖和雨水偏多時侵染，若遇連陰雨將迅速形成二次侵染；戴啟東等[3]認為引起藍莓灰霉病的病原為灰葡萄孢菌，并初步得到了該菌生長溫度、萌發(fā)溫度等規(guī)律。Carisse O等[4]研究發(fā)現(xiàn)藍莓減產(chǎn)與灰葡萄孢菌關系密切，并設計了有空氣平均濕度參與的藍莓減產(chǎn)模型。此外，很多學者也關注到了灰葡萄孢菌對其他作物的影響。

為積極響應國務院關于《農(nóng)作物病蟲害防治條例》中提出的農(nóng)作物病蟲害預防控制方案需根據(jù)當?shù)貧夂驐l件等因素制定，基于黔東南州藍莓生產(chǎn)種植現(xiàn)狀、藍莓灰霉病近年的實地調(diào)研結果，本文圍繞氣象條件與該病害爆發(fā)流行展開分析討論，嘗試構建黔東南州藍莓灰霉病的氣象風險綜合指數(shù)，以期對今后藍莓灰霉病的預防提供一定參考，減少灰霉病發(fā)生率和發(fā)生范圍，最大限度保證藍莓優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

麻江、丹寨國家氣象站1987—2019年逐日平均氣溫、平均相對濕度、降雨日數(shù)，以及2018、2019年藍莓種植園基地氣溫、相對濕度、降雨資料來自于“貴州省氣象數(shù)據(jù)查詢與顯示系統(tǒng)”。

1.2 藍莓灰霉病流行的關鍵風險時段

仇智靈[6]發(fā)現(xiàn)藍莓灰霉病主要侵染花、幼果、果柄、葉片和新梢等幼嫩器官，認為2013年臨安藍莓減產(chǎn)主要為4月長期低溫多雨所致，這與藍莓謝花后花瓣不易脫落并形成腐爛霉層有關。董克鋒等[7]分析認為灰霉病以藍莓敗花、干枯的柱頭及傷殘葉片為最易感染部位，并發(fā)現(xiàn)開花授粉期較其他開花結果期感染發(fā)病重。同時，筆者團隊在分析2012—2018年多個藍莓種植基地灰霉病流行狀況后發(fā)現(xiàn)，花期灰霉病感染狀況與當年病害減產(chǎn)有密切關聯(lián)。因此，本文認為藍莓灰霉病流行的關鍵風險時段應為藍莓開花期。結合前期調(diào)研及文獻[8-10]，將藍莓灰霉病流行的關鍵風險時段定為開花期，即每年3月1日—4月30日。

1.3 研究方法

1.3.1 病原生長的氣象環(huán)境指標 藍莓灰霉病的病原為灰葡萄孢菌，灰葡萄孢菌及其孢子均有較寬的生長溫度要求，為5～30 ℃；環(huán)境濕度要求相對較窄，孢菌生長及孢子分生均要求85%以上的較高濕度。因此，藍莓灰霉病氣象風險等級的建立首先考慮了灰葡萄孢菌生長的氣象環(huán)境指標，綜合分析前人研究成果[1-4]，確定灰葡萄孢菌生長氣象環(huán)境指標(表1)。

表1 灰葡萄孢菌生長的氣象環(huán)境指標Tab.1 Meteorological and environmental indexes of botrytis cinerea growth

在灰葡萄孢菌生長氣象環(huán)境指標的基礎上，根據(jù)麻江藍莓各種基地技術人員介紹，確定藍莓開花期灰霉病的逐日氣象風險等級指標，用以判定藍莓開花期內(nèi)每天發(fā)生灰霉病的氣象風險等級。

1.3.2 藍莓開花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù) 在分析麻江、丹寨1987—2019年國家氣象站地面觀測資料的基礎上，選取每年3—4月并篩選出日平均氣溫、日平均空氣相對濕度、連續(xù)雨日等氣象要素，將藍莓開花期逐日氣象要素劃分為5個風險等級(見表2)。綜合每日的氣象風險等級判定當年的藍莓開花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù)，在嘗試了對不同風險等級設置權重系數(shù)仍未能得出與實際吻合的結論后，本文設計了藍莓開花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù)I(后文簡稱“綜合指數(shù)”)，定義如下：

(1)

其中，Dn為藍莓開花期逐日灰霉病氣象風險等級日數(shù)，其中D1為輕級日數(shù)、D2為中級日數(shù)、D3為重級日數(shù)，D4為特重級日數(shù)。該綜合指數(shù)的意義為：綜合指數(shù)越高，則藍莓開花期灰霉病氣象風險越高，越易造成藍莓灰霉病的感染與爆發(fā)；反之，則不利于灰霉病的感染與爆發(fā)。

1.3.3 指標和指數(shù)驗證 為了驗證逐日氣象風險等級指標、氣象風險綜合指數(shù)的合理性，利用序列分析法和M-K突變檢驗法，對麻江、丹寨近30 a的灰霉病氣象風險進行評估；利用烏卡坪、龍奔等藍莓種植園的區(qū)域站資料對灰霉病開花期氣象風險進行驗證。

2 結果與分析

2.1 藍莓灰霉病逐日氣象風險等級指標

當溫、濕條件適宜時，灰葡萄孢菌5 d即可產(chǎn)生大量分生孢子,15 d左右即能形成黑色、不規(guī)則形狀的菌核[3]，連續(xù)7 d空氣相對濕度與藍莓灰霉病減產(chǎn)量相關性較好[4]，此外植株葉片“掛濕”也與灰霉病爆發(fā)有密切關聯(lián)[5]。因此，根據(jù)灰葡萄孢菌生長的氣象環(huán)境指標、麻江藍莓基地花期灰霉病發(fā)生調(diào)研情況，設計了有平均氣溫、平均空氣相對濕度及連續(xù)雨日參與的藍莓花期灰霉病的逐日氣象風險等級指標(表2，T為日平均氣溫，U為日平均空氣相對濕度)，將藍莓開花期灰霉病逐日氣象風險等級劃分為無、輕級、中級、重級和特重級5個等級。

表2 藍莓開花期灰霉病的逐日氣象風險等級指標Tab.2 Indexes of daily meteorological risk grade of gray mold in blueberry blossom period

2.2 歷年藍莓花期灰霉病氣象綜合指數(shù)分析

2.2.1 綜合指數(shù)年際演變特征 圖1是1987—2019年麻江、丹寨藍莓開花期灰霉病氣象綜合指數(shù)演變圖，可見麻江、丹寨的綜合指數(shù)大致為同位相演變，綜合指數(shù)年際差異較大；麻江逐年綜合指數(shù)普遍低于丹寨，且均維持在11以下；丹寨逐年綜合指數(shù)高低振蕩明顯，綜合指數(shù)≥25的年份是1997年、2008年、2014年和2016年(近12 a中就有3 a)，2014年為近33 a最大綜合指數(shù)(74)，這與當年因嚴重灰霉病藍莓減產(chǎn)70%相吻合，2016年綜合指數(shù)達到了42，為第二高值，當年藍莓產(chǎn)量明顯少于上年。

圖1 1987—2019年麻江、丹寨藍莓開花期灰霉病氣象綜合指數(shù)演變圖Fig.1 Evolution chart of botrytis cinerea meteorological composite index in Majiang and Danzhai Blueberry blossom period from 1987 to 2019

圖2為麻江、丹寨1987—2019年藍莓花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù)的M-K統(tǒng)計曲線，可見，麻江(丹寨)于1988年(1987年)起長期維持正位相振蕩。表明麻江(丹寨)于1988年(1987年)起綜合指數(shù)有持續(xù)增長趨勢，但這種增長趨勢僅在部分年份超過顯著性水平0.05臨界線(u0.05=±1.96)，故可判定綜合指數(shù)未形成顯著的連續(xù)增長；麻江在2015—2019年出現(xiàn)持續(xù)超過顯著性水平0.05臨界線的增長趨勢，但接近序列邊界，其是否存在穩(wěn)定的顯著增長趨勢難以確定。從UF與UB交點位置可見，丹寨(麻江)綜合指數(shù)在1987—1988年存在突變點，但考慮到突變點臨近分析序列邊界，認為該突變點可信度不高；而麻江綜合指數(shù)分別在2000—2001年、2009—2010年出現(xiàn)突變點，結合UF振蕩位相可認為麻江綜合指數(shù)分別在1989—2000年、2010—2019年存在增長加快的振蕩趨勢，在2001—2009年存在增長減緩的振蕩趨勢。

圖2 1987—2019年綜合指數(shù)的M-K統(tǒng)計量曲線(a為麻江，b為丹寨)Fig.2 M-K statistical curve of composite Index from 1987 to 2019 (a is Majang,b is Danzhai)

2.2.2 高綜合指數(shù)影響因子分析 為分析較高綜合指數(shù)出現(xiàn)的原因，取綜合指數(shù)I≥25的年份作為代表年進行分析。較高綜合指數(shù)均出現(xiàn)在丹寨，由表3可見高逐日風險等級日數(shù)并非是造成高綜合指數(shù)的關鍵，較多的中低風險等級日數(shù)也能造成較高的綜合指數(shù)。這與前文介紹的廣大學者對灰霉病侵染和爆發(fā)的研究成果基本一致，即果園長期維持利于灰葡萄孢菌及其孢子生長發(fā)育的氣象環(huán)境，對引發(fā)和加重果園灰霉病有重要作用。

表3 代表年綜合指數(shù)隱性因子Tab.3 The recessive factors of annual composite index in typical year

2.2.3 綜合指數(shù)在藍莓種植區(qū)域站評估驗證 選取有氣象觀測資料且可代表麻江藍莓的烏卡坪、龍奔藍莓種植基地進行分析評估，由于上述站點2018年起才有相對完整可靠的氣象觀測數(shù)據(jù)序列和藍莓花期灰霉病發(fā)生情況的跟蹤調(diào)查，因此僅對2018—2019年進行評估驗證。

表4顯示：2018年兩基地的綜合指數(shù)均明顯低于2019年，表明2019年藍莓開花期灰霉病爆發(fā)風險高于2018年。走訪調(diào)查結果也證實：2018年兩基地均未實際出現(xiàn)灰霉病，而2019年均出現(xiàn)一定程度的灰霉病，但沒有大流行?？梢姡?018年和2019年兩基地的實地調(diào)研結果與指數(shù)具有客觀一致性。該綜合指數(shù)對藍莓灰霉病的防范具有一定的客觀指示意義。

表4 烏卡坪、龍奔2018年和2019年綜合指數(shù)及相關因子Tab.4 The composite index and related factors of Ukaping Longben in 2018 and 2019

3 結論與討論

①麻江、丹寨的藍莓開花期灰霉病氣象風險綜合指數(shù)自80年代后期至2019年均維持一定增長趨勢，有必要加強藍莓氣象服務以防范大氣候背景帶來的灰霉病爆發(fā)風險。

②有日平均氣溫、平均相對濕度及連續(xù)雨日參與的藍莓花期灰霉病的逐日氣象風險等級指標，可用于花期灰霉病的監(jiān)測、預報服務；以該等級指標構建的綜合指數(shù)I能較好反映當年灰霉病嚴重程度。

③高風險等級日數(shù)并非是造成高綜合指數(shù)的關鍵，較多的中低風險等級日數(shù)累積也能造成較高的綜合指數(shù)，同樣也能引發(fā)嚴重的灰霉病爆發(fā)流行。

目前設計的藍莓灰霉病氣象風險等級指標及綜合指數(shù)，未考慮大風、冰雹等造成枝葉機械損傷帶來的高感染風險，也未考慮因管理水平不同造成的果園郁閉程度高帶來的高感染風險。由于灰霉病自2014年才影響麻江藍莓的生產(chǎn)、樣本相對較少，本研究中灰霉病氣象風險評估方法可用性仍待進一步驗證，從當前評估結果來看，有必要繼續(xù)加強藍莓氣象服務相關專業(yè)技術產(chǎn)品的研究開發(fā)。