柑桔黃龍病株分布邊緣效應的量化分析

范國成，王賢達，李 健

(福建省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，福州，350013)

在中國、巴西和美國(佛羅里達州)的一些研究表明，在桔園邊緣，黃龍病植株明顯更多[1-2]。趙學源[3]報道，當桔園外的帶菌木虱入侵桔園時，桔園邊界上的植株較容易被感染，并由此提出“病樹分布邊緣效應”。有觀察者發(fā)現(xiàn)，在桔園HLB發(fā)生由初侵染期至盛發(fā)期的演變過程中，其病株分布格局由非聚集向聚集發(fā)展[4]，表明HLB在植株間傳播具有聚集性，相鄰桔園間HLB傳播亦可依據(jù)聚集傳播原理優(yōu)先侵染邊緣植株，遠距離桔園間的傳播則傾向為隨機性，從而推斷，HLB分布邊緣效應極有可能是HLB聚集分布的一種表現(xiàn)形式。

在本研究中，筆者依據(jù)多個柑桔園HLB病株分布調(diào)查的二維坐標圖，以病株和健康植株分布的二階中心距比值(DR)來表達HLB病株田間分布邊緣效應，同時以病株和健康植株的一階方向距比值(LR)來表達HLB侵入柑桔園的主要方向，提供HLB邊緣侵入效應與主要侵入方向的統(tǒng)計證據(jù)，明確HLB分布邊緣效應，同時探討HLB入侵柑桔園的方向性，為HLB的重點監(jiān)控范圍提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 樣例材料 以2017年趙學源在《柑桔黃龍病防治研究工作回顧》[3]一書關于果園內(nèi)黃龍病發(fā)生、蔓延情況的5個樣例(在《柑桔黃龍病防治研究工作回顧》中記為“圖1-2”“圖1-3”“圖1-4”“圖1-5”“圖1-6”的案例，在本文中依次記為“樣例1”“樣例2”“樣例3”“樣例4”“樣例5”)為材料，分析桔園HLB病株分布邊緣效應。

1.1.2 驗證材料 2020年12月，在福建的壽寧、古田、連城、武平等4個縣選擇當?shù)馗探壑髟云贩N8個桔園(表1)開展HLB調(diào)查，分析HLB病株分布邊緣效應。所選區(qū)域(N25°27.6′～N29°11.3′、E116°39.6′～E119°33.0′)，屬中亞熱帶季風氣候，主要土壤類型為紅壤，丘陵，海拔120～380 m，年平均氣溫19.5～20.6 ℃，年降水量1 650～1 980 mm。桔園樹齡為7～12年。連城樣區(qū)的調(diào)查品種為甜春桔柚(Spring-weet Tangelo)，其他樣區(qū)為紐荷爾臍橙(Citrussinensis‘Newhall’)。

表1 不同柑桔園(樣區(qū))黃龍病病健植株分布的二階中心矩比值(DR)

1.2 田間HLB病株調(diào)查方法

在果實采收期，參照柑桔黃龍病診斷與鑒定技術規(guī)程[5]的黃龍病田間識別方法，進行全園檢尋與記錄，繪制HLB病株二維分布圖。根據(jù)謝鐘琛等[6]的報道，當病株出現(xiàn)紅鼻果或有2個小枝組具斑駁黃化葉片，可確保HLB識別率>90%。

1.3 HLB病株分布邊緣效應

1.3.1 病株分布傾向的量化 根據(jù)田間病株與健康株(非病株)平面分布，分別計算病株分布二階中心矩(DHLB)和健康植株分布二階中心矩(D0HLB)，以兩者的比值(DR=DHLB/D0HLB)來評價桔園病株分布傾向。DHLB和D0HLB的計算式如下：

式中，n為桔園行數(shù)；m為桔園列數(shù)；nHLB為全園病株數(shù)；i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；在位置(i，j)處的植株，若為HLB病株，則HLB(i，j)=1，否則，HLB(i，j)=0。

當DR>1表示HLB病株分布傾向邊緣化，即病樹集結分布具有邊緣侵入傾向，病源傳播可能是由外向內(nèi)；DR<1表示HLB病源傳播來自桔園內(nèi)，存在病苗帶病入園可能。方差分析兩類植株二階中心矩差異顯著性。

1.3.2 HLB侵入方向的量化 若DR>1，即HLB病株分布邊緣效應顯著時，外緣帶菌柑桔木虱侵入應具有方向性。為此，設計HLB病株田間分布入侵主要方向分析模型。以桔園中心(行數(shù)和列數(shù)的各一半)為原點、北南NS向為y軸、東西EW向為x軸構建平面直角坐標系，分別統(tǒng)計病株與非病株在N、S、E、W方向的一階矩(下稱一階方位矩)比值LR。

設：x，y為植株田間分布坐標，x`，y`為植株在坐標系旋轉之后的新坐標；坐標系旋轉角度a初值為0°，僅當疑似病株分布呈對角態(tài)時，再取a=45°進行分析。計算式如下：

x`=x·cos(a)+y·sin(a)，y`=-x·sin(a)+y·cos(a)

式中，LR(Pk)為各方位(k=1，2，3，4)一階方位矩比值；Pk_nHLB為各方位病株累計數(shù)；Pk_n0HLB為各方位健株累計數(shù)；i=-n/2，…，1，0，…，n/2(n為桔園行數(shù))；j=-m/2，…，-1，0，1，…，m/2(m為桔園列數(shù))；在位置(i，j)處的植株，若為HLB病株，則HLB(i，j)=1，否則，HLB(i，j)=0；a為坐標系以原點為中心逆時針旋轉角度，當a=0°時，坐標的y軸和x軸分別表示北南向和東西向，P1、P2、P3、P4分別表示N、S、E、W向；當a=45°時，坐標的y`軸和x`軸分別表示西北與東南向、東北與西南向，P1、P2、P3、P4分別表示W(wǎng)N、ES、EN、WS向。

若某一方位的一階方位矩比值的絕對值|LR(Pk)|>1時，則表示此方位為病株分布主要集中的方向，即病原侵入主要方位，反之否。方差分析兩類植株同一方位的一階方位矩差異顯著性。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應用SAS 8.0系統(tǒng)proc iml矩陣算法語言進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 樣例量化分析

2.1.1 HLB病株分布傾向的量化 分析結果看出，樣例2和樣例3的DR=1.36，表示病株數(shù)二階中心矩為健康植株數(shù)二階中心矩的1.36倍，且兩類植株(病、健)的二階中心矩差異極顯著(p<1×10-12)，即病株分布極顯著傾向邊緣。由此，這2例桔園可認定為典型的HLB邊緣入侵樣例，特別是樣例2，HLB病株率已達19.19%，臨近HLB毀園臨界拐點20%[7]，仍出現(xiàn)顯著的邊緣分布效應。樣例1和樣例5的DR分別為0.95和0.99，接近1，且兩類植株的二階中心矩差異不顯著(p>0.05)，無法判斷HLB侵入方式，同時，這2例桔園的HLB病株率已分別高達26.91%和28.53%，呈全園爆發(fā)態(tài)勢，因而可能是桔園中HLB長期蔓延后掩蓋了原來的侵入跡象。樣例4的DR=0.75<1，兩類植株的二階中心矩差異極顯著(p=0.004 9)，但HLB病株率為10.34%，處于毀園臨界拐點前期，因此判定其HLB入侵為桔園內(nèi)傳染，即極有可能為苗木帶病(見表1)。

2.1.2 HLB侵入方向的量化 僅選擇邊緣侵入跡象顯著的樣例(樣例2和樣例3)分析一階方位距比值。分析結果顯示，當坐標系不旋轉(a=0°)時，樣例2的一階方位矩比值LR極值為LR(W)=-3.34，兩類植株間一階方位矩差異極顯著(p=3.9×10-11)，且LR(W)+LR(E)=-2.94，顯示HLB病株在E、W方向分布極不對稱，W為HLB主要侵入方向，這與原圖上HLB病株主要聚集在W方向上完全一致；樣例2的LR(N)+LR(S)=-0.04，表明在N、S方向HLB病株分布基本呈對稱狀態(tài)。當坐標系不旋轉(a=0°)時，樣例3的N、S、E、W各方向的一階方位矩比值的絕對值均>1，且兩類植株間的一階方位矩差異顯著或極顯著，無法明確HLB的主要入侵方向。當坐標系逆時針旋轉45°(a=45°)后，樣例3的一階方位矩比值的絕對值以LR(WN)=1.76最大，LR(ES)=-1.45次之，且在這兩個方位兩類植株間的一階方位矩差異均極顯著(p<1.5×10-11)；LR(WS)=-1.16，LR(EN)=0.88，其絕對值小于WN、ES方向的一階方位矩比值絕對值，且在WS和EN這2個方位兩類植株間的一階方位矩差異均不顯著(p>0.05)，由此判斷HLB入侵在西北與東南2個對稱方向。由原圖上亦可清晰分辨在WN、ES角均有明顯HLB病株聚集病窩。該方向距比值可為果園業(yè)主提供HLB防控重點實施方向(見表2)。

2.2 調(diào)查材料的量化分析

量化分析結果表明，壽寧A和連城A屬邊緣侵入。壽寧B屬內(nèi)源傳染，其中，二階中心矩比值DR=0.94，近等比；此外，壽寧B在N、S方向上兩類植株間的一階方位矩差異不顯著，但在E、W方向上兩類植株間的一階方位矩差異顯著，這可能與原始病源株排列分布有關。再則，壽寧A和壽寧B的黃龍病發(fā)病率分別為30.43%和47.79%，在高發(fā)病率的情況下，通過量化分析仍能判斷邊緣侵入與內(nèi)源傳染的情況。這與樣例1和樣例5因HLB高發(fā)病率而病株分布傾向(侵入方向)不確定的情況迥異(見表1和表2)。

表2 不同柑桔園(樣區(qū))黃龍病病健植株分布的一階方向矩比值(LR)

3 討論

筆者曾采用桔園HLB病株分布重心推演計算外緣HLB入侵的主要方向，結果表明，若HLB病原入侵來自單一方向時，可以準確判斷入侵方向；但若桔園同時受2個方向HLB入侵威脅，則重心推演法失效，特別是在2個對稱方向(如：南與北)入侵或桔園為非規(guī)則形態(tài)時。本研究通過統(tǒng)計樣區(qū)(來源于樣例和調(diào)查)病健植株分布的二階中心矩比值及其一階方位矩比值，不僅證實了HLB邊緣侵入效應的存在，而且還提供了主要入侵方向的證據(jù)。在樣例和調(diào)查兩種數(shù)據(jù)源組成的13個樣區(qū)中，HLB侵染源(病株分布傾向)不確定的樣區(qū)有6個，占46.2%，桔園發(fā)病率范圍在6.17%～31.20%之間，對于多年生柑桔而言，HLB的蔓延會受到地形、光照、風速以及帶菌苗木與補植苗的田間分布或交互干擾等因素的影響，但可確定侵染源的樣區(qū)比例>50%，因此，在HLB防控中，量化分析法值得予以重視。

關于HLB邊緣侵入效應形成，可能與HLB蟲媒柑桔木虱Diaphorinacitri活動習性有關。洪士程等[9]在臺灣嘉義地區(qū)通過黃板誘集蟲媒試驗發(fā)現(xiàn)，柑桔木虱遷飛高峰期在春梢抽生與幼果生長季3—4月，誘集柑桔木虱占全年誘集量的79.7%。Kobori等[10]利用熒光粉標記釋放回捕法測得柑桔木虱擴散距離為5～12 m，嫩梢嫩芽對柑桔木虱的擴散蔓延和降落定殖有重要影響。吳豐年等[11]研究表明，柑桔木虱≥3齡若蟲在HLB病株上的轉移速度較健康株慢，在水平方向轉移過程中若蟲更趨向HLB病株。鄧鐵軍等[12]報道柑桔木虱傳入新桔園，先形成“中心蟲株”，再向外擴散。陳麗芬等[13]描述桔園陽光充足，光照時間長，柑桔木虱成活率高，活動頻繁，發(fā)生嚴重，而桔園邊界剛好符合這一特性。Sétamou等[14]對柑桔園木虱空間分布進行研究，結果表明邊緣植株上的木虱量分別是臨近邊緣的植株和園區(qū)內(nèi)部植株的1.5～1.7倍和20～22倍，由此認為，這或許是邊緣植株更容易感染黃龍病的原因。對上述研究結果進行歸納分析后，認為：柑桔木虱主要遷飛季節(jié)在其食源最豐富與穩(wěn)定的春梢與幼果生長季，而在非遷飛季節(jié)木虱在株間遷徙距離十分有限，同時柑桔木虱駐留條件為食源優(yōu)先，因此，侵染邊緣優(yōu)先。