新疆澤普縣小麥白粉病流行的時(shí)間動(dòng)態(tài)及預(yù)測(cè)模型

聶 曉, 周婷婷, 沈煜洋, 高海峰*, 劉 偉,范潔茹, 李俊凱, 周益林

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北荒漠綠洲作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830091; 2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 植物病蟲(chóng)害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100193; 3. 長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 荊州 434025)

由專(zhuān)性寄生菌Blumeriagraminisf.sp.tritici引起的小麥白粉病是我國(guó)小麥生產(chǎn)上的重要病害,近年來(lái)在我國(guó)年發(fā)生面積為600萬(wàn)～1 000萬(wàn)hm2,造成年平均損失約40.11萬(wàn)t[1]。若小麥白粉病發(fā)生早且重會(huì)嚴(yán)重影響小麥的生長(zhǎng)發(fā)育,造成小麥分蘗數(shù)、成穗數(shù)和穗粒數(shù)等減少,千粒重下降,導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低[2-3]。

作物病害的發(fā)生和流行規(guī)律以及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究是病害防治的重要依據(jù)[4]。關(guān)于小麥白粉病流行的時(shí)間動(dòng)態(tài)研究各地已有報(bào)道[5]。王海燕[6]分析了河南省1980年-1997年小麥白粉病春季流行的時(shí)間動(dòng)態(tài),結(jié)果表明,河南省逐年春季流行程度波動(dòng)大但無(wú)顯著周期性;劉娜[7]綜合分析了四川省2007年-2012年的小麥白粉病時(shí)間動(dòng)態(tài),結(jié)果顯示Logistic模型能較好地描述該地區(qū)小麥白粉病病情指數(shù)的時(shí)間變化動(dòng)態(tài)。

有關(guān)小麥白粉病的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究也有報(bào)道[8-10]。曹克強(qiáng)等[11]分析了1985年-1992年河北省辛集市小麥白粉病調(diào)查資料,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)匦←湴追鄄〉牧餍信c品種的抗病性、病害發(fā)生期前一旬的平均溫度和總降水量有關(guān),并依此建立了當(dāng)?shù)匦←湴追鄄≈衅陬A(yù)測(cè)模型;邵振潤(rùn)等[12]分析了1980年-1993年河南省溫縣小麥白粉病的發(fā)生流行情況,初步得到了影響該地小麥白粉病流行的主要因素是當(dāng)年3月中旬病株率、3月雨量和3月-4月日照時(shí)數(shù),并依此建立了當(dāng)?shù)匕追鄄☆A(yù)測(cè)模型。

澤普縣位于新疆西南部,屬暖溫帶大陸性干旱氣候,年均氣溫在11.7℃左右,平均年日照時(shí)數(shù)2 665.2 h,年平均降水量 58.4 mm,小麥種植面積超過(guò) 1.5萬(wàn)hm2[13-14]。近年來(lái),白粉病已成為當(dāng)?shù)匦←溕系某０l(fā)病害,對(duì)小麥產(chǎn)量造成一定影響,但對(duì)當(dāng)?shù)匦←湴追鄄〈杭玖餍刑攸c(diǎn)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究未見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究于2012年-2019年對(duì)新疆澤普縣小麥白粉病進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查,明確了該病在當(dāng)?shù)氐拇杭玖餍幸?guī)律,在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析病害發(fā)生流行與氣象因子的關(guān)系,建立了澤普縣病害預(yù)測(cè)模型,研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)匦←湴追鄄〉姆乐翁峁┘夹g(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 調(diào)查地點(diǎn)與時(shí)間

2012年核桃-小麥間作麥田設(shè)在澤普縣依瑪鄉(xiāng)漢族大隊(duì),2013年-2019年核桃-小麥間作麥田設(shè)在澤普縣波斯卡姆鄉(xiāng)4村。試驗(yàn)地核桃品種為‘溫185’,小麥品種為‘新冬20號(hào)’。播種時(shí)間在每年的10月5日左右,收獲時(shí)間在6月10日左右。田間小麥白粉病發(fā)病情況系統(tǒng)調(diào)查為每年5月上旬到六月上旬。

1.2 調(diào)查方法

普查采取隨機(jī)5點(diǎn)取樣,每點(diǎn)實(shí)查10 m雙行,記錄白粉病的始發(fā)時(shí)間。在白粉病開(kāi)始發(fā)生后,進(jìn)行定期定株的系統(tǒng)調(diào)查,調(diào)查期間每5 d或7 d調(diào)查1次,采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣法(四角和中心各取一點(diǎn)),每點(diǎn)固定調(diào)查20莖,每莖調(diào)查所有葉片的發(fā)病級(jí)別,白粉病病害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照改進(jìn)后的“0～9”級(jí)法[15]。0級(jí):無(wú)病;1級(jí):第1段葉片的病斑面積占整片葉面積的2%以下;2級(jí):第2段葉片有輕微病斑,第1段葉片輕度發(fā)病(病斑占葉面積3%～10%);3級(jí):第3段葉片輕度發(fā)病,第2段葉片中度發(fā)病(病斑占葉面積11%～25%),第1段葉片嚴(yán)重發(fā)病(病斑占葉面積25%以上); 4級(jí):第4段葉片輕度發(fā)病,第3段及其以下葉片中度到嚴(yán)重發(fā)病;5級(jí);第5段葉片輕度發(fā)病,第4段及其以下葉片中度到嚴(yán)重發(fā)病;6級(jí):第6段葉片輕度發(fā)病,第5段及其以下葉片中度到嚴(yán)重發(fā)病;7級(jí):第7段葉片輕度發(fā)病,第6段及其以下葉片中度到嚴(yán)重發(fā)病。有時(shí)旗葉偶有少數(shù)病斑;8級(jí):旗葉輕度或中度發(fā)病,旗葉以下葉片中度到嚴(yán)重發(fā)病;9級(jí):整株葉片嚴(yán)重發(fā)病,穗部不同程度發(fā)病。

把植株自下而上分成9個(gè)等份,按不同高度病葉(或穗)的不同嚴(yán)重度來(lái)確定級(jí)別,計(jì)算病情指數(shù)。

病情指數(shù)=Σ[(各級(jí)病莖數(shù)×各級(jí)代表值)]×100/(調(diào)查總莖數(shù)×9)。

1.3 氣象資料的收集

澤普縣2012年-2017年氣象資料如日平均氣溫、日平均相對(duì)濕度、日平均光照時(shí)數(shù)等均來(lái)自于澤普縣氣象局。

1.4 數(shù)據(jù)處理

主要采用Python 3.9中的Numpy 1.21.1、Matplotlib 3.4.2和Scipy 1.7.0庫(kù)建立小麥白粉病春季流行動(dòng)態(tài)模型;采用Microsoft 365中的Excel軟件擬合小麥白粉病春季流行曲線;采用RGui 4.1.0軟件中Pearson相關(guān)系數(shù)分析了從小麥播種后至病害發(fā)生相應(yīng)生育期的氣象因子與小麥白粉病病情指數(shù)的相關(guān)性,并篩選了預(yù)測(cè)的關(guān)鍵主導(dǎo)因子或變量;采用RGui 4.1.0軟件中的多元回歸分析方法建立了病害的預(yù)測(cè)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆澤普縣小麥白粉病流行的時(shí)間動(dòng)態(tài)

2012年-2019年對(duì)澤普縣小麥白粉病的發(fā)生和流行情況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查,其春季流行曲線如圖1所示。澤普縣小麥白粉病春季流行曲線大部分年份表現(xiàn)為S 形曲線。白粉病一般始見(jiàn)于5月上旬,病情指數(shù)增長(zhǎng)緩慢,田間表現(xiàn)為零星發(fā)病,始發(fā)期內(nèi)病情指數(shù)較小;大部分年份,5月下旬至5月底,病害迅速擴(kuò)展,病害進(jìn)入盛發(fā)期;6月初至6月上旬,病害增長(zhǎng)速度漸緩,病害進(jìn)入衰退期。8年春季流行曲線顯示,2017年發(fā)病最早,2012年、2013年和2014年發(fā)病較晚。

圖1 新疆澤普縣小麥白粉病春季流行曲線Fig.1 The epidemic curves of wheat powdery mildew in Zepu county of Xinjiang during the spring

對(duì)2012年-2019年澤普縣小麥白粉病的春季流行曲線進(jìn)行擬合的結(jié)果表明,澤普縣2012年-2019年的春季流行曲線符合Logistic模型或Gompertz模型(表1)。Logistic模型的基本形式為:x=1/[1+B(e-rt)],式中x代表小麥白粉病病情指數(shù)/100,B為積分常數(shù),r為L(zhǎng)ogistic模型的流行速率,t為時(shí)間天數(shù)。Gompertz模型的基本形式為:x=exp[-Bexp(-rt)],式中x代表小麥白粉病病情指數(shù)/100,B為積分常數(shù),r為Gompertz模型的流行速率,t為時(shí)間天數(shù)。

由表1可看出,Logistic模型或Gompertz模型都能較好地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,其中Logistic模型對(duì)2012年、2014年、2016年和2017年小麥白粉病流行情況擬合較好,Gompertz模型對(duì)2013年、2015年、2018年和2019年的小麥白粉病流行情況擬合較好。

表1 新疆澤普縣小麥白粉病春季流行動(dòng)態(tài)模型1)

2012年-2019年的小麥白粉病Logistic模型擬合的流行速率分別為0.158、0.176、0.190、0.134、0.164、0.150、0.241和0.284,即根據(jù)Logistic模型擬合結(jié)果,2015年白粉病流行速率最慢,2019年流行速率最快。2012年-2019年的小麥白粉病Gompertz模型擬合的流行速率為0.062、0.067、0.058、0.049、0.081、0.058、0.063和0.073,即根據(jù)Gompertz模型擬合結(jié)果,2015年流行速率最慢,2016年流行速率最快。

2.2 小麥各生育期白粉病發(fā)生與氣象因子的關(guān)系分析

在分析了新疆澤普縣小麥白粉病流行時(shí)間動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上,對(duì)2012年-2017年該地小麥播種后至病害發(fā)生相應(yīng)小麥生育期的氣象因子與小麥白粉病病情指數(shù)的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析,結(jié)果(表2)表明，小麥白粉病揚(yáng)花期病情指數(shù)(Y1)與1月下旬平均日照時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān),與2月下旬平均氣溫呈顯著正相關(guān);小麥白粉病灌漿初期病情指數(shù)(Y2)與1月上旬平均氣溫和4月上旬平均相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān),與11月下旬平均日照時(shí)間和4月上旬平均日照時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān),與1月下旬平均日照時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān);小麥白粉病灌漿中期病情指數(shù)(Y3)與11月下旬平均日照時(shí)間和4月上旬平均日照時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān),與1月上旬平均氣溫呈顯著正相關(guān),與1月下旬平均日照時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表2 氣象因子與小麥各生育期白粉病病情指數(shù)的相關(guān)性

續(xù)表2 Table 2(Continued)

2.3 新疆澤普縣小麥白粉病預(yù)測(cè)模型

在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上篩選出影響小麥白粉病發(fā)生流行的關(guān)鍵因子,分別為1月下旬平均日照時(shí)間、2月下旬平均氣溫、1月上旬-3月上旬平均氣溫和10月下旬-4月中旬平均日照時(shí)間,據(jù)此采用多元回歸分析分別建立了澤普縣小麥白粉病揚(yáng)花期、灌漿初期和灌漿中期病情指數(shù)的預(yù)測(cè)模型,其模型與模型參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 新疆澤普縣小麥白粉病預(yù)測(cè)模型

3 結(jié)論與討論

由澤普縣小麥白粉病春季流行曲線分析結(jié)果可知,當(dāng)?shù)匦←湴追鄄〉拇杭玖餍星€為典型的單峰S形曲線,且不同年份小麥白粉病始發(fā)時(shí)間、發(fā)生發(fā)展及最終病情均存在一定差異。Logistic模型或Gompertz模型能夠反映澤普縣小麥白粉病隨時(shí)間增長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)情況。其中Logistic模型或Gompertz模型中的病害流行速率r是反映病害流行快慢的重要參數(shù),它集中反映了各種環(huán)境因素影響下病原物、寄主群體之間的相互作用。因此,建立白粉病的Logistic模型和Gompertz模型,并獲得其病害流行速率對(duì)于病害流行預(yù)測(cè)、損失估計(jì)和防治決策十分重要。

通過(guò)分析澤普縣不同小麥生育期的白粉病病情指數(shù)與氣象因子的相關(guān)性明確了1月與4月的一些關(guān)鍵氣象因子與當(dāng)?shù)負(fù)P花期到灌漿期白粉病病情指數(shù)相關(guān)性較強(qiáng),尤其是1月下旬平均日照時(shí)間。

本文所建預(yù)測(cè)模型與歷史病情資料擬合度較高,但本文病害流行數(shù)據(jù)量偏少,只有8年,所以該預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確率仍需進(jìn)一步優(yōu)化和檢驗(yàn),因此今后需要長(zhǎng)期收集澤普縣的小麥白粉病發(fā)生流行數(shù)據(jù),這也是建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型最基礎(chǔ)的工作。